高寒地区机场道面的病害及防治措施探究.pdf

中国厨卫城市规划与管理高寒地区机场道面的病害及防治措施探究邹伟明（中铁十二局集团有限公司，太原0 3 0 0 0 0）摘要：机场道面不但在运营使用过程中会出现磨损老化现象，而且因高寒地区昼夜温差大和冬季气温低，会出现周而复始的冻融循环，对机场道面造成损坏。若要有效防止病害的发生，则要提升机场道面的抗冻融破坏能力。文章介绍了高寒地区机场道面的病害及成因，分析了冻融破坏的影响因素，并结合某机场改扩建工程的具体案例提出了相应的防治措施，以期提升道面抗冻融破坏能力。关键词：高寒地区；机场道面；抗冻融中图分类号：V351.3Exploration of Diseases and Prevention Measures on Airport Pavement inHigh Cold RegionsZOU Weiming(China Railway 12th Bureau Group Co.,Ltd.,Taiyuan 030000,China)Abstract:Airport pavement not only experiences wear and aging during operation,but also undergoes repeated freeze-thaw cycles in high-altitude areas due to large temperature differences between day and night and low winter tempera-tures,causing damage to the airport pavement.To effectively prevent the occurrence of diseases,it is necessary to en-hance the ability of airport pavement to resist freeze-thaw damage.The article introduces the diseases and causes of airportpavement in high-altitude areas,analyzes the influencing factors of freeze-thaw damage,and proposes corresponding pre-vention and control measures based on a specific case of an airport renovation and expansion project,in order to improvethe pavements ability to resist freeze-thaw damage.Key words:high cold regions;airport pavement;anti freezing and thawing1引言机场道面是飞行区的主要基础设施。水泥混凝土因高强度、高稳定性、高耐久性的特点被作为机场道面的材料。然而经过长久的使用，水泥混凝土道面会在荷载和环境综合作用下出现龟裂等病害问题。机场道面结构一旦受到破坏,就会危及飞行安全。尤其是高寒地区因其特殊的气候条件，降雨降雪、昼夜温差大会使液态水渗人机场道面中产生冻融循环，使道面逐渐出现裂纹、剥落等情况。高寒地区机场道面病害的防治关键,在于提升水泥混凝土的性能,加强防渗、抗冻融措施，抵御高寒气候条件的侵蚀破坏，降低机场道面病害发生的概率。2病害及成因高寒地区机场道面的主要损坏类型为坑洞、龟裂、裂纹等。机场道面在冬季反复冻融作用下产生细微裂纹，细微裂纹逐渐会贯穿整个板块，出现表层拱起剥离等现象。在高寒地区的机场中,降雨降雪时的水会渗入到机场道面中，作者简介：邹伟明（1 9 9 1 一），工程师，研究方向为机场场道施工。122|中国厨卫若昼夜温差过大则会产生冻融循环，使机场道面产生细微裂纹。随着裂纹的逐渐扩大，水会向产生的孔隙深处渗人。细微裂纹会连接起来，使机场道面逐渐裂开形成龟裂纹。在冻融循环的作用下,机场道面会因水结冰的膨胀应力而产生剥落，甚至形成坑洞。高寒地区机场道面病害的成因可以分为外部因素和内部因素。外部因素即是气候条件的影响。由于高寒地区冬季气温低、昼夜温差大，气温长时间正温、负温交替变换，降雨降雪时会使道面混凝土达到饱水状态，水结冰产生的体积膨胀会对混凝土结构造成破坏。循环冻融会使破坏不断加大,逐渐出现裂纹、起皮剥落等问题。内部原因则是机场道面使用的水泥混凝土质量不佳。若使用石灰岩作为混凝土骨料,则会因石灰岩吸水性、抗渗性差而容易受冻融破坏。水泥混凝土使用的原材料性能不佳，水泥混凝土配合比不合理，或是未适量掺加引气型减水剂，都会导致机场道面在循环冻融作用下受到侵蚀破坏。3影响因素机场道面冻融破坏的影响因素众多，除了要考虑不同城市规划与管理中国厨卫气候、荷载条件下的外力作用,还要考虑道面铺筑过程中的机制，使新拌混凝土有着良好的和易性且不易发生泌水、沉施工因素。最关键的是水泥混凝土原材料质量和配合比等降现象。含气量的提升既能有助于提高混凝土的抗冻、抗因素，进一步可细分为水泥标号、集料种类、外加剂、水灰渗性能,又能减小浆体面积,降低混凝土的抗压、弯拉强度。比、含气量等。这些因素会直接决定水泥混凝土的性能质因此,要控制最佳的含气量，选择有效的引气型减水剂,并量，关系到机场道面的抗冻融破坏能力。通过试验合理确定减水剂的加入量。3.1原材料质量4防治措施机场道面混凝土抗冻性与水泥活性有关，优质原材料可以提升水泥混凝土的性能质量。因此,需要结合高寒地区机场道面工程的需要选择合适的水泥、集料、外加剂等材料,并通过性能试验来确定原材料的选择。水泥品种会对水泥混凝土的性能产生重要影响,熟料占比低会导致混凝土抗冻性能较弱。在抗冻性能方面，混合水泥混凝土弱于硅酸盐水泥混凝土。在高寒地区,选择抗冻性好、耐磨性强的硅酸盐水泥，其碱含量不超过0.6%，强度等级不低于4 2.5。选择高标号水泥,不使用快硬早强R型水泥。水泥实测2 8 d抗折强度宜大于8.0 MPa。集料是水泥混凝土的重要组成部分，集料本身的吸水性、抗冻性会对水泥混凝土的性能产生较大影响。集料自身内部有孔隙,而集料的孔隙率影响混凝土的抗冻性能。粗集料孔隙占比越高则混凝土抗冻耐久性越差，因此一般推荐多使用低孔隙率的粗集料。粗集料使用坚硬、耐磨的碎石或破碎卵石，这两种集料具有良好的抗冻性能。自由风化岩等集料不够坚固耐用，会影响抗冻性能。细集料选择坚硬、洁净的天然砂。通过试验确定粗集料、细集料的粒径和配合比。外加剂的选用要符合国家现行有关标准的规定，可供选择的外加剂有防冻剂、减水剂等。不使用含钾离子、钠离子的外加剂，以免产生碱集料反应，具体品种及含量要经过配合比试验确定。对于高寒地区机场道面工程，推荐使用抗盐冻防护剂，具体用量可根据试验结果进行确定。3.2水泥混凝土配合比水灰比是影响道面混凝土结构强度的关键因素之一。混凝土受力破坏主要在水泥石与骨料界面,这里存在很多孔隙和微裂缝，属于混凝土结构的薄弱环节。在水泥标号、品种不变的前提下,水灰比低会增加混凝土的密实度，导致混凝土孔隙变小，减少液态水的渗人，从而降低水冻结成冰产生的膨胀应力，提升水泥混凝土的抗冻性能和强度。然而,水灰比过低会影响混凝土和易性和工作性,甚至导致水泥颗粒无法完全水化，因此适当降低水灰比可以有效提高混凝土的抗冻性能。砂率是混凝土配合比中的重要参数，表示细集料占集料的百分比。砂率的变化会影响骨料的空隙率和混凝土拌合物的稠度。适合的砂率能够保证混凝土的强度和和易性,过小或过大都会使混凝土性能变差。要通过试验确定一定条件下的最佳砂率,才能保证道面混凝土的质量。含气量对混凝土强度、抗冻性能等有一定的影响。这里指的含气量并非混凝土拌合过程中产生的气泡,而是引气剂引人的微小、密闭气泡，其可以改善混凝土内部的摩擦高寒地区机场道面病害的主要原因在于外部气候条件的影响和内部水泥混凝土的性能不佳。因此,在工程建设中要从优选合适的原材料和试验确定最佳配合比人手，尽量提升水泥混凝土的抗冻性能和强度，确保机场道面可适应高寒地区气候条件和满足正常运营荷载的要求。文章结合某高寒地区机场改扩建工程水泥混凝土配制的经验，介绍了原材料选择和配合比试验的相关做法。4.1选择适合的原材料该工程水泥混凝土所需的主要原材料包括水泥、碎石、砂、外加剂和水等，由建设单位、设计单位考察后确定料源点，采集足够样品，按有关规范要求进行试验，确保机场道面所用的各种材料质量达标。水泥需要选用强度等级4 2.5 以上的低碱硅酸盐水泥。该工程选取P.II52.5硅酸盐水泥进行试验检测，检测结果表明水泥技术指标均满足工程要求。水泥进场时出具产品合格证及化验单，以检查验收进场水泥品种名称、包装日期、数量等。进场后，水泥存放在地势高处的水泥罐。分类存放不同品种、等级、日期的水泥，如生产日期超过三月需在使用前进行重新试验。粗细集料分别使用坚硬的碎石和天然砂。该工程经过调研选用4.7 5 9.5 mm、9.5 1 6 m m 和1 6 3 1.5 mm三种粒径的碎石，细集料选用细度模数为2.6 3.2 的天然砂，经试验检测后其指标符合工程要求。机场道面外加剂选用引气型减水剂，保护层采用硅烷保护剂。硅烷浸渍深度不低于3mm,硅烷喷涂混凝土吸水率不超过0.0 1 mm/min/2,30次抗除冰液冻融循环(正负2 0)后剥落量低于1 0 0 g/m。拌合水泥混凝土时使用饮用水和非饮用水进行对比试验，确保水泥初凝、终凝时间差在3 0 min内。水泥胶砂3 d、28d强度不低于饮用水配制的9 0%。4.2西配合比设计水泥混凝土配合比设计在于确定不同的水灰比、石子掺配比例等，需通过试验确定最佳的配合比。配合比设计要参考设计文件和相关规范，设计强度2 8 d弯拉强度要达到5.0 MPa,抗冻性能满足F300冻融循环要求,且满足民航规范的相关要求。试验室配合比宜按设计强度的1 1 0%115%进行配制，因此配制强度为5.5 0 5.7 5 MPa。根据民用机场水泥混凝土面层施工技术规范要求，碎石合成级配要选择两或三个单粒级粗集料掺配，1 6 31.5mm、9.5 1 6 m m、4.7 5 9.5 m m，三级碎石按照6 0：3 0：10、6 0：2 0：2 0、5 5：2 2.5：2 2.5、5 0：2 5：2 5 四个比例进行混合。经过相关试验，6 0：3 0：1 0 的比例下混合后碎石松2024年1 3 期1 2 3中国厨卫城市规划与管理堆孔隙率最低，符合粗集料的级配范围，故确定6 0：3 0：1 0为三种碎石的最佳比例。机场道面水泥混凝土配合比中砂率在2 8%3 2%区间,具体比例要考虑细度模数。该工程天然砂的细度模数为3.1，选取2 8%和3 0%两种砂率进行试配。高寒地区选用52.5强度等级水泥时，要求水泥含量不低于3 2 0 kg/m。考虑到原材料性能和砂率等情况，选取0.4 0 和0.4 2 两个水灰比进行试配。由此共产生4 个配合比：配合比1 水灰比为0.40，砂率为0.2 8；配合比2 水灰比为0.4 0，砂率为0.3 0；配合比3 水灰比为0.4 2,砂率为0.2 8；配合比4 水灰比为0.4 2，砂率为0.3 0。水泥含量固定为3 2 0 kg/m，减水剂统一按6.4kg/m掺加，碎石均按6 0：3 0：1 0 的比例进行掺配。4.3配合比试验为了确定最佳的配合比,试验时要对每个配比的强度、工作性等指标进行测定，在制作试件后进行抹面和脱模。在规定温湿度条件下养护至规定龄期，检测每个试件的弯拉强度和剥落量。配合比1 的2 8 d弯拉强度达到6.2 7 MPa,维勃稠度为1 8 s，含气量为2.8%,和易性好；配合比2 的弯拉强度为6.1 0 MPa,维勃稠度为1 9 s,含气量为3.0%,和易性好；配合比3 的弯拉强度为6.0 1 MPa,维勃稠度为1 7 s，含气量为3.1%,水偏大；配合比4 的弯拉强度为5.7 0 MPa,维勃稠度为1 6 s，含气量为2.9%,和易性好。对水泥混凝土进行抗除冰液冻融破坏试验，试件经受300次冻融循环，测定各配合比试件的平均剥落量，要求质量损失不大于5%。试件养护到规定龄期后，选取试件进行表面防护。在试件干燥后喷涂抗冻抗盐冻防护剂，养护7 d后在单面冻融试验箱内进行正负2 0 的冻融循环测试,测定试件表面剥落量。四种配合比根据有（无）喷涂硅烷防护剂共形成八组，配合比1 有（无）喷涂硅烷防护剂的剥落量为16.42(141.54)g/m,配合比2 为1 4.7 2(1 2 5.9 7)g/m,配合比为2 1.5 1(2 1 2.3 1)g/m,配合比4 为1 8.6 8(1 8 6.8 4)g/m。其中，配合比2 喷涂防护剂的试件抗冻融破坏侵蚀效果最好。四个配合比试件喷涂硅烷防护剂后剥落量均下降8 8.0%以上，证明喷涂硅烷防护剂可以大幅提高机场道面的抗冻融破坏侵蚀能力。4.4试配结果分析民用机场水泥混凝土面层施工技术规范要求混凝土混合料维勃稠度大于1 5 s,含气量在3%4%。根据要求，配合比1 含气量不达标，配合比2 各项指标均满足要求，配合比3 有水偏大的问题，配合比4 弯拉强度和含气量偏低。因此,综合各项指标的测定情况，配合比2 为最佳配合比：即水灰比为0.4 0,砂率为0.3 0 的配比最佳，每立方米P.II52.5普通硅酸盐水泥用量为3 2 0 kg，天然砂6 1 5.6 kg，水128.0kg,减水剂6.4 kg,1631.5mm碎石 8 6 1.8 kg、9.5 16 mm碎石4 3 0.9 kg、4.7 5 9.5 mm碎石1 4 3.6 kg。5结语高寒地区机场道面病害主要是由冻融破坏引起，这既与机场所处地区气候条件有关,也与机场道面所用混凝土性能不佳有关。在机场道面工程建设中,要根据工程需求选择合适的原材料，合理选用减水剂、抗冻剂等外加剂，科学设计混凝土配合比，并通过试验确定最佳配合比。在实际施工中，配合比可根据现场情况进行微调，但要确保各项试验检测结果不低于实验室配合比的试验结果，且加强施工及养护质量控制，避免因施工质量问题而影响机场道面的抗冻性能。机场运营过程中也要注意路面的养护管理。在冬季对道面合理使用硅烷防护剂，对发生病害的道面进行及时、妥善的处理,可有效降低冻融病害的可能性，保障飞行安全。1李尚仁,谢春庆,潘凯.西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施 J.路基工程,2 0 2 3(4)：1 7 8-1 8 7.2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,2 0 2 2(6)：1 7 1-1 7 4.3梁鹏俊.磷酸盐水泥薄层修补工艺在机场道面表层类病害处置中的应用 J.运输经理世界,2 0 2 2(1 8）：2 8-3 0.4王欣宇方，邓安仲，李胜波，等.基于关联规则挖掘的机场道面病害恶化规律研究 J.公路工程,2 0 2 1,4 6(6)：1 6 3-1 6 9.5刘松,张海阔,郭城睿.机场混凝土道面病害快速治理的有效方法 J.居舍,2 0 2 1(2 3)：5 9-6 0.6李海丰,韩红阳.复杂背景下机场道面细带状结构病害检测算法 J.北京航空航天大学学报,2 0 2 2,4 8(1):3 6-4 4.7米大卫.机场道面病害快速治理方法分析 J.工程技术研究,2 0 2 0,5(2 1):8 3-8 4.参考文献124|中国厨卫