机场道面混凝土抗冻融问题探讨

机场道面混凝土抗冻融问题探讨

谢槟羊
民航乌鲁木齐管理局

 

        近几年,我国北方寒冷地区一些新建或扩建的混凝土道面刚投入使用,就出现混凝土表面起砂掉皮和脱落等现象1997年建成的呜鲁木齐机场混凝土东,西站坪,1999年出现了站坪表面太面积掉皮现象;兰州中川机场1998年10月份建成的新混凝土站坪,当年投入使用,1999年发现个别板块产生掉皮,2000年又将发生掉皮的掘凝土板块砸掉重做.另外,东北的沈阳机场,哈尔滨机场,西南的拉萨贡嘎机场也都出现了类似问题.值得注意的是.上所说的混凝土道面掉皮现象全部发生在各个机场的站坪.而各个机场用同样混凝土配合比,并在同等条件下施工的飞机跑道道面却没有发生类似问题.机场站坪混凝士道面掉皮破损严重影响了道面的使用寿命,并对机场站坪的日常使用和保养维修带来了极大的困难.对于掉皮的原因,认为是由于冻融引起的破坏这一点大家的看法是一致的,但是什么原因引起或者说是加速了道面的冻融循环破坏,说法较多.有人认为是机场冬季运输生产飞机除冰液引起的,甚至认为只要解决了飞机冬季除冰液的问题,也就解决了混凝土的冻融问题;有人认为是施_时混凝土水灰比控制不严,面层稀浆过多过厚,冬季冻融时表面易起皮引起破损:也有人认为是站坪坡度过小,排水不畅引起的破坏:还有人认为是施工时由于各种原因在混凝土板面上二次补浆引起的等等.以上几种意见,持第一种意见的人较多,但都有其偏颓之处,要正确地认识这一问题.就必须从根本上研究解决.

        一,混凝土产生冻融破坏的机理

        1.混凝土产生冻融破坏的三个主要原因(1)混凝土中存在着许多孔隙(2)在一定的环境下,这些孔隙充满了水(3)在寒冷条件下,孔隙中的水不断地冻融变化对孔壁产生不断变化的内压力(水结沭后其体积膨胀约9左右).以上的三个条件缺少一个,混凝土都不会发生冻融破坏,这就是为什么冻融破坏般只发生在道路,机场道面及水库大坝这些和水接触较多的部位.而在寒冷地区暴露在外的建(构)筑物的柱,梁上不发生的原因.

        2.混凝土中的孔隙的形成原因(1)混凝土硬化过程中需要水参加化学反应,其水量为水泥重量的20,也就是说水灰比为0.2就完全可以满足水泥水化过程中的全部用水量.可是我们机场道面采用的水灰比～般为0.4左右,水泥硬化结束后将有一半的水成为自由水,这些多余的水自由渗出将使混凝土产生孔隙.(2)振捣原因.施.时我们的振捣工艺还不能使混凝主完全密实,其内部还存在有相当于其体积的3～5%的孔隙,(3)我们在混凝土中使用的主要材料～粗集料和细集料的比重在2.8—35之间.而其视比重在2.2～3.1之间,孔隙率约在1%～5.根据上分析,我们可认为:如果我们努力减小混凝土的孔隙率,那么也就大大减少了混凝土产生冻融破坏的机会在北方地区,冬季气候寒冷.昼夜温差较大,如果机场道面有雨雪或其他原因造成表面有水,混凝土道面就必然受到冻融破坏的侵蚀此外,飞机的除冰液也是机场站坪产生冻融破坏的原因之一,这和雨雪对道面产生冻融破坏的原因是一致的.由于站坪坡度小,面积大,排水不畅,除冰液冰点较低.长时间停留在道面上.不易排走,而渗到混凝土中,产生冻融破坏.我们现在使用的除冰液其冰点为一20℃,可我国新疆,西藏和东北地区冬季夜间最低温度在一20以0抽绣建怼经验下,在这个温度下,不管渗入混凝土中的是水或是除冰液都会对道面产生冻融破坏

        二,解决混凝土冻融破坏的几个途径

        针对混凝土产生冻融破坏的几个主要因素,在实际工程中我们就要"对症下药"

        1.设计方面

        民航机场设计规范规定:机场站坪最大坡度为0.8,一般设计坡度在0.4一05,这对南方不存在冻融问题的机场排水是够了.但对北方寒冷地区,特别是大型机场,由于站坪过大,冬季混凝土表现积雪融化的雪水不易排出.这就是产生冻融破坏的主要原因,加之机场道面维护部门为减轻扫雪强度,经常将雪堆积在站坪上,造成排水通道受阻,积水,这也是我国北方几个产生混凝土冻融破坏的机场其破坏现象只发生在站坪而没有发生在跑道上的原因.所,在北方寒冷地区,设计上要充分考虑如何使站坪混凝土排水通畅和保持道面冬季不积水.

        2.施工方面

        (1)施工时选择坚硬,吸水率低和有利于抗冻的骨料.试验证明:坚硬,吸水率低的骨料抗冻性能要好于吸水率高的骨料;视比重大的要好于视比重小的;火山岩要好于沉积岩.密度大,吸水率低的骨料其孔隙率低,产生渗透的可能性小,抗冻性就强.另外,粗骨料与细骨料的结合面一直被认为是混凝土中孔隙最为集中的地方,适当降低粗骨料用量或改变粗骨料的形状(最好是多角形而不是三角形或四角形)对混凝土抗冻性能的提高都有好处.还有,粗骨料自身尺寸越大向外排水的功能越差,冻结时产生的内压力也越大,抗冻性能也越差,这些都是选择村料时需要充分考虑的问题(2)试配混凝土配合比时尽量降低水灰比,同时加入减水引气剂水灰比对混凝土的抗冻性十分敏感,水灰比越大混凝土中的自由水就越多,混凝土的孔隙率就越高,其抗冻融循环的次数就越少.本文前面已经讲过,水泥的硬化只需要20%的水,也就是水灰比是0.2就够了.但是由于机械操作的原因我们目前施工现场采用的水灰比为04以上,也就是我们加入混凝土中的水将有一半以上会变成自由水,最终也就变成混凝土中的孔隙,而使混凝土的抗冻性能降低.所以,尽可能地降低水灰比,提高混凝土的密实性,从而提高混凝土的抗冻性.试验正明,在混凝土中加入适量的引气剂,能大幅度提高混凝土的抗冻性能(抗冻融循环次数,大约是不掺引气剂的1—3倍)这是因为,引气剂在混凝土中产生了几微米到几毫米的气泡,在正常状态下,气泡阻挡了水下渗的通道;在冻胀时,水的膨胀力越大,气泡产生的气压就越太,水的冰点就会降低,混凝土内的膨胀压力也就会降低,抗冻性能就得到提高.我们机场所用的混凝土一般为干硬性混凝土,引气量为混凝土体积的3～4最为合适.另外,水灰比越小,引气剂在混凝土中产生的气泡的平均尺寸和间距也越小,其抗冻性能也越好北方地区机场道面混凝土的抗璩强度建议设计为200300号.(3)施工时应严格掌握水灰比及振捣工艺旋工时应严格掌握水灰比,以减少掘凝