石英砂對道面快速修補(bǔ)材料性能的影響

王 俊，傅全才，尤 琪 ，趙同峰，陳百玲，王連廣

（1.北京佳和建設(shè)工程有限公司，北京 101300；2.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 道路與橋梁工程系，遼寧 沈陽 110122；3.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819）

機(jī)場混凝土道面的預(yù)計服務(wù)壽命可達(dá)到20~30年，但是由于近年來航運(yùn)量迅猛增長、新一代大型寬體飛機(jī)日起降架次不斷增多，以及機(jī)場跑道設(shè)計的不合理、施工工藝落后、后期養(yǎng)護(hù)不到位等諸多因素，道面會產(chǎn)生各種不同程度的破損和病害。當(dāng)?shù)烂姘l(fā)生破損和病害后，就會很大程度地降低道面的平整度，并且會降低飛機(jī)在起飛或降落過程中的穩(wěn)定性和舒適程度，甚至不能充分保證飛機(jī)的飛行安全。另外，破損道面與飛機(jī)輪軸之間的相互作用，也會大大降低二者的服務(wù)壽命。因此，為滿足不停航施工要求且保證飛機(jī)的飛行安全和準(zhǔn)時起降，在飛行區(qū)道面發(fā)生破損和病害時需要在短時間內(nèi)將破損道面修復(fù)完畢。由于傳統(tǒng)的混凝土現(xiàn)澆法道面修補(bǔ)不能滿足機(jī)場交通需求，這就需要采用快速修補(bǔ)材料及修補(bǔ)技術(shù)對道面進(jìn)行修復(fù)?；诖耍疚尼槍κ⑸皩Φ烂婵焖傩扪a(bǔ)材料性能的影響展開研究。

1 石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料性能的影響

石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料性能的影響，如表1所示。試驗采用粗砂沙為70~140mm，中砂為40~70mm，細(xì)砂為20~40mm。選取砂膠比為1.5，對石英砂進(jìn)行了3種不同的級配試驗，給出了流動度與強(qiáng)度的最佳級配值。在原材料組分不變的情況下，當(dāng)細(xì)砂含量較大時，水泥和水的需求量均會有較大幅度的增加，從而導(dǎo)致流動度和強(qiáng)度二者的下降。因此，本試驗分組時忽略了細(xì)砂含量較大的組別。

表1 石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料性能的影響

1.1 石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料初始流動度的影響

根據(jù)表1的試驗結(jié)果，可做出石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料流動度影響的折線圖，如圖1所示。

圖1 石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料流動度的影響

由圖1可見，快速修補(bǔ)材料的流動度隨著石英砂級配的改變而發(fā)生較大的變化，當(dāng)粗砂或細(xì)砂的比例較大時，流動度均會減小；當(dāng)石英砂的配比適中時，快速修補(bǔ)材料的流動度最好，推薦使用石英砂的質(zhì)量比為2:5:5或5:5:5（細(xì):中:粗）。

1.2 石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料干重度的影響

石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料干重度的影響，見圖2。

圖2 砂的級配對快速修補(bǔ)材料干重度的影響

由圖2可以看出，石英砂的級配越合理，快速修補(bǔ)材料的結(jié)構(gòu)就越密實，試件的干重度也就會越大。當(dāng)細(xì)砂、中砂和粗砂的比例為2:5:5時，快速修補(bǔ)材料的干重度是最大的，由此推薦石英砂的最佳級配為2:5:5。

1.3 石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料強(qiáng)度的影響

圖3給出了石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料抗折強(qiáng)度的影響。由圖3可看出，快速修補(bǔ)材料的抗折強(qiáng)度隨著石英砂級配的改變大致呈波浪形變化。當(dāng)細(xì)砂、中砂和粗砂的比例為2:5:5時，試件的早期和中后期抗折強(qiáng)度均為最大的，當(dāng)三者比例為5:5:5時次之。可見，合理選擇石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料的抗折強(qiáng)度有較大影響。

圖3 砂的級配對快速修補(bǔ)材料抗折強(qiáng)度的影響

圖4 給出了石英砂的級配對快速修補(bǔ)材料抗壓強(qiáng)度的影響。由圖4可看出，快速修補(bǔ)材料的抗壓強(qiáng)度也隨著石英砂級配的改變大致呈波浪形變化。當(dāng)細(xì)砂、中砂和粗砂的比例為2:5:5時，試件的早期抗壓強(qiáng)度為最大的；當(dāng)三者比例為2:4:5時，試件的中期抗壓強(qiáng)度為最大的；當(dāng)三者比例為1:4:5時，試件的后期抗壓強(qiáng)度為最大的。這主要是由于細(xì)砂占比對石英砂級配的影響，在其它原材料占比不變的情況下，細(xì)砂含量較大時，水泥和水的需求量均會有較大幅度的增加，從而導(dǎo)致流動度和強(qiáng)度二者的下降。

圖4 砂的級配對快速修補(bǔ)材料抗壓強(qiáng)度的影響

2 砂膠比對快速修補(bǔ)材料性能的影響

考慮到成本和不同工程的需要，本試驗采用了兩種水泥：鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥（二者的比例為1:6）、膨脹組分的摻量選為5%、硅灰的摻量選為3%。下面主要介紹一下不同的砂膠質(zhì)量比對快速修補(bǔ)材料性能的影響。在終凝時間、初始流動度和各強(qiáng)度指標(biāo)等滿足要求，并且盡可能降低經(jīng)濟(jì)成本的情況下，本文選出最佳石英砂級配對快速修補(bǔ)材料進(jìn)行砂膠比變化的正交試驗，不同砂膠比對快速修補(bǔ)材料性能的影響，見表2。

表2 不同砂膠比對快速修補(bǔ)材料性能的影響

由表2可知，初始流動度和30min流動度均隨著砂膠比的增大而下降，但是當(dāng)砂膠比達(dá)到1.8時，不滿足快速修補(bǔ)材料的流動度要求。

另由表2可看出，各個齡期抗折和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)的砂膠比為1.0；當(dāng)砂膠比超過1.5時，各齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度顯著下降，強(qiáng)度不滿足快速修補(bǔ)材料的基本力學(xué)要求。綜合分析各項指標(biāo)，推薦合理的砂膠比范圍為1.0~1.5。

3 結(jié)語

綜合分析各項指標(biāo)，建議采用石英砂的最佳級配為2:5:5（細(xì)砂:中砂:粗砂）；各個齡期抗折和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)的砂膠比為1.0；當(dāng)砂膠比超過1.5時，各齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度顯著下降，強(qiáng)度不滿足快速修補(bǔ)材料的基本力學(xué)要求。綜合分析各項指標(biāo)，推薦合理的砂膠比范圍為1.0~1.5，供設(shè)計參考。