杜 偉

（內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 引言

由于水泥混凝土道路具有強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、耐久性好、抗滑性能好且成本低等優(yōu)勢(shì)，成為許多機(jī)場(chǎng)道面的首選材料[1]。然而機(jī)場(chǎng)道面直接承受著飛機(jī)荷載作用及周邊氣候環(huán)境的影響，在兩者的重復(fù)作用下，道面會(huì)出現(xiàn)不同程度的劣化、損傷或損壞，從而直接影響機(jī)場(chǎng)道面的運(yùn)營安全、使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益[2]。因此，必須采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)或修補(bǔ)措施，以恢復(fù)其使用性能，延長(zhǎng)機(jī)場(chǎng)跑道使用壽命，確保飛機(jī)的運(yùn)行安全。

快速薄層修補(bǔ)技術(shù)作為一種新的維修技術(shù)，被應(yīng)用于國內(nèi)外水泥混凝土道面養(yǎng)護(hù)作業(yè)中。薄層修補(bǔ)方法是在老混凝土道面上鋪筑新的混凝土修補(bǔ)薄層，依靠新老混凝土粘結(jié)，形成統(tǒng)一的整體結(jié)構(gòu)，共同承擔(dān)荷載和環(huán)境對(duì)機(jī)場(chǎng)道面的影響[3]。該方法充分利用老混凝土強(qiáng)度，使新老混凝土之間充分結(jié)合，這樣的做法減少了新鋪混凝土的用量，不僅能夠大幅度降低工程費(fèi)用，而且縮短工程工期，迅速提高道面結(jié)構(gòu)承載力，恢復(fù)路表使用性能[4-6]。

在行車荷載下，新老混凝土粘結(jié)面上產(chǎn)生很大的剪切破壞力，是引起水泥混凝土修補(bǔ)層破壞的主要因素。本文就混凝土粗糙程度與界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究[6-8]。

2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料主要有：水泥、細(xì)骨料、粗骨料和水。

①水泥：采用P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，由內(nèi)蒙古蒙西水泥有限公司生產(chǎn)，物理性能見表1。

表1 P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥物理性能

②細(xì)骨料：采用河砂，細(xì)度模數(shù)Mx為2.8，屬于Ⅱ級(jí)中砂，級(jí)配合適，基本性能指標(biāo)見表2。

表2 砂的技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

③粗骨料：采用碎石，粒徑范圍為5mm～10mm，粗骨料的粒形、粒徑、壓碎值等指標(biāo)要求滿足《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30-2019）中的相關(guān)規(guī)定。

④水：采用自來水對(duì)混凝土進(jìn)行拌合和養(yǎng)護(hù)，水質(zhì)符合現(xiàn)行《生活水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749）的規(guī)定。

3 混凝土直剪試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

依據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30-2017）及相關(guān)研究方法，進(jìn)行混凝土直剪試驗(yàn)，測(cè)定混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，確定混凝土粗糙度與抗剪粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系。該試驗(yàn)只研究混凝土粗糙度對(duì)界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度的影響，為單一變量[8-10]。

試驗(yàn)設(shè)定了6種表面粗糙度，其中表面平均構(gòu)造深度分別為：1mm～2mm、2mm～3mm、3mm～4mm、4mm～5mm、5mm～6mm 和6mm～7mm。采用混凝土直剪試驗(yàn)可用來評(píng)定混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，能真實(shí)反映水泥混凝薄層修補(bǔ)的實(shí)際工作狀態(tài)。試驗(yàn)中混凝土表面粗糙度的測(cè)定采用鋪砂法，其指標(biāo)為表面平均構(gòu)造深度，計(jì)算公式如式（1）所示。

依據(jù)水泥混凝土修補(bǔ)薄層的實(shí)際工作應(yīng)力狀態(tài)，采用直接剪切試驗(yàn)評(píng)定新老混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，如圖1所示。

圖1 新老混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法

3.2 試件制作

①老混凝土鑿毛。

制作抗折強(qiáng)度為5.0MPa 的老混凝土試件，尺寸為100mm×100mm×300mm，試件配合比見表3。

表3 設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度5.0MPa的老混凝土試塊配合比

放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d后，將其兩側(cè)面鑿成6種粗糙度，老混凝土表面鑿毛后的平均構(gòu)造深度控制在1mm～2mm、2mm～3mm、3mm～4mm、4mm～5mm、5mm～6mm 和6mm～7mm 范圍內(nèi)，每種粗糙度表面的試件制作5塊。

②新老混凝土粘結(jié)試件制作。

用試驗(yàn)前期制作的專用試模來制作新老混凝土粘結(jié)試件，將鑿毛后的老混凝土試件放入試模中，在其兩側(cè)澆筑鋼纖維混凝土，配合比見表4。

表4 鋼纖維混凝土配合比

新混凝土試件尺寸為100mm×100mm×290mm。在澆筑新混凝土前，應(yīng)保證表面的潔凈，對(duì)表面做噴濕處理（20min）后，清除表面上的可見水。將做好的新老混凝土粘結(jié)試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，養(yǎng)護(hù)28d 后，進(jìn)行直剪試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

直接剪切試驗(yàn)中，新老混凝土層抗剪粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算，公式如式（2）所示。

式中：f—新老混凝土層間抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，MPa。

F—試驗(yàn)的壓力值，N。

將養(yǎng)護(hù)后的粘結(jié)試件置于壓力機(jī)上，進(jìn)行直剪試驗(yàn)，得到不同粗糙程度新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，見表5和式（2）所示。

表5 不同粗糙度的新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度

由表5 可以得出，在一定范圍內(nèi)，新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度隨著平均構(gòu)造深度的增加而增長(zhǎng)，當(dāng)平均構(gòu)造深度達(dá)到某一值時(shí)，新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到最大，隨后新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度隨著平均構(gòu)造深度的增加而降低，但降低速率較小，趨于穩(wěn)定。分析其原因：隨著平均構(gòu)造深度的增加，老混凝鑿毛形成的凸起深度逐漸增加，增加了新老混凝土的咬合力，從而增大了新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)繼續(xù)增大平均構(gòu)造深度，將對(duì)下層老混凝土造成擾動(dòng)，降低了強(qiáng)度薄弱過渡區(qū)中下層老混凝土的強(qiáng)度，從而使得新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度降低。

5 結(jié)語

由表5 可以得出，當(dāng)平均構(gòu)造深度在3mm～4mm時(shí)，新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到最大，而整體來看平均構(gòu)造深度在2mm～6mm 時(shí)，新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度大致在一個(gè)穩(wěn)定的范圍。綜合得出：

①混凝土粘結(jié)面粗糙度對(duì)新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度影響較大，在平均構(gòu)造深度小于3mm時(shí)，新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度隨著粗糙度的增大而增長(zhǎng)，當(dāng)平均構(gòu)造深度大于4mm 時(shí)，新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度隨著粗糙度的增大而略有降低。

②老混凝土平均構(gòu)造深度在2mm～6mm 時(shí)，能獲得較高的新老混凝土抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，推薦老混凝土平均構(gòu)造深度為3mm～4mm。

③粘結(jié)試件破壞面大都發(fā)生在新老混凝土粘結(jié)界面上或新澆筑鋼纖維混凝土表面，老混凝土表面發(fā)生破壞的現(xiàn)象很少。