一种机场刚性道面表面原位改性剂及增强改性方法与流程

1.本发明涉及道路工程技术领域，特别是涉及一种机场刚性道面表面原位改性剂及增强改性方法。


背景技术：

2.机场水泥混凝土道面，也称刚性道面，具有承载力强、耐久性好、刚度大等优势，是我国机场道面的主要结构类型。我国在80
‑
90年代修建的水泥混凝土机场逐渐进入到了使用后期，随着使用年限的推移和交通运输量的增加，越来越多的道面由于长时间暴露在自然环境中，在温度、水、盐等因素反复综合作用下，机场道面会产生耐久性损害。如跑道表层掉皮或者形成网状、浅而细的发状裂纹(简称“起皮”)，起皮程度严重时甚至可能引起可能引起表层粗集料的剥落，产生fod(foreign object debris，可能损伤航空器的某种外来的物质、碎屑或物体)，可能会导致航空器扎胎、飞机蒙皮损伤甚至吸入发动机等事故发生，从而造成严重的经济损失和社会影响。同时，在北方寒冷地区和沿海地区的机场，由于除冰盐或者海盐对水泥混凝土的侵蚀，导致起皮这一类型的跑道病害尤其普遍和严重。
3.随着我国机场交通任务量愈加繁重和大型重载飞机的研发服役，水泥混凝土道面在实际服役过程中的实际使用寿命往往小于其设计寿命，一般在其使用了大概10
‑
15年后便会产生上述的跑道表面功能性损坏，需要进行大量的维护和保养，这种情况在中国的高原和北方寒冷气候中尤其常见。
4.针对国内大量长时间服役的道面，目前机场主要采取喷洒固化剂的方式进行表面改性，以达到改善其道面表面抗渗、抗腐蚀、抗冻融性能的目的。现有技术中，用于道面养护的改性剂主要可以分为有机和无机试剂两大类，如硅烷、硅酸乙酯、环氧树脂、水玻璃等，在道面表面形成一层有机、无机保护层，从物理上封堵道面微裂缝。
5.但上述产品在实际应用中存在以下几点技术缺陷：
6.(1)降低抗滑性能。混凝土表面改性剂的种类繁多，但成熟应用于机场道面的产品极少，其中限制其推广应用的最主要因素是会降低机场道面的抗滑性能，使其表面摩擦系数降低，而机场道面表面的抗滑性能是其保障飞机安全起降的关键性能，刚性道面表面抗滑性能下降是导致机场安全事故的主要诱因之一，因此考虑机场作为重要交通枢纽运行安全的特殊性和重要性，以牺牲抗滑性能为代价换取道面其他性能的提高是不可能被采纳的。
7.(2)造价高昂。在研究和应用中，有机改性剂的应用效果和产品评价虽普遍高于无机改性剂，但有机改性剂造价昂贵，原材料和生产工艺使得产品的成本普遍偏高，因此将有机产品应用于机场道面维养的造价高昂。
8.(3)产生fod。有机表面固化剂也具有耐火性差、易老化等缺点，作为飞机跑道固化剂，面对长年累日的紫外线照射下，其作用效果会迅速降低产生裂缝或剥落，有机表面固化剂失效后很难从混凝土表面上清理，易产生fod，对飞机的起飞降落形成安全隐患。


技术实现要素：

9.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机场刚性道面表面原位改性剂及增强改性方法，能够在增强道面表面性能的同时保证其抗滑性能。
10.为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
11.本发明一方面提供一种机场刚性道面表面原位改性剂，所述机场刚性道面表面原位改性剂的原料按照质量百分比包括以下组分：
12.磷酸盐
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3％～30％；
13.渗透剂
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0.2％～1.5％；
14.水
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68.5％～96.8％；
15.通过ph调节剂调节机场刚性道面表面原位改性剂的ph大于等于7.6。
16.在本发明的一些实施方式中，所述磷酸盐选自磷酸氢二氨、磷酸二氢钾和磷酸二氢钠中的一种或多种的组合。
17.在本发明的一些实施方式中，所述渗透剂选自乙二醇、异丙醇、丙烯酸、纳米颗粒中的一种或多种的组合。
18.在本发明的一些实施方式中，所述纳米颗粒包括cuo和/或tio2；所述纳米颗粒的粒径小于500nm。
19.在本发明的一些实施方式中，所述ph调节剂选自碱性调节剂，优选的，所述ph调节剂选自naoh溶液或nahco3溶液。
20.本发明另一方面提供本发明所述的机场刚性道面表面原位改性剂的制备方法，包括将磷酸盐、渗透剂和水混合后，调ph大于等于7.6后制备获得。
21.本发明另一方面提供一种机场刚性道面表面原位增强改性的方法，所述方法包括：
22.(1)将待处理的机场刚性道面表面分成一个或多个施工分域；
23.(2)清洁步骤(1)所述的各所述施工分域；
24.(3)采用如本发明前述的机场刚性道面表面原位改性剂在步骤(2)处理后的施工分域上进行覆盖作业、晾干，重复进行所述覆盖作业数次。
25.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(2)的清洁步骤包括清洗施工分域内轮胎胶层和/或冲刷清洗各所述施工分域表面的其他颗粒物。
26.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(3)中，所述覆盖作业方式为加压喷涂、负压吸收、或在正常大气压环境下喷洒、涂抹后负压吸收方式中的一种或多种。
27.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(3)中，所述覆盖作业前机场刚性道面表面原位改性剂的温度不低于25℃。
28.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(3)中，所述晾干为自然风干。
29.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(3)中，间隔24h、48h、72h后，重复所述覆盖作业1～3次。
30.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(2)中，所述清洗施工分域内轮胎胶层步骤中，其他颗粒物包括尘土、石子、砂砾中的一种或多种的组合。
31.在本发明的一些实施方式中，所述步骤3)中，所述加压喷涂的压力范围为140mpa～240mpa。
32.在本发明的一些实施方式中，所述步骤3)中，所述负压吸收通过真空泵、负压泵、在道面表面形成密封真空负压腔体的设备或功能性车辆进行负压作业。
33.在本发明的一些实施方式中，所述步骤(3)后还包括对全部施工分域进行清理。
34.本发明另一方面提供如本发明所述的机场刚性道面表面原位增强改性的方法在道路工程领域的用途。
附图说明
35.图1为本发明的改性方法流程示意图；
36.图2为本发明的改性原理示意图；
37.图3为本发明实施例1中的施工分域划分示意图；
38.图4为本发明实施例1中的作业路线示意图；
39.图5为本发明实施例2中的施工区域划分示意图；
40.图6为本发明实施例2中的作业路线示意图。
具体实施方式
41.以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本技术的机场刚性道面表面原位改性剂、机场刚性道面表面原位改性的增强改性方法的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本技术而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
42.本技术所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60
‑
120和80
‑
110的范围，理解为60
‑
110和80
‑
120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1
‑
3、1
‑
4、1
‑
5、2
‑
3、2
‑
4和2
‑
5。在本技术中，除非有其他说明，数值范围“a
‑
b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0
‑
5”表示本文中已经全部列出了“0
‑
5”之间的全部实数，“0
‑
5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
43.如果没有特别的说明，本技术的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
44.如果没有特别的说明，本技术的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
45.如果没有特别的说明，本技术的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(1)和(2)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(1)和(2)，也可以包括顺序进行的步骤(2)和(1)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(3)，表示步骤(3)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(1)、(2)和(3)，也可包括步骤(1)、(3)和(2)，也可以包括步骤(3)、(2)和(1)等。
46.如果没有特别的说明，本技术所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
47.如果没有特别的说明，在本技术中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“a或b”表示“a，b，或a和b两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“a或b”：a为真(或存在)并且b为假(或不存在)；a为假(或不存在)而b为真(或存在)；或a和b都为真(或存在)。
48.本发明发明人经过大量探索实验，提供了一种机场刚性道面表面原位改性剂及增强改性方法，解决了现有改性产品提升既有机场道面表面性能时损失抗滑性能、易产生fod和造价昂贵的问题，实现对不同龄期的道面表面进行改性，实现表面强化层的耐久性。
49.本发明第一方面提供一种机场刚性道面表面原位改性剂，所述机场刚性道面表面原位改性剂的原料包括磷酸盐、渗透剂和水。
50.在本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂中，所述机场刚性道面表面原位改性剂的原料按照质量百分比包括3％～30％的磷酸盐。在一些实施例中，所述磷酸盐的质量百分比例如可以为3％～10％、10％～20％、20％～30％、3％～8％、8％～15％、15％～20％、20％～25％、或25％～30％等。所述磷酸盐选自磷酸氢二氨、磷酸二氢钾和磷酸二氢钠中的一种或多种的组合。所述磷酸盐优选选自磷酸氢二氨。
51.在本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂中，所述机场刚性道面表面原位改性剂的原料按照质量百分比包括0.2％～1.5％的渗透剂。在一些实施例中，所述渗透剂的质量百分比还可以为0.2％～0.5％、0.5％～1.0％、或1.0％～1.5％等。具体的，在一些实施例中，所述渗透剂选自乙二醇、异丙醇、丙烯酸、纳米颗粒中的一种或多种的组合。其中纳米颗粒包括cuo和/或tio2；所述纳米颗粒的粒径小于500nm，例如可以是0.1nm～500nm，0.1nm～100nm，100nm～200nm，200nm～300nm，300nm～400nm，或400nm～500nm等。更具体的，渗透剂选择纳米颗粒时，应为高纯度(99.9wt％)cuo和tio2纳米颗粒，其在机场刚性道面表面原位改性剂中的质量分数为0.2％～1.5％或0.2％～0.8％等。渗透剂选择乙二醇、丙烯酸、异丙醇时，应为纯度(99.0wt％)的工业级别产品，其在机场刚性道面表面原位改性剂中的质量分数为0.2％～1.5％或0.5％～1.5％等。渗透剂中纳米颗粒的作用是增强水泥砂浆硬度，以进一步改善道面表面抵抗变形、渗透和磨损的能力。乙二醇、异丙醇、丙烯酸的作用是提升处理后表层砂浆的耐腐蚀性。在一些实施例中，乙二醇、异丙醇、丙烯酸与纳米颗粒可以混合使用。如果混合使用时，例如可以0.4％的cuo 0.5％的乙二醇或0.6％的tio2纳米颗粒 0.5％的乙二醇。
52.在本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂中，所述水为去离子水，以保证机场刚性道面表面原位改性剂在配制过程中的ph值的调节精度，避免ph值过低影响道面表面的改性效果。通常情况下，机场刚性道面表面原位改性剂(也称为磷酸盐改性溶液)的ph需要维持在大于等于7.6。在一些实施例中，7.6≤ph≤13.2。更具体的，ph可以为7.6～8.6、8.6～10.0、10.0～11.0、11.0～12.0、或12.0～13.2等。
53.在本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂中，可以通过ph调节剂调节机场刚性道面表面原位改性剂。具体的，所述ph调节剂选自碱性调节剂，优选的，所述ph调节剂选自naoh溶液或nahco3溶液。更具体的，例如可以是0.1mol/l的naoh溶液或1mol/l的nahco3溶液等。
54.在一具体实施例中，所述机场刚性道面表面原位改性剂的原料的原料按照质量百分比包括以下组分：
55.磷酸盐
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3％～30％；
56.渗透剂
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0.2％～1.5％；
57.水
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68.5％～96.8％；
58.通过ph调节剂调节机场刚性道面表面原位改性剂的ph大于等于7.6。
59.本发明的第二方面提供前述机场刚性道面表面原位改性剂的制备方法，包括将磷酸盐、渗透剂和水混合后，调ph大于等于7.6后制备获得。通常情况下，按照本发明第一方面的各个组分的比例调配。可以通过ph调节剂调节ph。其中，所述ph调节剂选自碱性调节剂，优选的，所述所述ph调节剂选自naoh溶液或nahco3溶液。更具体的，ph可以为7.6～8.6、8.6～10.0、10.0～11.0、11.0～12.0、或12.0～13.2等。
60.本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂的制备方法中，机场刚性道面表面原位改性剂的制备应在机场刚性道面表面原位改性剂进行机场刚性道面表面覆盖作用前的2h内完成，防止溶液成分挥发或受其他影响。配制中根据选用的材料、设计技术及应用中的特殊要求可在室内制备后运送至施工场地，也可以在现场制备。
61.本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂的制备方法中，具体的，制备过程中先将磷酸盐、水的顺序混合后搅拌均匀，至磷酸盐固体完全溶解后掺入渗透剂，继续充分搅拌均匀即可；各组分配比必须严格控制，每次拌和的用量应根据步骤(1)中施工分域的最短作业时间和工程量确定，制备的机场刚性道面表面原位改性剂成品应密封保存且存放时间不宜超过2h；超过2h后应舍弃不用重新制备。且机场刚性道面表面原位改性剂的ph值应大于等于7.6，在恒温条件下进行配置。
62.本发明的第三方面提供一种机场刚性道面表面原位增强改性的方法，所述方法包括：
63.(1)将待处理的机场刚性道面表面分成一个或多个施工分域；
64.(2)清洁步骤(1)所述的各所述施工分域；
65.(3)采用如本发明前述的机场刚性道面表面原位改性剂在步骤(2)处理后的施工分域上进行覆盖作业、晾干，重复进行所述覆盖作业数次。
66.本发明所提供的机场刚性道面表面原位增强改性的方法中，所述步骤(1)是将待处理的机场刚性道面表面分成一个或多个施工分域。具体的，所述的施工分域应按照如下方法确定，依据施工总平面图确定施工区域和工程量，结合机场道面的轮廓尺寸将施工区域尽可能划分为若干四边形的规则施工分域，也可依据机场道面既有标志标线便宜划分成施工分域。通常情况下，各个施工分域的面积没有特别限定，在一些具体实施例中，为了方便施工，可以将每个施工分域的面积例如划分为200m2～400m2、200m2～300m2、或300m2～400m2等。待处理的机场刚性道面例如可以是停机坪或机场跑道等。所述的各施工分域可以根据作业时间限制同时施工或依次施工，每个施工分域的工作人员和机械配置应至少将最短作业时间和工程量作为约束条件计算得出，也可根据工程经验划分。
67.其中，所述的最短作业时间是指机场夜间不停航作业时作业机械和人员的入场时间至全部撤离清场时间；所述工程量是指施工分域内进行表面改性的道面表面总面积。
68.本发明所提供的机场刚性道面表面原位增强改性的方法中，所述步骤(2)是清洁
步骤(1)所述的各所述施工分域。具体的清洁可以分为清洗施工分域内轮胎胶层和/或冲刷清洗各所述施工分域表面的其他颗粒物。
69.步骤(2)中，对于清洗施工分域内轮胎胶层的步骤中，所述施工分域内(例如跑道)轮胎胶层的清洗方法采用专用除胶清洗车清洗，可将污水和在清洗过程中产生的fod(可能损伤航空器的某种外来的物质、碎屑或物体)同步回收，降低除胶完毕后道面二次清洁的工作量，提高除胶的效果质量同时防止高压水枪或机械磨耗造成道面面层结构损伤或表面抗滑功能下降。需要说明的是，对于新建的机场刚性道面例如跑道，不需要进行轮胎胶层清洗。
70.步骤(2)中，冲刷清洗各所述施工分域表面的其他颗粒物的步骤中，可以使用具备清扫和吹除功能的专用车辆对施工全域进行清扫，除净其他颗粒物(其他颗粒物例如可以是附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod)，使表面砂浆层暴露在道面表面并保持洁净。
71.本发明所提供的机场刚性道面表面原位增强改性的方法中，所述步骤(3)是采用如本发明第一方面所述的机场刚性道面表面原位改性剂在步骤(2)处理后的施工分域上进行覆盖作业、晾干，重复进行所述覆盖作业数次。具体的：
72.步骤(3)中，所述覆盖作业方式为加压喷涂、负压吸收、或在正常大气压环境下喷洒、涂抹后负压吸收方式中的一种或多种。
73.其中，加压喷涂所使用的压力范围应可以为140～240mpa、140～180mpa、180～200mpa、或200～240mpa等。喷枪与道面夹角、喷枪嘴与冲洗道面的距离对道面改性效果的影响应经过室内试验或足尺确定。喷枪与道面夹角例如可以是15度～30度、15度～20度、20度～25度、或25度～30度等。喷枪嘴与冲洗道面的距离例如可以是0～5m、0～1m、1～2m、2～3m、3～4m、或4～5m等。
74.实验内容应至少涵盖sem电镜扫描实验、x射线衍射仪技术和负压吸收实验，以机场刚性道面表面原位改性剂在水泥混凝土试件中的渗透深度和羟基磷灰石(hap)分布状况作为评价指标。渗透深度例如可以是0.1mm～5mm、0.1mm～1mm、1mm～2mm、2mm～3mm、3mm～4mm、或4mm～5mm等。羟基磷灰石均匀完整的分布在处理表面。
75.所述负压吸收通过小型真空泵、负压泵或者可以在道面表面形成密封真空负压腔体的专用设备仪器或者功能性车辆进行负压作业。作业前的改性溶液温度应不低于25℃，更例如可以是25℃～35℃、25℃～30℃、或30℃～35℃等。
76.步骤(3)中，应采用便携式ph计测量是否达到标准，间隔24h、48h、72h后，重复所述覆盖作业1～3次。例如表面覆盖作业次数为2次，当施工分域的表面全部处置完毕后即可开始第二次表面覆盖作业，当环境温度超过30℃时应择日进行施工，避免溶液挥发影响处置效果。
77.本发明所提供的机场刚性道面表面原位增强改性的方法中，所述步骤(3)后还包括对全部施工分域进行清理。具体的，整个施工区域进行清理应使用具备清扫和吹除功能的专用车辆对施工全域进行清扫，除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，以及附着在表面砂浆层的渗出结晶体。
78.本发明的第四方面提供前述机场刚性道面表面原位增强改性的方法在道路工程领域的用途。
79.由于采用了以上技术方案，所述机场刚性道面表面原位改性剂及增强改性方法具备以下技术优势：
80.(1)相比较现有技术产品，具有显著的经济性优势。其中，磷酸氢二铵为化肥的主要成分，磷酸盐溶液本身作为一种常用的农业高效肥料，成本低廉。
81.(2)对刻槽道面的表面摩擦系数几乎无影响，即不降低刚性道面表面抗滑性能。道面表面在水膜状态下的摩擦系数均小于干燥状态,而本发明中所提供的表面改性方法处理后，道面表面的摩擦系数与不经处理的原始道面摩擦系数接近，即本发明所提供的机场刚性道面表面原位改性剂属于渗透型的改性材料，其工作机理对混凝土的表面构造影响较小；按照本发明所提供的方法改性道面混凝土表面后，刻槽道面的摩擦系数满足民用机场飞行区技术标准(mh5001
‑
2013)对新建跑道摩擦系数的评价标准，因此本发明对机场道面的抗滑性能几乎没有影响。
82.(3)有效提高道面的抗渗性能和抗离子侵蚀能力。本发明通过运用磷酸盐溶液对水泥混凝土表面改性，可在道面表面与砂浆材料中的ca
2
发生反应形成一种全新的化学产物
‑
羟基磷灰石，同时本发明通过在改性溶液中按照一定配比掺入乙二醇、异丙醇、丙烯酸、纳米颗粒等作为渗透剂，相比单纯使用磷酸盐溶液处置道面，可明显提高表面微裂缝、砂浆表面和表面附近毛细管孔的封堵效果，并在道面表面层形成一层致密的羟基磷灰石强化层，有效阻止水和cl
‑
、so
42
‑
等离子的浸渍作用，提高表面抗渗性，从而延长道面的使用寿命和维养周期；因此本方法也适用于高温多雨的沿海地区机场。
83.(4)有效提高道面的抗冻融性能。改性产物羟基磷灰石具有极高的化学稳定性，即使在酸性的情况下，羟基磷灰石也可以相当稳定的存在(rdiss＝10
‑
14mols cm
‑2s
‑1在ph＝5.6)，在机场道面的冻融破坏中，盐离子参与将加剧道面剥落的产生和程度，因此本发明通过提高抗cl
‑
、so
42
‑
离子的浸渍作用，可以起到提高道面抗冻融破坏能力的作用。因此，本发明提供的方法针对昼夜温差大、常年低温的高原高寒地区具有适用性。
84.(5)有效提高道面表面的力学性能和抗磨耗性能。本发明中使用的磷酸盐溶液可以与水泥混凝土表面丰富ca源原位生成羟基磷灰石。因为其和人类牙釉质具有相同的化学成分和类似的微观结构，所以被称作类牙釉强化层，该方应将水泥中不耐磨的ca(oh)2转变成稳定且耐磨的羟基磷灰石，可以显著的提高道面抗磨损性能；羟基磷灰石拥有媲美石英石的硬度，能够提高道面表面的力学强度。
85.(6)本方法适用范围广，可用于不同气候类型、不同龄期的机场道面表面改性。本发明可用于新建水泥混凝土机场道面，在机场道面拉毛、刻槽后的养护期进行表面改性；本发明亦可用于既有水泥混凝土道面，对不同使用年限的机场道面进行处理。使用年限较久的机场道面表面在气候因素和飞机、地面作业车辆等荷载作用下所产生的耐久性病害较新建道面必然增多，针对表面微裂纹、微裂缝可通过本发明提供的改性方法进行有效封堵，实现延长其使用寿命的效果。
86.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
87.在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。
88.机场道面专用除胶车中除胶剂厂家深圳锐力建筑科技有限公司，型号rlstd2700hp
标准型机场跑道除胶车。
89.道面专用清洗车中的厂家长力重工湖北专用汽车制造有限公司，型号8方东风天锦洗扫车。或江苏美佳达环保科技有限公司生产的s2
‑
1400道面清扫车。
90.负压施工设备厂家是苏州水泥混凝土制品研究院，型号v82型气垫薄膜真空吸水机组。
91.实施例1
92.某新建机场停机坪的表面原位改性方法及施工流程。根据需要，对该机场部分停机坪共约440m2进行表面改性处理。参阅图1，
93.(1)确定施工分域；根据工程经验，综合考虑总工程量(440m2)和最短作业时间(根据工程进度图定为4h/天)对该机场施工段划分，参阅图3，划分为2个面积为220m2的规则施工分域ⅰ、施工分域ⅱ，施工分域ⅰ和施工分域ⅱ呈规则四边形，选择并行施工的方式，两施工分域分别配置机场道面专用清洗车1台、作业人员3名、专用负压施工设备1台，在该道面养护第7d时开始作业。
94.(2)清洗跑道轮胎胶层；因新建跑道尚未投入运营故跳过此步骤。
95.(3)道面改性区域进行冲刷清洗；施工分域ⅰ、施工分域ⅱ同时施工，驾驶道面专用清洗车进行清扫，除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，使表面砂浆层暴露在道面表面并保持洁净。
96.(4)配制机场刚性道面表面原位改性剂；将提前2h内在工业实验室配制完成的机场刚性道面表面原位改性剂通过充分清洁、水箱内壁经过特殊处理(恒温环境、液体箱体提供恒定ph值环境)的高压水车运送至施工现场，机场刚性道面表面原位改性剂的配比按质量分数为磷酸氢二铵：乙二醇：去离子水＝15％：1％：84％；制备过程中先将磷酸氢二铵和去离子水混合后搅拌均匀，直至磷酸氢二铵固体完全溶解后掺入乙二醇，继续充分搅拌均匀即可，标定此时的机场刚性道面表面原位改性剂ph值，通过1mol/l的naoh碱性调节剂调节机场刚性道面表面原位改性剂ph值至8.62
‑
13.2之间，并在恒温25℃条件下进行配置。
97.(5)使用配制完成的机场刚性道面表面原位改性剂进行道面表面覆盖作业；应经过室内试验或足尺确定，加压喷涂所设置压力为160mpa，喷枪与道面夹角均为30
°
，喷枪嘴与冲洗道面的距离为40cm。作业前，由工作人员检查液体箱内改性溶液温度为25℃，ph值为8.64，现场条件准备就绪且天气良好，符合开始作业要求和条件。在施工分域ⅰ和施工分域ⅱ内的高压水车应延施工分域的一边开始作业，行进路线向其对边呈往返折线行进(参阅图4)，行车轨迹应覆盖施工分域的全部区域，当施工分域ⅰ和施工分域ⅱ表面均匀覆盖有机场刚性道面表面原位改性剂后，高压水车沿第一次行进路线进行二次加压喷涂作业；后由施工人员使用便捷式小型真空泵，沿与高压水车相同的行进路线在道面表面通过真空箱形成负压空间，加快机场刚性道面表面原位改性剂的下渗深度和速度。加快机场刚性道面表面原位改性剂的下渗深度为0.5
‑
1mm。加快机场刚性道面表面原位改性剂的下渗速度。真空度的范围值是在
‑
0.0658mpa～
‑
0.789mpa范围内。
98.(6)作业人员和机械离场，待施工分域ⅰ和施工分域ⅱ表面的机场刚性道面表面原位改性剂自然风干。
99.(7)间隔24h、48h后，重复前述步骤(4)
‑
(6)2次，共对施工分域ⅰ和施工分域ⅱ完成6次表面改性处理。
100.(8)步骤(7)完成后，间隔24h对施工分域ⅰ和施工分域ⅱ进行清理。除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，未发现附着在停机坪表面的渗出结晶体，处置效果良好。
101.实施例2
102.某既有沿海机场道面的夜间不停航表面原位改性作业。根据具体需要和机场最晚航班与开放交通要求，最短作业时间为3h，初步拟定在3h对该机场跑道共1200m2进行表面改性处理。参阅图1，
103.(1)确定施工分域；根据工程经验，综合考虑总工程量(1200m2)和最短作业时间(根据工程进度图定为3h)对该机场施工段划分，划分为4个面积为300m2的施工分域ⅰ、施工分域ⅱ、施工分域ⅲ、施工分域ⅳ，每个施工分域呈规则四边形，采用依次施工的方式(参阅图5)。共配置机场道面专用除胶车1台、道面专用清洗车1台、作业人员3名、专用负压施工设备1台，由引导车引导进场开始作业。
104.(2)清洗跑道轮胎胶层；机场道面专用除胶车1台对施工分域ⅰ的轮胎胶层进行清洗，利用机场道面专用除胶车将污水和在清洗过程中产生的fod同步回收。
105.(3)道面改性区域进行冲刷清洗；驾驶道面专用清洗车对施工分域ⅰ进行清扫，除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，清洗过程中对于轮胎胶层清洗过程中出现的清洗液残留区域，应当重点喷水冲洗，防止清洗液化学物质与机场刚性道面表面原位改性剂发生化学反应腐蚀道面或影响改性效果，清洗后使跑道表面保持洁净。
106.(4)配制机场刚性道面表面原位改性剂；将提前2h内在工业实验室配制完成的机场刚性道面表面原位改性剂通过充分清洁、水箱内壁经过特殊处理(恒温环境、液体箱体提供恒定ph值环境)的高压水车运送至施工分域ⅰ，考虑沿海机场气候受雨水侵蚀和离子侵蚀作用，机场刚性道面表面原位改性剂的配比按质量分数为磷酸氢二铵：乙二醇：tio2纳米颗粒：去离子水＝13.5％：1.0％：0.5％：85％；制备过程中先将磷酸氢二铵和去离子水混合后搅拌均匀，直至磷酸氢二铵固体完全溶解后掺入乙二醇继续搅拌，再添加入tio2纳米颗粒搅拌均匀即可，标定此时的机场刚性道面表面原位改性剂ph值，将1mol/lnaoh碱性调节剂调节机场刚性道面表面原位改性剂ph值至9.80，并在恒温28℃条件下进行配置。
107.(5)使用配制完成的改性溶液进行道面表面覆盖作业；应经过室内试验或足尺确定，加压喷涂所设置压力为160mpa，喷枪与道面夹角为30
°
，喷枪嘴与冲洗道面的距离为40cm。作业前，由工作人员检查液体箱内改性溶液温度为28℃，ph值为9.76，现场条件准备就绪且夜间气温满足作业标准，符合开始作业要求和条件。在施工分域ⅰ内的高压水车应沿施工分域的一边开始作业，行进路线向其对边呈往返折线行进(参阅图6)，行车轨迹应覆盖施工分域的全部区域，当施工分域ⅰ表面均匀覆盖有机场刚性道面表面原位改性剂后，高压水车延第一次行进路线进行二次加压喷涂作业；后由施工人员使用便捷式小型真空泵，沿与高压水车相同的行进路线在道面表面通过真空箱形成负压空间，加快机场刚性道面表面原位改性剂的下渗深度和速度。加快机场刚性道面表面原位改性剂的下渗深度为0.5
‑
1mm。加快机场刚性道面表面原位改性剂的下渗速度。真空度的范围值是在
‑
0.0658mpa～
‑
0.789mpa范围内。
108.(6)作业人员和机械离场，待施工分域ⅰ表面的机场刚性道面表面原位改性剂自然风干。
109.(7)间隔24h后，重复前述步骤(4)
‑
(6)1次，共对施工分域ⅰ完成4次表面改性处理。
110.(8)步骤(7)完成后，间隔24h对施工分域ⅰ和施工分域ⅱ进行清理。除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，施工分域ⅰ表面改性作业完毕。依照上述步骤和方法，依次对施工分域ⅱ、施工分域ⅲ、施工分域ⅳ进行表面改性作业。
111.参阅图2，本发明所提供的表面原位改性方法的工作原理是：磷酸盐溶液可以与刚性道面表层丰富的钙源，例如氢氧化钙、水化硅酸钙凝胶、碳酸钙等发生化学反应，原位生成羟基磷灰石(hap,分子式ca
10
(po4)6(oh)2)。因为其和人类牙釉质具有相同的化学成分和类似的微观结构，所以被称作类牙釉强化层。由于水泥砂浆中取向结构的ca(oh)2晶体是造成其强度和耐磨性差的原因之一，磷酸盐溶液可以和ca(oh)2晶体生成hap封闭砂浆表面或表面附近的毛细管孔，使砂浆孔隙结构更密实，从微观结构上提高砂浆的耐磨性和抗冻性。同时，hap拥有媲美石英石的硬度，摩氏硬度可以达到5以上，可以在力学层面上可以显著的提高道面抗磨损性能。此外，hap也具有极高的化学稳定性，可以在ph>4的环境中稳定存在，并且溶解度极低(rdiss＝10
‑
14mols cm
‑2s
‑1在ph＝5.6)。因此，利用磷酸盐改性形成的类牙釉强化层，不仅可以有效地封堵住刚性道面的微孔隙/裂缝，也可以将水泥中不耐磨的ca(oh)2转变成稳定且耐磨的hap，从物理和化学两个层面上对刚性道面改性。
112.实施例3
113.某高原高寒环境下既有机场停机坪的表面原位改性方法及施工流程。根据需要，对该机场部分停机坪共约200m2进行表面改性处理。参阅图1，
114.(1)确定施工分域；因该机场起降频次较低，不存在施工时间约束问题，故根据工程经验综合考虑总工程量(200m2)后，将该机场施工段直接划分划分为2个面积相等的施工分域ⅰ和施工分域ⅱ，每个施工分域面积为100m2，选择依次施工的方式，共配置机场道面专用清洗车1台、作业人员3名、专用负压施工设备1台。
115.(2)清洗跑道轮胎胶层；机场道面专用除胶车1台对施工分域ⅰ的轮胎胶层进行清洗，利用机场道面专用除胶车将污水和在清洗过程中产生的fod同步回收。
116.(3)道面改性区域进行冲刷清洗；驾驶道面专用清洗车进行清扫，除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，使表面砂浆层暴露在道面表面并保持洁净。
117.(4)配制机场刚性道面表面原位改性剂；将提前2h内在工业实验室配制完成的机场刚性道面表面原位改性剂通过充分清洁、水箱内壁经过特殊处理(恒温环境、液体箱体提供恒定ph值环境)的高压水车运送至施工现场，机场刚性道面表面原位改性剂的配比按质量分数为磷酸氢二钠：磷酸氢二氨：乙二醇：去离子水＝10％：5％：1％：84％；制备过程中先将磷酸氢二钠，磷酸氢二铵和去离子水按比例混合后搅拌均匀，直至磷酸氢二铵和磷酸氢二钠固体完全溶解后掺入乙二醇，继续充分搅拌均匀即可，因高原高寒环境下气温普遍偏低，液温度降低速度较快，且在夜间液体物相发生转变后堵塞道面毛细孔，对改性剂的下渗造成明显阻滞，故为提高改性溶液的处置效果掺入一定比例的磷酸氢二钠提高溶液的基准ph值；搅拌均匀后对此时的机场刚性道面表面原位改性剂ph值进行标定，后添加1mol/l的naoh碱性调节剂在现场条件下直至改性剂ph值达到11.0
‑
13.2之间，并在恒温40℃条件下进行配置。
118.(5)使用配制完成的机场刚性道面表面原位改性剂进行道面表面覆盖作业；设置加压喷涂所的压力为160mpa，喷枪与道面夹角在15
°
至30
°
自由设置；考虑环境温度和溶液
温度，调节喷枪嘴与冲洗道面的距离为20cm。作业前，由工作人员检查液体箱内改性溶液温度为40℃，ph值为11.64；考虑高原高寒环境施工特殊性，先采用高压水车对施工分域ⅰ的表面进行加压喷涂作业；后沿横向依次铺设滤水网，采用高压水车对施工分域ⅰ的表面进行二次加压喷涂作业，直至滤水网完全浸湿；在滤水网上布设真空吸水垫，滤水网和真空吸水垫的尺寸为4m*5m，总面积为20m2，共铺设5块，采用混凝土路面真空吸水机进行真空环境预备，真空度设置为
‑
0.0658mpa～
‑
0.789mpa之间，在滤水网和真空吸水垫之间形成负压空间；处置完毕后被饱和的滤水网依然铺设在道面上，仅取走上层真空吸水垫，后用土工养生布覆盖；采用同样的方法对施工分域ⅱ进行施工。
119.(6)作业人员和机械离场；待环境气温减低至15℃
‑
20℃之间时，取走土工养生布和滤水网，待施工分域ⅰ和施工分域ⅱ表面的机场刚性道面表面原位改性剂自然风干。
120.(7)间隔24h、48h后，重复前述步骤(4)
‑
(6)2次。
121.(8)步骤(7)完成后，间隔24h对施工分域ⅰ和施工分域ⅱ进行清理。除净附着尘土、石子、砂砾或其他种类多余物体等表面fod，同时用毛刷轻去除附着在停机坪表面的渗出结晶体。
122.对比例1
123.与实施例1相比，但不经过表面原位改性剂的处理。
124.对比例2
125.与实施例2相比，但不经过表面原位改性剂的处理。
126.对比例3
127.与实施例3相比，但不经过表面原位改性剂的处理。
128.将实施例1～3、对比例1～3中的进行机场刚性道面表面原位增强改性后的表面摩擦系数、抗渗性能、抗冻融性能、力学性能。
129.1、抗滑性能测试：
130.由于机场跑道对安全性能的特殊要求，抗滑性能是衡量道面安全性能和使用寿命的重要指标。参照规范t 0969
‑
2019(《公路路基路面现场测试规程》)采用摆氏摩擦仪对道面表面bpn摆值进行现场测定。
131.抗滑性能测试结果见表1。处置后90d，并未对道面的摩擦系数产生影响，有效保证机场道面的运营安全。
132.表1抗滑性能测试结果
[0133][0134][0135]
2、抗渗性能测试：
[0136]
参考规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(gbt 50082
‑
2009)关于混凝土抗渗性能的测试方法，考虑实验方案的可操作性，钻取足尺试验场地芯样(不得破坏机场处置道面)，在圆柱体侧面均匀涂抹环氧树脂进行密封，规定芯样暴露在空气中的顶面为测试面，在加压装置上将试件压入试件套中，连同试件套装在抗渗仪上。水压恒定控制在(1.2
±
0.05)mpa，24h后停止试验，将试件沿纵断面劈开两半，待看清水痕后描出水痕。然后把梯形玻璃板放在试件劈裂面上，用尺测量10条线上的渗水高度。以10个测点处渗水高度的算术平均值作为该试件的渗水高度，再以6个试件的渗水高度的算术平均值作为该组试件的平均渗水高度。
[0137]
抗渗性能测试结果见表2。表面改性处理试件的抗渗性能提高显著。比较表2的结果可知，三组实施例经过本发明所提供的不同配比的磷酸盐表面改性剂处理后，混凝土试件的渗水平均高度比较相应的对比例分别降低73.18％(实施例1)、81.42％(实施例2)、79.10％(实施例3)。
[0138]
表2抗渗性能测试结果
[0139][0140]
3、抗冻融性能测试：
[0141]
参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》gb/t50082—2009对经过表面改性的试件进行单面冻融试验，分别选取自来水、3.0wt％醋酸钾溶液作为冻融介质，验证试件的抗水冻能力和盐冻能力；试验前将砂浆试件放入具有相应溶液的饱水装置中24h，使试件达到饱水状态，测试试件的初始质量和初始动弹模量，然后开始冻融试验。将试件置于混凝土冻融试验机(中国建筑科学研究院cabr
‑
hdd型混凝土单边冻融试验机)的试槽内，并设定最高和最低温度分别为20℃和
‑
20℃，以冻4h、低温保持3h、融4h、温度保持1h，共计12h为一个冻融循环。每10次冻融循环后更换试槽中的水和3.0wt％醋酸钾溶液，以保持溶液的ph值稳定。每20次冻融循环后，测试dap表面改性砂浆试件的质量损失、动弹模量损失。
[0142]
抗冻融性能测试测试结果见表3和表4。由表中数据可知，表面改性处理试件的抗冻融性能提高显著，其中试件在相同的处理方式下允许最大盐冻循环次数比较水冻循环次数要低，这也符合盐冻条件下可以加速水泥混凝土破坏的结论。实验中，参照规范质量损失达到5％时停止冻融试验，但实施例组的试件还未发生显著破坏，仅在表面局部区域发生微小剥落，因此为完整、客观的显示本发明的处置效果，依据预实验结果选取水冻循环次数为175次；盐冻循环次数为120次。实施例1与其对比例1(与实施例1的配合比相同，但不进行表
面改性处理)的结果显示：经过表面改性处置的试件，在水冻条件下的质量损失率仅为对比例1组的32.68％，在盐冻条件下的质量损失率仅为对比例1组的33.40％；实施例2与其对比例2(与实施例2的配合比相同，但不进行表面改性处理)的结果显示：经过表面改性处置的试件，在水冻条件下的质量损失率仅为对比例1组的57.95％，在盐冻条件下的质量损失率仅为对比例1组的53.03％；实施例3与其对比例3(与实施例3的配合比相同，但不进行表面改性处理)的结果显示：经过表面改性处置的试件，在水冻条件下的质量损失率仅为对比例1组的46.31％，在盐冻条件下的质量损失率仅为对比例1组的47.32％。
[0143]
表3水冻条件下质量损失表征的抗冻融性能
[0144][0145][0146]
表4盐冻条件下质量损失表征的抗冻融性能
[0147][0148]
此外，以动弹模量损失为抗冻融性能的评价指标，测试结果见表5。比较表5的结果可知，三组实施例经过本发明所提供的的不同配比的磷酸盐表面改性剂处理后，混凝土试件的相对动弹模损失率分别降低59.25％(实施例1)、58.66％(实施例2)、53.10％(实施例3)，本实验中设计冻融次数为200次。实验结果验证了表面改性剂是提高混凝土道面抗冻融能力的有效方法。
[0149]
表5水冻条件下相对动弹模量表征的抗冻融性能
[0150][0151]
其中，各实施例和对比例中，动弹模量损失率＝(初始动弹模量－200次冻融循环后的动弹模量)/初始动弹模量
[0152]
4、物理力学性能测试
[0153]
选用hartip 1800型号里氏硬度计进行表面硬度测量。每块试件(尺寸为100mm*100mm*100mm的室内成型试件或尺寸为φ150mm*100mm的钻芯取样试件)，在表面改性层作为测区，在测区内随机选取10个测点，测点在测区范围内均匀分布，相邻的两侧点的净距离不能小于10mm，且相邻两测点的间距及测点离试块边缘的距离一般均不小于30mm，测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只能弹击一次。为了减小误差，每个测点共测量6个里氏硬度值，分别剔除最大值和最小值，取余下4有效硬度值的平均值作为该测点的硬度值，计算所有测点的硬度平均值作为该试件的平均硬度，计算精确至0.01。
[0154]
硬度测试结果见表6。由表中数据可知，比较表6的结果可知，三组实施例经过本发明所提供的的不同配比的磷酸盐表面改性剂处理后，混凝土试件的表面里氏硬度值分别提升20.70％(实施例1)、24.70％(实施例2)、26.10％(实施例3)，实验结果验证了磷酸盐改性方法的作用机理，即磷酸盐与砂浆层表面ca
2
在碱性环境中生成了羟基磷灰石(类牙釉物质)分布在道面表面，从而提升砂浆层的表面硬度。
[0155]
表6硬度测试结果
[0156][0157]
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本
发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。