有機(jī)硅烷浸漬技術(shù)在大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面應(yīng)用實(shí)例

郭 強(qiáng)

大連國際機(jī)場(chǎng)股份有限公司 遼寧 大連 116000

0 引言

大連機(jī)場(chǎng)因經(jīng)歷過多次改擴(kuò)建，且間隔時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致機(jī)坪道面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同區(qū)域道面使用時(shí)間相差很大，相應(yīng)的道面性能、損壞狀況也存在較大差異。根據(jù)近年來專業(yè)道面檢測(cè)機(jī)構(gòu)及大連機(jī)場(chǎng)道面管理部門對(duì)機(jī)坪道面的病害統(tǒng)計(jì)，大連機(jī)場(chǎng)部分機(jī)坪道面破損情況嚴(yán)重，且多為起皮、網(wǎng)裂、龜裂、接縫破碎、板角剝落等耐久性病害，結(jié)合大連機(jī)場(chǎng)所處東北地區(qū)的地理環(huán)境因素，低溫寒冷、凍融循環(huán)、酸性雪水及除冰液（融雪劑）的大量使用，是導(dǎo)致機(jī)坪道面出現(xiàn)耐久性病害的主要原因。機(jī)場(chǎng)道面是確保航空器安全運(yùn)行的關(guān)鍵，也是機(jī)場(chǎng)面積占比較大的基本設(shè)施，道面混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是關(guān)系到機(jī)場(chǎng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的重要問題，因此，如何提高道面混凝土使用壽命是節(jié)約道面維護(hù)成本的重要途徑。本文結(jié)合大連機(jī)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)為何選擇硅烷浸漬技術(shù)作為提高機(jī)坪道面耐久性的手段，及硅烷浸漬技術(shù)在大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了分析。

1 大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面病害分析

大連機(jī)場(chǎng)始建于1972年10月。1984年，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及對(duì)外開放的需要，重點(diǎn)對(duì)飛行區(qū)進(jìn)行了擴(kuò)建，并分別于1993年、1994年、1996年、2002年先后對(duì)停機(jī)坪道面進(jìn)行了擴(kuò)建，于2006年、2008年、2010年對(duì)西側(cè)機(jī)坪進(jìn)行了擴(kuò)建。大連機(jī)場(chǎng)近幾年又在東側(cè)改擴(kuò)建及新建了部分機(jī)坪。

1.1 機(jī)坪道面病害數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)

參考道面結(jié)構(gòu)及啟用時(shí)間，2010年之前建成啟用的機(jī)坪道面大致可分為5個(gè)區(qū)域（如下圖）。

圖1 ：機(jī)坪道面區(qū)域劃分

根據(jù)最近一次（2014年）邀請(qǐng)專業(yè)道面檢測(cè)評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)坪道面檢測(cè)結(jié)果顯示：A4、A5機(jī)坪道面狀況較好，未見明顯損壞，A1機(jī)坪道面存在少量補(bǔ)丁、邊角損壞，調(diào)查單元PCI（道面損壞狀況指數(shù)）值均為91，道面損壞狀況綜合評(píng)價(jià)為“優(yōu)”；A2、A3機(jī)坪道面損壞狀況PCI均值僅為72.5，且30%的調(diào)查單元PCI值低于70（建議維護(hù)值），道面損壞類型則以耐久性損壞、大小補(bǔ)丁、爆坑為主，道面損壞主要是使用時(shí)間較長(zhǎng)、水泥混凝土老化及凍融循環(huán)造成。

再結(jié)合道面管理部門對(duì)機(jī)坪道面的病害統(tǒng)計(jì)，其中A4區(qū)域的耐久性病害數(shù)量在近幾年急劇上升。

表1 ：機(jī)坪道面病害發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)上述區(qū)域的機(jī)坪道面病害進(jìn)行分析，道面啟用后15年左右，病害數(shù)量處于明顯的上升期，考慮除去道面施工遺留問題外，耐久性病害所占比例約70%-80%。

圖2 ：機(jī)坪道面病害圖例

1.2 機(jī)坪道面病害產(chǎn)生環(huán)境因素

大連位于遼東半島南端，地處黃渤海之濱，冬季易出現(xiàn)大風(fēng)冰凍天氣，且晝夜溫差較大，十一月份平均氣溫約6℃，十二月份平均氣溫約0℃，一月份平均氣溫約-4℃，二月份平均氣溫約-2℃，三月份平均氣溫約3℃，降雪季可由十一月份至次年三月份。由于大連機(jī)場(chǎng)所處地理環(huán)境的原因，冬季除冰、防冰需使用大量除冰液（融雪劑），所以凍融循環(huán)及除冰液（融雪劑）鹽凍剝蝕對(duì)大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面影響很大。

1.3 機(jī)坪道面病害產(chǎn)生原理

1.3.1 一般性凍融病害

地表水沿混凝土表層毛細(xì)管滲入，在低溫作用下，結(jié)冰膨脹，作用在空隙的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，逐步形成微裂縫，使混凝土力學(xué)性能下降，在降雪季內(nèi)，多次凍融循環(huán)，使微裂縫擴(kuò)展相連，形成裂紋、裂縫，進(jìn)而起皮剝落。

1.3.2 鹽凍病害

除冰液（融雪劑）一般屬于鹽性化學(xué)物質(zhì)，具有較強(qiáng)的吸水性，所以，在除冰液（融雪劑）的大量使用下，會(huì)使道面更易吸水，也將凍融循環(huán)的破壞作用增加。同時(shí)，在除冰液（融雪劑）的作用下，道面表層的冰雪會(huì)迅速融化，在極短時(shí)間內(nèi)降低道面溫度，更易使道面產(chǎn)生剝落及裂縫問題。在混凝土中的鹽性物質(zhì)飽和后，還會(huì)形成結(jié)晶，增加體積，產(chǎn)生膨脹壓力，與凍融循環(huán)一起，加速了道面的耐久性損壞。

2 采用硅烷浸漬技術(shù)作為提升大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面耐久性手段的原因

2.1 耐久性病害的預(yù)防與處置方法

（1）使用引氣劑。可以形成大量微小氣泡，顯著阻斷混凝土中的毛細(xì)管通道，減少水的滲入，同時(shí)，氣泡有較好的彈性形變能力，將充裕的體積余量為凍融過程提供出來，對(duì)結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹壓力起到一定的緩沖作用，但氣泡量過大也會(huì)影響到混凝土的強(qiáng)度。

（2）使用高強(qiáng)混凝土。直接提升混凝土的強(qiáng)度，但建設(shè)成本也隨之增加。

（3）合理施工。如采用合適的水灰比及提高施工質(zhì)量等。

（4）使用表層強(qiáng)化材料進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。在道面啟用后，并且在耐久性病害出現(xiàn)之前，進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。選擇合適的表層強(qiáng)化材料對(duì)提高寒冷地區(qū)機(jī)場(chǎng)道面耐久性有著重要意義。

前三種方法是在道面設(shè)計(jì)及施工過程中可采用的對(duì)策，只有第四種方法，是在道面建成啟用后提升道面耐久性的有效方式。

2.2 硅烷浸漬技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 與其他混泥土表層強(qiáng)化材料的對(duì)比

空軍工程大學(xué)蘇立海等人此前針對(duì)不同的混泥土表層強(qiáng)化材料（混凝土保護(hù)劑、聚脲材料、環(huán)氧樹脂及硅烷材料）對(duì)提升混凝土抗凍融循環(huán)作用的能力做過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：經(jīng)上述材料強(qiáng)化后，混凝土抗凍性能均得到相應(yīng)提高，但是，經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，混凝土保護(hù)劑形成的膜結(jié)構(gòu)完成性不好，聚脲材料混凝土黏結(jié)性不好，產(chǎn)生整體剝落，環(huán)氧樹脂強(qiáng)度及耐磨性差，只有硅烷材料在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，仍能保持較好的完成性，并且與混凝土的黏結(jié)性保持良好，對(duì)混凝土抗凍性能的增強(qiáng)效果最好。

2.2.2 硅烷材料的防水機(jī)理及特點(diǎn)

硅烷是一種滲透浸漬材料，具有小分子結(jié)構(gòu)，通過滲透混凝土后，與水化混凝土發(fā)生反應(yīng)，形成聚硅氧烷互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，借助羥基團(tuán)將混凝土與硅烷通過化學(xué)鍵牢固結(jié)合，使混凝土表面具有憎水性，并保持了呼吸透氣功能，降低了水和有害氯離子的侵入，增加了混凝土道面的耐久性。

和硅烷、丙烯酸、環(huán)氧樹脂等材料相比，硅烷可在不改變混凝土自然外觀的情況下，深層滲透混凝土，且在混凝土表層磨損后，仍然具有較好的保護(hù)性能。

目前硅烷浸漬保護(hù)混凝土的措施被廣泛應(yīng)用于橋梁、港口、碼頭、核電、工業(yè)與民用建筑的保護(hù)，逐漸成為一種經(jīng)濟(jì)、方便、高效提高混凝土耐久性的重要措施。

2.2.3 硅烷材料在其他機(jī)場(chǎng)應(yīng)用參考

許多單位都進(jìn)行過混凝土硅烷浸漬試驗(yàn)研究，選取中國民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司東北分公司王航在東北某機(jī)場(chǎng)所做的試驗(yàn)作為參考。通過硅烷浸漬深度、吸水量、氯離子吸收量、抗凍融試驗(yàn)，結(jié)果如下：

（1）硅烷浸漬深度達(dá)到3.5mm；

（2）經(jīng)處理的混凝土吸水率平均值不大于0.01mm/min；

（3）氯化物吸收量的降低效果：≥90%；

（4）抗凍性：-20℃～20℃，200次表面無變化；

（5）耐熱性：180℃，4小時(shí)，表面無變化；

（6）耐堿性：飽和氫氧化鈣溶液浸泡168小時(shí)，表面無變化；

（7）耐酸性：1%鹽酸溶液浸泡168小時(shí)，表面無變化。

得出結(jié)論：硅烷浸漬后，在混凝土毛細(xì)孔內(nèi)部形成了保護(hù)膜，降低了其氯離子侵蝕性、吸水量，提高了抗凍性，可在東北等嚴(yán)寒區(qū)域的機(jī)坪道面使用，防止凍融循環(huán)及除冰液（融雪劑）引起的道面耐久性損壞。

同為東北地區(qū)機(jī)場(chǎng)，此試驗(yàn)參考價(jià)值較大。

2.2.4 硅烷浸漬技術(shù)在大連機(jī)場(chǎng)應(yīng)用的可操作性

對(duì)于出現(xiàn)耐久性破損的道面，其結(jié)構(gòu)承載力尚能滿足要求，若通過道面蓋被來修復(fù)或改善此類道面，不僅造價(jià)高昂，而且施工期較長(zhǎng)，造成施工期內(nèi)航空器無法正常起降，嚴(yán)重影響了機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行，對(duì)于大連機(jī)場(chǎng)來說，機(jī)坪狹長(zhǎng)，機(jī)位數(shù)量對(duì)于航班數(shù)量來說，已嚴(yán)重不足，如再對(duì)部分機(jī)坪道面采取蓋被形式的封閉施工，無疑是對(duì)大連機(jī)場(chǎng)的保障能力提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

而采用硅烷浸漬技術(shù)，其施工工期短，一般噴涂?jī)杀椋虚g間隔時(shí)間為4-6小時(shí)，施工結(jié)束后24小時(shí)自然干燥即可恢復(fù)使用；同時(shí)，還具有施工簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，僅需1臺(tái)小型噴涂設(shè)備，1人即可操作，對(duì)相鄰機(jī)位運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。

圖3 ：硅烷浸漬技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)施工圖

大連機(jī)場(chǎng)近年來，每年用于道面修補(bǔ)的日常性維修費(fèi)用基本維持在兩百萬，而其中基本都用于水泥混凝土道面，硅烷材料對(duì)機(jī)場(chǎng)道面的保護(hù)年限一般不少于五年。采用硅烷浸漬技術(shù)對(duì)混凝土進(jìn)行處理后，能有效降低道面維護(hù)成本。

圖4 ：預(yù)養(yǎng)護(hù)與維修之間的成本對(duì)照

所以，優(yōu)先考慮采用硅烷浸漬技術(shù)作為提升大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面耐久性手段。

3 硅烷浸漬技術(shù)在大連機(jī)場(chǎng)機(jī)坪道面的實(shí)際應(yīng)用

3.1 大連機(jī)場(chǎng)11C機(jī)坪工程概況

11C機(jī)坪位于候機(jī)樓東側(cè)，于2016年開工建設(shè)，一期6個(gè)機(jī)位于2018年1月份啟用，二期5個(gè)機(jī)位于2018年12月份啟用，共計(jì)建設(shè)11個(gè)機(jī)位，面積總計(jì)106885，其中機(jī)坪面積52067，服務(wù)車道面積54818。

圖5 ：11C機(jī)坪位置示意圖

機(jī)坪道面結(jié)構(gòu)為360mm厚水泥混凝土，200mm厚水泥穩(wěn)定碎石上基層，200mm厚水泥穩(wěn)定碎石下基層。目前道面整體狀況較好，基本沒有病害，僅局部早期建設(shè)的區(qū)域有少量起皮剝落現(xiàn)象。

針對(duì)當(dāng)前機(jī)場(chǎng)道面工程以建設(shè)為主轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)與養(yǎng)護(hù)并重，未來逐步轉(zhuǎn)向以養(yǎng)護(hù)為主的趨勢(shì)，結(jié)合大連機(jī)場(chǎng)混凝土道面現(xiàn)狀，選取11C機(jī)坪作為硅烷浸漬技術(shù)首批施工區(qū)域。

3.2 選用的硅烷材料

此次選用的為北京安建世紀(jì)科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品：AJF機(jī)場(chǎng)混凝土道面專用保護(hù)液，以抗凍融、抗堿性能更優(yōu)異的長(zhǎng)鏈辛基硅烷（包括符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的辛基三乙氧基硅烷和異構(gòu)體異辛基三乙氧基硅烷）為活性成分的浸漬保護(hù)材料。

北京安建世紀(jì)科技發(fā)展有限公司是國內(nèi)最早進(jìn)行機(jī)場(chǎng)道面混凝土耐久性保護(hù)研究和施工性試驗(yàn)的專業(yè)性企業(yè)，具有大規(guī)模進(jìn)行機(jī)場(chǎng)道面硅烷浸漬施工的成熟經(jīng)驗(yàn)。目前已累計(jì)在西北、東北、華北、華東、西南等地區(qū)的近60多座機(jī)場(chǎng)800多萬機(jī)場(chǎng)道面成功進(jìn)行了抗凍融、抗砂化預(yù)養(yǎng)護(hù)保護(hù)施工。

AJF機(jī)場(chǎng)混凝土道面專用保護(hù)液采用了更適用于抗凍融環(huán)境的C8長(zhǎng)鏈硅烷體系，相對(duì)于異丁基C4更具優(yōu)勢(shì)。

圖6 ：辛基硅烷C8與異丁基C4的性能比較

圖7 ：AJF機(jī)場(chǎng)混凝土道面專用保護(hù)液檢驗(yàn)報(bào)告

3.3 大連機(jī)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段驗(yàn)證結(jié)果

在對(duì)11C機(jī)坪試驗(yàn)段進(jìn)行硅烷浸漬施工后7天，采取現(xiàn)場(chǎng)取樣，通過硅烷浸漬深度、吸水量、氯離子吸收量、抗凍融試驗(yàn)，結(jié)果如下：

硅烷浸漬深度達(dá)到3.3mm；

混凝土吸水率0.006mm/min；

氯化物吸收量的降低效果：91.9%；

抗凍性：采用快速凍融法，20次凍融循環(huán)后外觀無明顯變化。

圖8 ：機(jī)坪實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)報(bào)告

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)段滿足驗(yàn)收要求，可在機(jī)坪范圍大面積噴涂使用，硅烷材料浸漬后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性有效提升，但硅烷材料作用持續(xù)年限和實(shí)際使用效果需待時(shí)間來檢驗(yàn)。