混凝土結構表層缺陷修復技術的研究與應用

張曉東

(遼寧新發展公路科技養護有限公司 沈陽市 110103)

0 引言

我國機場跑道、停機坪早期均為混凝土結構道面，隨著航空業的迅速發展，機場道面正承受著非常大的運輸負載，再加上混凝土道面因長期裸露在自然環境下，長期受氣候冷暖變化、飛機起降荷載沖擊磨損、風化以及機場管理部門在冬季對跑道噴灑融雪劑等影響，極易造成道面表層缺損，很多機場道面甚至在設計年限內提前出現破壞，主要表現為：水泥道面剝離、薄層分離、板塊斷裂、塊角斷裂、板間錯臺等。現階段水泥混凝土道面表層修補的方式多種多樣，但一般的修補方法需要的時間較長，修補成本相對較高，即使修補后也會在較短時間內再次出現破損，造成人力、物力的巨大投入。因此，如果能及時采取措施對機場道面進行修復，延長道面使用壽命，將會產生巨大的社會和經濟效益。

高性能混凝土快修料是采用特種材料對水泥混凝土道面表面缺損部位進行薄層罩面技術修復，經相應的施工工藝使修補材料與原道面板黏結牢固、形成整體。該修復方法具有凝結硬化快、小時強度高、低收縮、低溫下強度發展快、長期強度穩定增長、抗滑性能好、耐久性好等優點。2021年9月份在中國南方航空股份有限公司機務工程部沈陽飛機維修基地的5900m2停機坪道面維修中得到應用。

1 混凝土結構表層缺陷修復技術

混凝土結構表層缺陷修復技術采用薄層罩面技術，是以特種原材料為基材，復合多種有機組分、高分子聚合物外加劑等，經工廠精確配比預拌制成的高性能混凝土快修料，是一種能夠快速修復水泥混凝土結構表層破損的薄層罩面技術，厚度一般為2～6mm。

2 高性能混凝土快修料原材料及試驗方法

2.1 原材料

高性能混凝土快修料是一種特殊膠凝材料，是由A組份與B組份之間通過酸-堿反應而快速凝結硬化的一種特種水泥，具有凝結硬化快、強度高、體積穩定性好等優點。硬化后材料密度約為 2400kg/m3，固體粉料用量約為2250kg/m3。

(1)高性能混凝土快修料A組份

本工程所用A組份比表面積230m2/kg，密度為3.25g/cm3，外觀呈棕黃色,屬于膠凝材料，經過1500℃高溫煅燒、破碎、粉磨后得到。

(2)高性能混凝土快修料B組份

ADP為白色結晶性狀粉末，含量在97.5%以上，在空氣中穩定，其水溶液呈酸性，PH值約為4.3，相對密度1.083kg/cm3，20℃ 水中溶解度為37.4g。

(3)改性材料

目前高性能混凝土快修料的改性材料應用最多的是粉煤灰，可提高流動性，改善硬化后的顏色，并且除“形態效應”、“活性效應”、“微集料效應”外，還存在著“吸附效應”，粉煤灰可吸附延緩A、B兩組份的水化反應。粉煤灰來源廣泛，可以就地取材，實現固體廢物回收再利用，保護了環境。但粉煤灰的化學成分復雜，選用的粉煤灰是鞍鋼高爐I級粉煤灰，質量符合GBJ146-90中規定，需水量比小于100%，密度和比表面積分別為2160kg/m3和3675cm2/g。

(4)細集料

細集料選用河砂，細度為3.1，平均粒徑約為0.5mm以上，含泥量0.8%，表觀密度為2750kg/m3，無泥塊。

(5)緩凝劑

高性能混凝土快修料A、B材料水化屬于放熱反應，伴隨劇烈的放熱，若不使用緩凝劑延緩其水化發熱速度，無法滿足施工要求。因此，緩凝劑是水泥不可缺少的，因此本工程選用營口產的五水硼砂做為緩凝劑，屬于強堿弱酸鹽，為工業出口級，含量≥99%。

2.2 試驗方法

(1)試件的制備：先按粉狀的A組份、B組份和其它材料按比例一起在砂漿攪拌機中低速攪拌 60s，攪拌均勻后，按試驗水料比計量加入拌和水，低速攪拌30s 后，再高速攪拌30s，停拌30s，用橡皮刮將攪拌葉和鍋壁上的砂漿刮入鍋中間，繼續高速攪拌90s完成，立即裝入試模成型。

(2)凝結時間從加水拌和開始計時，臨近初凝時每隔20 s 測一次，由于高性能混凝土快修料凝結硬化快，初凝和終凝相隔很短，因此統一用初凝時間表征凝結時間，單位為min。

(3)流動度將截錐圓模垂直向上輕松提起后，讓拌和物自由流動(不開起跳桌)30s±1s，立刻用卡尺測量拌和物底面互相垂直的兩個方向直徑，計算平均值，取整數，單位為mm。流動度從與水接觸開始到測量結束，應在5min內完成。

(4)抗折/壓強度。早期強度高是高性能混凝土快修料最大的應用特點和優勢之一，早期強度十分重要，試驗測試早期 3h 以及 3d和 28d 的抗折/壓強度。

(5)拉伸粘結強度測定14d拉伸粘結強度。試件在試驗環境下養護6h后脫模，用適宜的高強粘結劑將拉拔接頭粘在試件上，繼續將試件在試驗環境下養護至13d，測定14d拉伸粘結強度，結果見表1。

表1 抗壓/抗折強度、凝結時間、拉伸粘結強度

3 施工條件

(1)避免雨、雪天施工。

(2)避免高溫施工。適宜在 30℃以下施工，(溫度高于 30 ℃不宜施工，)如果環境溫度超過 35℃時除非采取適當降溫措施才可使用，降溫措施包括采用冰水拌和。夏季施工時應注意保持所有原材料處于陰涼狀態。

(3)冬季施工時，當材料溫度低于 5 ℃，應延長拌和時間，可采用溫水拌和，水溫不得超過 40 ℃。

4 施工機具

混凝土病害快速修補宜使用機械化施工，以提高施工效率，保證施工質量，宜根據需要配備常用的小型機具。主要有切割、銑刨、破碎、除塵、攪拌、振搗、抹平、拉毛等設備。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程圖

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

5.2 施工準備

施工前封閉指定施工作業區域，設置安全警示拉旗和安全標志牌圍護，防止人員、車輛等破壞成品。所有進入飛行區的施工人員、機械設備必須按指定路線行駛。

5.3 修補面積選取

修補面積宜在表層病害破損區向外延伸5～10cm后,將修補面積取整為正方形或矩形。若病害破損面積超過整塊板面積的1/2以上，宜對整塊板做表層修復處理。切割示意圖，見圖2。

圖2 不同維修面積表面病害

5.4 裂縫處理

當被修補板表面存在通長的裂縫時，沿裂縫方向切割5cm厚、5cm寬的凹槽，同時鑿除凹槽內混凝土。切割示意圖見圖3。

圖3 帶有裂縫表面病害維修示意圖

5.5 道面銑刨

基層必須干凈、堅實、平整、可承重，無疏松物；基層抗壓強度在20 MPa 以上，基層的表面拉撥強度不小于 1.5 MPa；如果原有基層混凝土地面強度太低、表面有浮漿或起砂嚴重，則須精銑刨，直至露出堅實的表面，由表2可以得出，控制銑刨厚度2～6mm。

表2 不同粗糙度的新老混凝土抗剪粘接強度[1]

5.6 清理碎屑及浮沉

采用背負式吹風機將銑刨病害部位灰塵及松動混凝土清除。用高壓水沖刷干凈，對底面的浮土等雜物清掃干凈，沖刷時應將泥漿沖出作業面并防止回流。

5.7 表面水潤

用水洗刷干凈后，應將水保留在作業面一段時間，將作業面充分潤透，如有明水需用海綿及拖布把明水清理干凈，施工時不能有明水(施工涂抹時必須保持作業面是在濕潤狀態)。

5.8 高性能混凝土快修補的配制、拌和、攤鋪

(1)材料配比：用水量固定，配比為 A 料∶B 料∶水=1∶1∶(0.150～0.155)，嚴禁隨意增加用水，攪拌用水應符合普通混凝土攪拌用水質量。

(2)攪拌方式

用量較小(或一次拌料小于 50 kg)時，可采用手提式攪拌機以方便施工。投料順序為：先加入 B 料和一半 A 料，干拌和 1min混勻，加入規定用水量，拌和 1min成漿后，再加入另一半 A 料，再拌和 2～3min后，立即使用。

用量較大時，應采用強制式臥軸攪拌機或移動式拌和機，攪拌機葉片與壁之間的間隙不大于 3 mm，保證攪拌均勻。可一次性投料拌和，干混 30s均勻后，再加水攪拌，攪拌時間控制 3～4min；也可按照手提式攪拌投料順序拌和。一次攪拌量根據實際情況確定，確保連續施工。

攪拌澆注完成，及時清理機具，防止材料粘附機具硬化后無法清理。

(3)物料攤鋪：稀粘狀態的拌和料澆注在道面修補部位，工人應立即進行抹平工藝。物料凝結時間約為15～20min，在施工過程中要控制好施工節奏。斷面5m時，攤鋪瓦工不少于4人。一定要將物料攤開抹平，控制好抹平物料的厚度，薄層施工控制厚度2mm，物料自帶自流平效果，抹平時不需壓光。本工程修補區域大或較長時，材料用量大且不能一次澆注完，采用分區域澆注。本產品與自身粘結非常強，前面澆注料硬化后再澆注新拌料，硬化后不會影響整體性。

(4)施工一次成活，成活后不能再進行二次擾動，硬化后的修補層呈棕黑色，隨著強度的上升，顏色逐漸變灰白。

(5)硬化后的修補層自然養護即可，嚴禁澆水和濕養護。如遇突發下雨應采取防雨措施進行覆蓋，養生期嚴禁通行。

圖4 高性能混凝土快修料攤鋪抹平

5.9 表面拉毛

高性能混凝土快修料補澆注后，拉毛在抹平施工后1～5min之內進行，觀察已施工表面形成棕黑色且呈現膠狀感時即可進行拉毛工藝的施工。

5.10 養生及恢復通車標準(現場測試方法)

采用高性能混凝土快修料進行薄層表面修補后無需采取養生措施?；謴屯ㄜ嚇藴剩翰捎眯″N敲擊修補表面層時，敲擊點周圍無微裂紋、無空鼓、無錘痕時可開放交通。

6 混凝土結構表層缺陷修復技術優勢

(1)技術方面

如采用傳統水泥修補材料，需對缺損部位進行鑿除、細石混凝土修補、濕養護等修補工序，從開始修補至滿足機場運營不少于 7 d 時間。 高性能混凝土快修料修補后的水泥混凝土道面在 3h后即具備運行條件，大大縮短了修補的作業時間，提高了機場的運營能力。

(2)社會效益

采用該修補工藝，大大降低了修補作業給機場運營造成的影響，提升了機場運營維護方面的靈活機動的作業能力，同時該施工方法安全環保，具有較好的前景。

7 結語

混凝土結構表層缺陷修復技術是今后的發展方向，自主研發的高性能混凝土快修料，在工程實際應用中表明，該材料具有高早強、耐磨、后期穩定等優點，有利于道面水泥混凝土更大規模的使用，也有利于提高混凝土道面的使用品質，延長其使用壽命以及避免或減少修補工程產生的各種不良影響，有較好的經濟和社會效益。