于磊

[元翔（福州）國(guó)際航空港有限公司，福建 福州350000]

0 引言

場(chǎng)道面防水的關(guān)鍵是解決混凝土的孔隙率和透濕性問(wèn)題。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的毛細(xì)管與混凝土的孔隙率和滲透性直接相關(guān)?；炷恋母邼B透性允許空氣和濕氣的滲透，特別在道面設(shè)置鋼筋的情況下，會(huì)導(dǎo)致鋼筋的腐蝕，從而導(dǎo)致鐵銹后內(nèi)部鋼筋體積的擴(kuò)大，最終導(dǎo)致混凝土表層的開(kāi)裂和剝落，從而結(jié)構(gòu)惡化。故混凝土的低滲透性是保護(hù)材料免受硫酸鹽、酸、碳化、霜凍、堿集料反應(yīng)、風(fēng)化和其他混凝土病害影響的最重要因素。它是混凝土的一個(gè)特性，可以延長(zhǎng)暴露在惡劣環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)壽命[1]。因此，深入了解水對(duì)道面結(jié)構(gòu)的損壞形式，提出相應(yīng)的水損壞防治措施，對(duì)于提高道面使用性能、延長(zhǎng)道面使用壽命具有重要的意義[2]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》(MH 5006—2015)和《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面設(shè)計(jì)規(guī)范》（MH/T 5004—2010）相關(guān)規(guī)定，選取如下試驗(yàn)原料[3]。

模擬機(jī)場(chǎng)道面板的立方體混凝土試塊材料：

水泥：唐山奧順?biāo)鄰SP·O52.5。

集料：5～20mm 和20～40mm連續(xù)級(jí)配碎石；0.63mm 的方孔篩下累計(jì)篩余量68%的天然河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.75。

水：自來(lái)水。

表面處理覆層材料：已投入機(jī)場(chǎng)道面使用的超薄層快速修補(bǔ)材料，其硬化時(shí)間為90min，硬化強(qiáng)度為35MPa。經(jīng)過(guò)其表面處理后，道面表面性能提升至少10%，具有較好的防水性能。

深層滲透性封孔防水劑：無(wú)機(jī)水性滲透結(jié)晶防水劑。

1.2 試驗(yàn)儀器及方法

參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）用YH-40B 型標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱對(duì)標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土試塊（150mm×150mm×150mm）養(yǎng)護(hù)28d。

使用DGG-101-2S 型電熱鼓風(fēng)干燥箱的加熱功能模擬飛機(jī)尾流對(duì)道面快速升溫作用。

使用HC-U8 系列多功能混凝土超聲波檢測(cè)儀無(wú)損測(cè)試與觀察試件表面形貌情況。

1.3 試驗(yàn)方案

1.3.1 試件制備

為形成對(duì)照，將制備好的普通水泥混凝土試件表面用鋼刷對(duì)其表面進(jìn)行清潔處理以除去表層浮土和松動(dòng)粒料（圖1），然后分為3 組，a 組為普通水泥混凝土對(duì)照組，b 組進(jìn)行表面防水處理（圖2），c 為普通表面處理覆層材料，有一定的防水功能，對(duì)試件表面進(jìn)行同等厚度的表層處理（圖3）。將4 組試塊置于75℃恒溫箱（型號(hào)：DGG-101-2S 電熱數(shù)顯恒溫鼓風(fēng)干燥箱）進(jìn)行烘烤5h（圖4），以模擬日間道面處于較高環(huán)境溫度狀態(tài)下工作；取出立即使用近0℃的水澆灑，使其表面溫度驟降（圖5），以此來(lái)模擬道面遇冷雨?duì)顩r的影響。待其溫度降至室溫，測(cè)試試件相關(guān)性能，即完成一組溫度驟降試驗(yàn)，再次將三組試件置于恒溫箱進(jìn)行75℃烘烤，為下一次試驗(yàn)做準(zhǔn)備。

圖1 除去表層浮土和松動(dòng)粒料

圖2 試件噴涂

圖3 制備完成的試樣

圖4 置于恒溫箱進(jìn)行加熱

圖5 溫度驟降模擬實(shí)驗(yàn)

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，利用多功能混凝土超聲波檢測(cè)儀無(wú)損測(cè)試試件表面結(jié)構(gòu)層變化情況。利用MATLAB編寫程序，實(shí)現(xiàn)圖像二值化轉(zhuǎn)換。

由圖6 可以觀察到，溫度驟降試驗(yàn)循環(huán)6 次之后，普通水凝混凝土試塊表面已經(jīng)出現(xiàn)貫穿裂縫以及表層剝落的狀況，且在較寬較深的裂縫周圍出現(xiàn)一系列微小裂縫；c 表面處理覆層材料表觀具有較大原始坑洞，溫度驟降作用下，其表面熱脹冷縮導(dǎo)致使其坑洞之間出現(xiàn)細(xì)微裂縫；而b 組進(jìn)行表面防水處理之后的試塊，未出現(xiàn)裂縫或者坑洞，表面基本完好，不影響使用。

由圖7 可以觀察到，溫度驟降試驗(yàn)循環(huán)7 次之后，普通水凝混凝土試塊表面已經(jīng)呈現(xiàn)龜裂狀，表層剝落嚴(yán)重，且裂縫寬度約為1.0mm；較6 次循環(huán)而言，表面狀態(tài)惡化嚴(yán)重，有FOD 風(fēng)險(xiǎn)存在，這是因?yàn)樵嚰砻鏌崦浝淇s所造成的裂縫、集料脫落等缺陷為水進(jìn)出混凝土提供了通道，加速其劣化程度，這些與水有關(guān)的問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的混凝土損壞，例如剝落、收縮、起皮等。c 表面處理覆層材料表觀原始坑洞之間出現(xiàn)細(xì)微裂縫貫穿、裂縫相互連接；而對(duì)于b 組進(jìn)行表面防水處理之后的試塊而言，未出現(xiàn)裂縫或者坑洞，部分麻面產(chǎn)生，表面基本完好，不影響使用。

圖7 溫度驟降試驗(yàn)循環(huán)7 次

由圖6 和圖7 可知，采用表面防水技術(shù)能有效抑制道面裂縫的發(fā)展速度、增強(qiáng)道面細(xì)觀結(jié)構(gòu)的完整性，對(duì)于提高場(chǎng)道使用壽命、減少FOD 的形成具有積極作用。這是因?yàn)榛炷恋牧踊^(guò)程很大程度上取決于水和濕氣通過(guò)孔隙和毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的滲透。影響混凝土性能的因素包括滲透性和其他傳輸特性。

滲透結(jié)晶防水劑是水基滲透結(jié)晶型防水材料，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)層中有水時(shí)還可以繼續(xù)反應(yīng)，直到“吸干”水分為止。防水機(jī)理是與混凝土中的游離堿產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的枝蔓狀晶體膠質(zhì)，能有效地堵塞混凝土內(nèi)部微細(xì)裂縫和毛細(xì)孔，使混凝土結(jié)構(gòu)具有持久的防水功能和更好的密實(shí)度及抗壓強(qiáng)度，并為混凝土提供良好的透氣性。

混凝土長(zhǎng)年接觸雨水、鹽類、Ca2 和化學(xué)制劑等，會(huì)緩慢地腐蝕劣化，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。采用表面防水技術(shù)能使混凝土不受這些因素的影響，永久保護(hù)混凝土。滲透深度達(dá)20～30mm，同時(shí)還能有效地阻止酸性物質(zhì)、油漬和機(jī)油對(duì)混凝土的侵蝕。

3 結(jié)論

本文為探究高溫條件下、道面遭遇冷雨情況下的表面性能變化過(guò)程，開(kāi)展室內(nèi)機(jī)場(chǎng)道面試塊溫度驟降模擬試驗(yàn)。以常用的道面表面處理材料以及普通水泥混凝土試塊為對(duì)照，研究滲透結(jié)晶防水劑對(duì)機(jī)場(chǎng)道面的防護(hù)效果。得出以下結(jié)論：

一是，不采取任何防護(hù)措施的情況下，普通混凝土道面在日間升溫之后，突遇冷雨的工況下，對(duì)道面會(huì)造成較為嚴(yán)重的影響。加速試驗(yàn)表明，在經(jīng)歷6 次循環(huán)之后，普通混凝土道面表面出現(xiàn)貫穿裂縫和與之連接的微裂縫，7 次循環(huán)之后出現(xiàn)，出現(xiàn)道面龜裂現(xiàn)象，且劣化速率不斷加快。

二是，水泥混凝土道面防水材料對(duì)道面防護(hù)效果最好。因?yàn)椴捎帽砻娣浪夹g(shù)能有效抑制道面裂縫的發(fā)展速度、增強(qiáng)道面細(xì)觀結(jié)構(gòu)的完整性，對(duì)于提高場(chǎng)道使用壽命、減少FOD 的形成具有積極作用。

三是，靠近地下水位或暴露在濕度相對(duì)較高的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)容易進(jìn)水，暴露環(huán)境的溫度和濕度變化以及其他因素會(huì)導(dǎo)致道面出現(xiàn)裂縫，研究表明由于地下結(jié)構(gòu)中的水滲透導(dǎo)致鹽結(jié)晶致使水泥混凝土基礎(chǔ)設(shè)施性能退化。本文對(duì)于沿海地區(qū)浸水和其他腐蝕性介質(zhì)存在的情況下道面使用壽命的提高具有指導(dǎo)意義。