表面增强剂对机场道面混凝土性能的影响研究_程颖.pdf

试验研究Experimental Research51总165期 2023.03 混凝土世界收稿日期：2023-1-11第一作者：程颖，1980年生，工程师，研究方向为混凝土结构工程，E-mail：通信作者：任恒飞，1990年生，硕士，工程师，研究方向为混凝土结构工程，E-mail：项目信息：国家重点研发计划项目（2021YFB2601200）引言在中国经济高速发展的同时，越来越多的大中城市开始加快机场建设。目前我国机场道面依然是水泥混凝土道面为主，且伴随着飞机班次的增加、机型重量的增大，对水泥混凝土道面的质量要求更加严格。由于在施工过程中存在原材料质量不符合要求、施工质量控制不严格等原因，机场水泥混凝土道面在长期使用过程中，道面病害较多，特别是经常出现起砂现象，降低了混凝土的耐磨性和耐久性。大量试验和工程实践证明，在养护初期采用表面增强剂能够有效提高混凝土的表面密实度，从而提高混凝土自身的强度、硬度、耐磨性和耐久性。本文从市场上选择3种液态表面增强剂进行混凝土增强试验，对比分析其增长规律，为机场道面混凝土正确使用表面增强剂提供技术支持。混凝土结构表面质量在机场道面使用中起着至关重要的作用，特别是跑道道面混凝土结构的强度对于机场道面寿命持续增长具有重要意义。同时，混凝土结构表面强度也会对道面结构的硬度、耐磨性和耐久性等产生一定影响。敬尧1以提高混凝土抗折强度为指标，通过优化配合比满足混凝土质量要求。林欢2通过长期试验研究表明，混凝土强度增长到某一龄期后，因有害介质侵蚀，强度的增长与微结构的劣化达到平衡状态而出现最高值后开始缓慢下降。李军超3通过试验研究得出，对高性能混凝土使用表面增强剂既能提高其抗压强度和结构表面35mm的密实性能，又不会影响其工作性能。秦昊4通过混凝土回弹强度试验研究高分子聚合物中添料的最佳掺量，研究该配比下表面增强剂的增强效果及对混凝土孔结构、微观形貌以及耐久性的影响。苏立海等5将混凝土保护剂用于道面混凝土以提高混凝土的抗冻性，达到修复机场道面破坏的快速、高效和成本更低的目的。杨欣美6利用强化材料在混凝土表面快速成膜，通过向内部渗透再结晶的原表面增强剂对机场道面混凝土性能的影响研究程颖任恒飞民航建设（天津）科技有限公司 天津 300456摘 要：选择3种不同类型的表面增强剂对同一混凝土基材进行抗压强度、硬度、耐磨性和耐久性的增强效果试验，并与未涂刷表面增强剂的混凝土进行对比，分析得出不同类型表面增强剂的混凝土增强幅度随龄期增长的变化规律，利用试验数据分析不同条件下混凝土强度随龄期增长的规律曲线。研究结果表明：表面增强剂能够有效提高混凝土自身的强度、硬度、耐磨性和耐久性。关键词：表面增强剂；弯拉强度；机场道面Study on Strengthening Effect of Surface Enhancer on Concrete Surface Strength of Airport Pavement and Strength Growth RuleAbstract:Different types of surface enhancers are used on the same concrete substrate for the enhancement effect test of compressive strength,hardness,wear resistance and durability.By comparing with the uncoated concrete,it was found that the strengthening range increases with the age of concrete through the analysis of different types of surface enhancers,and the law curve of concrete strength with age under different conditions were analyzed using the test data.It is shown that the surface enhancers can effectively improve the strength,hardness,wear resistance and durability of concrete itself.Key words:Surface enhancer;flexural tensile strength;airport pavement试验研究Experimental Research52CHINA CONCRETE 2023.03 NO.165理增加混凝土表层的致密性，阻碍原有内部水分蒸发，同时限制有害介质对混凝土部内的侵入，从而达到提高面层质量的效果。孙健翔7重点研究了含氟混凝土表面增强剂（F-CSE）对混凝土表面回弹强度的影响，并结合微观表征方法进一步分析了增强剂对混凝土水化、孔隙结构及显微硬度性能的影响。在AC-140-CA-2010-3 民用机场飞行区场地维护技术指南 中针对机场道面表层病害处置措施中提到在道面表层病害处使用防水增固剂。郭庆林8提到固化剂作用机理是通过有效渗透，与混凝土中的游离氢氧化钙发生反应形成不溶性凝胶，堵塞混凝土毛孔和裂缝，使混凝土中的各成分固化成一个致密的整体，从而抵抗外界环境的侵蚀和荷载的磨损，可以更大幅度地提高混凝土的强度、硬度、耐磨性。本文在此基础上进一步针对不同类型的表面强度增强剂的增强效果深入探索，准确掌握增强剂使用后混凝土性能的增强规律，更加贴近机场道面混凝土工程实际，对正确使用增强剂提升混凝土表面强度的应用具有推动作用。1 试验原理及方法机场道面设计混凝土强度主要是考虑其弯拉强度。依据JTG D402011 公路水泥混凝土路面设计规范中的表E.0.3-1水泥混凝土强度和弹性模量经验值参考值可得出，混凝土抗压强度越高，相应的弯拉强度也越高。因此，为便于研究，作者利用相应仪器检测混凝土构件在涂刷表面增强剂后抗压强度的增长规律，从而可以得出混凝土弯拉强度的相应增长趋势。道面混凝土的硬度、耐磨性和耐久性分别由表面莫氏硬度、耐磨性、抗氯离子渗透性等指标判定。从表面增强剂增强原理中可知，表面增强剂的有效成分需要与新鲜混凝土中的游离氧化钙发生化学反应，因此，表面增强剂的使用阶段应为混凝土强度增长早期阶段。本文选择市场上的3种不同类型（Z2、Z2-T、GW）的化学水性增强剂，统一涂刷在达到28d龄期的混凝土表面。基材混凝土进行强度检测后再涂刷。涂刷后做好养护，分别在涂刷之后7、14、30、60d后检测混凝土强度，并对比同龄期、同条件下未涂刷增强剂的混凝土强度。每种增强剂的涂刷面积不应小于12m2。涂刷后设置必须的防护设备，保证试验周期内涂刷面不应有污染、淋湿等现象。在涂刷后7、14、30、60d后利用回弹仪检测混凝土强度时，每次检测都应避开已有检测区域，不得重复检测。在混凝土构件浇筑的同时成型同条件试件。按工艺要求，将表面增强剂涂刷在150mm150mm150mm混凝土立方体标准试件表面，待充分反应后分别对其耐磨性、表面莫氏硬度、抗氯离子渗透性等指标进行检测。图 1 混凝土在不同龄期时的抗压强度（a）（b）图 2 混凝土在不同龄期时的抗压强度增量试验研究Experimental Research53总165期 2023.03 混凝土世界2 结果与分析2.1 混凝土抗压强度图1为涂刷增强剂混凝土与标准墙混凝土在不同龄期时的抗压强度，图2为对应的混凝土强度增量。由图1、图2可知，混凝土涂刷增强剂7d后，其强度都有大幅增长，其中T2型增强剂的增长幅度最大；涂刷增强剂30d后，混凝土强度随龄期增加仍有上升，但上升趋势已渐趋平缓；涂刷60d后3种增强剂的增强效果较为接近，增长幅度均能达到5MPa左右。图3图6为不同类型表面增强剂增强效果拟合图。通过对试验数据的拟合处理，得出不同条件下的混凝土强度增长规律曲线，并对拟合效果进行公式统计，见表1。工程人员可准确掌握判断不同龄期下混凝土强度，便于工程开展。2.2 混凝土耐磨性能图7为涂刷增强剂混凝土与标准试件混凝土的耐磨性能试验结果对比。由图7混凝土单位面积的磨损量对比可知，未涂刷表面增强剂的混凝土标准试件单位面积的磨损量为1.798kg/m2；涂有表面增强剂的试件单位面积的磨损量分别为1.411kg/m2（Z2-T）、1.452kg/m2（GW）、1.325kg/m2（Z2），单位面积磨损量比标准试件分别减少了21.5%（Z2-T）、19.2%（GW）、26.3%（Z2），这说明涂刷表面增强剂能够有效增强混凝土表面的耐磨性。2.3 混凝土莫氏硬度图8为涂刷增强剂混凝土与标准试件混凝土的莫氏硬度试验结果对比。表 1 混凝土强度随龄期增长效果拟合统计类型拟合公式备注标准墙y=21.44109x0.10255龄期x：自养护28d后开始计算Z2-T型y=28.9258x0.04885GW型y=25.0232x0.08022Z2型y=24.06664x0.09162图 3 标准墙混凝土强度随龄期增长效果拟合图 4 Z2-T型表面增强剂增强效果拟合图 5 GW型表面增强剂增强效果拟合图 6 Z2型表面增强剂增强效果拟合试验研究Experimental Research54CHINA CONCRETE 2023.03 NO.165由图8可知，未涂刷表面增强剂的标准试件莫氏硬度等级为5级，涂有表面增强剂的试件莫氏硬度等级分别为6级（Z2-T）、6级（GW）、8级（Z2）。涂刷有表面增强剂的试件莫氏硬度等级均高于标准试件，这说明涂刷表面增强剂能够有效增强混凝土表面的耐磨性。2.4 混凝土抗氯离子渗透图9为涂刷增强剂混凝土与标准试件混凝土的抗氯离子渗透试验结果对比。由图9可知，未涂刷表面增强剂的标准试件混凝土非稳态氯离子迁移系数为21.210-12m2/s，涂有表面增强剂的试件混凝土非稳态氯离子迁移系数为19.110-12m2/s（Z2-T）、15.510-12m2/s（GW）、16.810-12m2/s（Z2）。涂刷有表面增强剂的三种试件的混凝土非稳态氯离子迁移系数比标准试件减少9.9%（Z2-T）、26.9%（GW）、24.5%（Z2）。涂刷有表面增强剂的试件混凝土非稳态氯离子迁移系数均低于标准试件，这说明涂刷表面增强剂能够有效阻止氯离子进入混凝土内部从而提升混凝土的耐久性能。参考文献1 敬尧,胡江,李颉.机场道面混凝土设计与优化J.混凝土世界,2022(10):85-88.2 林欢.对混凝土强度发展变化趋势的实践浅析J.混凝土世界,2021(8):52-55.3 李军超.表面增强剂对高性能混凝土性能的影响J.散装水泥,2022(1):178-180.4 秦昊.高分子聚合物在混凝土表面修复中的应用研究D.北京:北京建筑大学,2020.5 苏立海,吕燕,冀勋高,等.表层强化材料增强机场道面混凝土抗冻性能研究J.混凝土,2019(3):30-34+39.6 杨欣美.混凝土表面强化与修复材料研究D.北京:北京建筑大学,20167 孙健翔,黎鹏平,范志宏,等.含氟混凝土表面增强剂对混凝土的微观结构及力学性能的影响J.建筑结构,2022,52(S1):1562-1565.8 郭庆林,杨友,戴会生.机场水泥混凝土道面表层病害不停航处治技术J.混凝土,2022(6):171-174.图 7 混凝土耐磨性能试验结果结论本文对分别涂刷3种不同类型表面增强剂的混凝土进行抗压强度、硬度、耐磨性和耐久性试验，并与未涂刷表面增强剂的混凝土相关性能进行对比，得出以下结论：（1）使用表面增强剂能够有效提升机场道面混凝土的抗压强度，且增幅强度均为5MPa左右。（2）表面增强剂在混凝土达到龄期后使用时，涂刷后7d内强度增长最快，Z2型表面增强剂涂刷后7d内增强效果最明显，GW型和Z2-T型涂刷后730d内会有较快的增长速率，涂刷60d后3种