中国民航大学 天津 300300
摘要：为了满足机场不停航施工的要求。本文以现有的部分磷酸盐基材料的快速修补材料产品为优化对象，根据需求确定多种配比的材料模型试样，根据几种不同材料配比的情况，设计出薄层、低温以及其组合形式等要求的水灰比、搅拌时间及水化热温度控制手段、施工工艺和方法，进行实验分析，采集实验样件的相关数据，结合外部环境参数、水灰比参数，分析总结出符合施工工艺技术要求最优的材料配比。此次施工工艺研究得出快速修补材料的不同工况的最佳的材料水灰比。
关键词：不停航施工；快速修补材料；施工工艺；薄层修补
引言：近年来，随着民航业的快速发展，航班量的日益增长，许多机场跑道一直处于超负荷运行状态，导致机场道面呈现病害加速、面积扩散的趋势，跑道是直接关系到飞机起降安全的重要设施，为保证机场的不停航正常运行，必须及时对道面病害进行修补，现有的修补技术效率低、修补材料寿命低、粘结力不足、养护时间久等弊病日益凸显。外加剂水泥混凝土：体积收缩率较小，材料不易变形。聚合物水泥混凝土：体积收缩率较小，材料不易变形；可基本满足养护条件。增韧树脂砂浆：可无水养护；早期粘接强度和压剪强度大。无机非金属特种胶凝材料：可无水养护；可快速通航；体积收缩率小，材料较为牢固。但是这些修补技术的修补时长较长，均在两个小时及以上，且冬季施工时需要将拌合水或骨料进行加热，使用常温水进行拌和，受到环境温度对混凝土路面施工的制约。所以目前急需适于低温、凝结速度快、强度高、零收缩、粘接性好、与道面相容性好、抗折能力佳、养护时间短的新型快速修补材料及相应的施工工艺以保证机场生产一线的需求。百奥强化快速修复材料强度高、零收缩、粘接性好、与道面相容性好、抗折能力佳、养护时间短、适于低温且一个小时即可完成凝结，性能已经远远超过传统产品，但是国内机场的分布和工况差别巨大，造成部分施工效果有欠缺，研究施工工艺成为必须。本文取低温、常温、高温三种工况模拟全国的机场分部。按一定比例将百奥强化快速修复材料、缓凝剂与水搅拌混合浇筑，记录凝固时间与强度模拟机场道面修复问题，提出了一种快速修复机场道面办法。
1、实验材料
本文修复材料采用天津升恒航星科技有限公司的百奥强化快速修复材料（下文简称修复材料），该材料主要材质为磷酸盐化合键陶瓷砂浆和磷酸盐基材料，主要成分为磷酸盐，氧化物，石英砂等陶瓷型材料。修复材料主要特性为低温凝结速度快、强度高、零收缩、黏结性好、与道面相容性好、抗折能力好、养护时间短。本文缓凝剂采用硼砂（Na2B4O7•10H2O），其主要特性为吸湿性强，易溶于水和甘油，水溶液呈弱碱性，在干燥的空气中易缓慢风化。
2、实验分析
2.1缓凝剂的多少对机场道面修复的影响
取三个搅拌桶，命名实验组依次为QSP-45-1、QSP-45-2、QSP-45-3，分别向三个搅拌桶内加入1.12kg水，分别向三个桶内同时加入三份质量不同的缓凝剂：依次为35g、49g、70g充分搅拌。再分别向三个搅拌桶内加入7kg修复材料充分搅拌2-3min。测量记录其搅拌完成之后的温度，将料浆倒入100mm*10mm*100mm的标准模具中进行浇筑，测量其浇筑温度，浇筑之后30min进行脱模。期间每隔3分钟测量其水化热温度，记录数据如表1所示。
表1 不同比例缓凝剂对机场道面修复的影响
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3、本实验结论：
实验结论：材料浇筑早期，材料的水化热随时间的增长而增加。缓凝剂含量越高，材料的水化热越低，但是相对于0.5%缓凝剂的材料，含0.7%和1%缓凝剂材料的水化热差距并不是特别明显。含量为0.5%缓凝剂的快速修补材料的强度生成效果最好，2小时强度最高。在凝结试件的第23分钟至第50分钟，缓凝剂能有效控制其水化热，有利于试件强度的生成。
3.1无缓凝剂条件下不同水灰比试件的凝结速度及强度比较
3.1.116%水灰比试件凝结实验
本实验取三个搅拌桶分别置于-15°保温箱内、常温23°室内及30°室外。分别向三个搅拌桶内加入1.12kg水及7kg修复材料达成16%水灰比，充分搅拌2-3min测量记录其搅拌完成之后的温度，将料浆倒入100mm*10mm*100mm的标准模具中进行浇筑，测量其浇筑温度，浇筑之后30min进行脱模。期间每隔3分钟测量其水化热温度，如表2所示。
表2 16%水灰比试件凝结时间与强度比较
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实验结论：
强度方面：16%水灰比材料配比条件时，1.5h抗压强度从高到低依次为：室温→低温→ 高温，室温与低温条件下强度相差不大，且强度均大于20MPa，符合机场不停航施工的强度要求；
凝结速度方面：16%水灰比材料配比条件时，凝结时间受到施工环境温度的影响，室温凝结速度最快。30min快速凝结，有利于机场不停航施工。
3.1.2 14%水灰比试件凝结实验
本实验取三个搅拌桶分别置于-15°保温箱内、常温23°室内及30°室外。分别向三个搅拌桶内加入0.98kg水及7kg修复材料达成16%水灰比，充分搅拌2-3min测量记录其搅拌完成之后的温度，将料浆倒入100mm*10mm*100mm的标准模具中进行浇筑，测量其浇筑温度，浇筑之后30min进行脱模。期间每隔3分钟测量其水化热温度，如表3所示。
表3 14%水灰比试件凝结
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实验结论：
强度方面：14%水灰比材料配比条件时，1.5h抗压强度从高到低依次为：室温→低温→ 高温，室温与低温条件下强度相差不大，且强度均大于20MPa，符合机场不停航施工的强度要求；
凝结速度方面：14%水灰比材料配比条件时，凝结时间受到施工环境温度的影响，温度越高，凝结速度越快。9min快速凝结，有利于机场不停航施工。
4、薄层修补工艺：
4.1薄层修补施工工艺步骤：
（1)选定修补区域，修补区域应稍大于病害区域；
（2)对修补区域进行铣刨处理，铣刨深度为3~5毫米；
（3)对修补区域进行清洁；
（4)对修补区域施水；
（5)对快速修补材料进行配备并充分搅拌；
（6)在修补区域没有积水的时候，将搅拌好的快速修补材料成品料浇到修补区域；
（7)将快速修补材料成品料在修补区域进行抹平；
（8)磨平后等待10分钟对修补区域进行压纹。
4.2薄层修补施工工艺的特征在于：
适用于民用机场快速修补材料，流程简洁，操作简单，修补速度快，后期无需养护，可满足机场不停航的需求。
经测定，该快速修补材料1h的抗冲击强度超过30MPa，符合机场不停航施工要求。
5、结语
（1）相同水灰比条件下，快速修补材料的施工工况由好到差排序：常温→低温→ 高温。
（2）任何工况下，14%水灰比条件较16%水灰比都是最优的配比。得出推论：可以通过降低水灰比来控制不停航施工的时间。
（3）14%水灰比材料的终凝时间随着环境温度的升高而有略微的降低，降低幅度不是太明显。
（4）16%水灰比材料随着环境温度的升高终凝时间整体上因为是降低的，在-15℃到23℃有较大的降低，在23℃到30°又有略微的升高。水灰比越高终凝时间越长。
（5）百奥强化修补材料在-15°到30°之间，均能于一小时内完成凝结，提高了机场道面快速修补速度。
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作者简介：冯莉（1997-02-24），女，汉族，籍贯：陕西省汉中市，学历：本科，研究方向：快速修补材料
该文章基于中国民航大学大学生创新创业项目，项目名称为民用机场快速修补材料施工工艺应用研究，项目编号：201910059110，该项目为天津市级校企合作类项目，感谢中国民航大学机场学院高建树老师以及天津升恒航星科技有限公司李德生经理的指导与帮助。