有機硅烷浸漬技術在大連機場機坪道面應用實例

郭 強

大連國際機場股份有限公司 遼寧 大連 116000

0 引言

大連機場因經(jīng)歷過多次改擴建，且間隔時間較長，導致機坪道面結構復雜，不同區(qū)域道面使用時間相差很大，相應的道面性能、損壞狀況也存在較大差異。根據(jù)近年來專業(yè)道面檢測機構及大連機場道面管理部門對機坪道面的病害統(tǒng)計，大連機場部分機坪道面破損情況嚴重，且多為起皮、網(wǎng)裂、龜裂、接縫破碎、板角剝落等耐久性病害，結合大連機場所處東北地區(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，是導致機坪道面出現(xiàn)耐久性病害的主要原因。機場道面是確保航空器安全運行的關鍵，也是機場面積占比較大的基本設施，道面混凝土結構耐久性是關系到機場長期安全運行的重要問題，因此，如何提高道面混凝土使用壽命是節(jié)約道面維護成本的重要途徑。本文結合大連機場實際情況，對為何選擇硅烷浸漬技術作為提高機坪道面耐久性的手段，及硅烷浸漬技術在大連機場機坪道面的實際運用進行了分析。

1 大連機場機坪道面病害分析

大連機場始建于1972年10月。1984年，為適應經(jīng)濟發(fā)展及對外開放的需要，重點對飛行區(qū)進行了擴建，并分別于1993年、1994年、1996年、2002年先后對停機坪道面進行了擴建，于2006年、2008年、2010年對西側機坪進行了擴建。大連機場近幾年又在東側改擴建及新建了部分機坪。

1.1 機坪道面病害數(shù)量發(fā)展趨勢

參考道面結構及啟用時間，2010年之前建成啟用的機坪道面大致可分為5個區(qū)域（如下圖）。

圖1 ：機坪道面區(qū)域劃分

根據(jù)最近一次（2014年）邀請專業(yè)道面檢測評價機構對機坪道面檢測結果顯示：A4、A5機坪道面狀況較好，未見明顯損壞，A1機坪道面存在少量補丁、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價為“優(yōu)”；A2、A3機坪道面損壞狀況PCI均值僅為72.5，且30%的調(diào)查單元PCI值低于70（建議維護值），道面損壞類型則以耐久性損壞、大小補丁、爆坑為主，道面損壞主要是使用時間較長、水泥混凝土老化及凍融循環(huán)造成。

再結合道面管理部門對機坪道面的病害統(tǒng)計，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 ：機坪道面病害發(fā)展趨勢

對上述區(qū)域的機坪道面病害進行分析，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 ：機坪道面病害圖例

1.2 機坪道面病害產(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。由于大連機場所處地理環(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）鹽凍剝蝕對大連機場機坪道面影響很大。

1.3 機坪道面病害產(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管滲入，在低溫作用下，結冰膨脹，作用在空隙的拉應力超過混凝土的抗拉強度，逐步形成微裂縫，使混凝土力學性能下降，在降雪季內(nèi)，多次凍融循環(huán)，使微裂縫擴展相連，形成裂紋、裂縫，進而起皮剝落。

1.3.2 鹽凍病害

除冰液（融雪劑）一般屬于鹽性化學物質(zhì)，具有較強的吸水性，所以，在除冰液（融雪劑）的大量使用下，會使道面更易吸水，也將凍融循環(huán)的破壞作用增加。同時，在除冰液（融雪劑）的作用下，道面表層的冰雪會迅速融化，在極短時間內(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，還會形成結晶，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 采用硅烷浸漬技術作為提升大連機場機坪道面耐久性手段的原因

2.1 耐久性病害的預防與處置方法

（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管通道，減少水的滲入，同時，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，對結冰產(chǎn)生的膨脹壓力起到一定的緩沖作用，但氣泡量過大也會影響到混凝土的強度。

（2）使用高強混凝土。直接提升混凝土的強度，但建設成本也隨之增加。

（3）合理施工。如采用合適的水灰比及提高施工質(zhì)量等。

（4）使用表層強化材料進行預養(yǎng)護。在道面啟用后，并且在耐久性病害出現(xiàn)之前，進行預養(yǎng)護。選擇合適的表層強化材料對提高寒冷地區(qū)機場道面耐久性有著重要意義。

前三種方法是在道面設計及施工過程中可采用的對策，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 硅烷浸漬技術的優(yōu)勢

2.2.1 與其他混泥土表層強化材料的對比

空軍工程大學蘇立海等人此前針對不同的混泥土表層強化材料（混凝土保護劑、聚脲材料、環(huán)氧樹脂及硅烷材料）對提升混凝土抗凍融循環(huán)作用的能力做過相關實驗，得出結論：經(jīng)上述材料強化后，混凝土抗凍性能均得到相應提高，但是，經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，混凝土保護劑形成的膜結構完成性不好，聚脲材料混凝土黏結性不好，產(chǎn)生整體剝落，環(huán)氧樹脂強度及耐磨性差，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性保持良好，對混凝土抗凍性能的增強效果最好。

2.2.2 硅烷材料的防水機理及特點

硅烷是一種滲透浸漬材料，具有小分子結構，通過滲透混凝土后，與水化混凝土發(fā)生反應，形成聚硅氧烷互穿網(wǎng)絡結構，借助羥基團將混凝土與硅烷通過化學鍵牢固結合，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性能。

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

2.2.3 硅烷材料在其他機場應用參考

許多單位都進行過混凝土硅烷浸漬試驗研究，選取中國民航機場建設集團公司東北分公司王航在東北某機場所做的試驗作為參考。通過硅烷浸漬深度、吸水量、氯離子吸收量、抗凍融試驗，結果如下：

（1）硅烷浸漬深度達到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，表面無變化；

（6）耐堿性：飽和氫氧化鈣溶液浸泡168小時，表面無變化；

（7）耐酸性：1%鹽酸溶液浸泡168小時，表面無變化。

得出結論：硅烷浸漬后，在混凝土毛細孔內(nèi)部形成了保護膜，降低了其氯離子侵蝕性、吸水量，提高了抗凍性，可在東北等嚴寒區(qū)域的機坪道面使用，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)機場，此試驗參考價值較大。

2.2.4 硅烷浸漬技術在大連機場應用的可操作性

對于出現(xiàn)耐久性破損的道面，其結構承載力尚能滿足要求，若通過道面蓋被來修復或改善此類道面，不僅造價高昂，而且施工期較長，造成施工期內(nèi)航空器無法正常起降，嚴重影響了機場正常運行，對于大連機場來說，機坪狹長，機位數(shù)量對于航班數(shù)量來說，已嚴重不足，如再對部分機坪道面采取蓋被形式的封閉施工，無疑是對大連機場的保障能力提出嚴峻挑戰(zhàn)。

而采用硅烷浸漬技術，其施工工期短，一般噴涂兩遍，中間間隔時間為4-6小時，施工結束后24小時自然干燥即可恢復使用；同時，還具有施工簡單，可操作性強的特點，僅需1臺小型噴涂設備，1人即可操作，對相鄰機位運行不產(chǎn)生任何影響。

圖3 ：硅烷浸漬技術現(xiàn)場施工圖

大連機場近年來，每年用于道面修補的日常性維修費用基本維持在兩百萬，而其中基本都用于水泥混凝土道面，硅烷材料對機場道面的保護年限一般不少于五年。采用硅烷浸漬技術對混凝土進行處理后，能有效降低道面維護成本。

圖4 ：預養(yǎng)護與維修之間的成本對照

所以，優(yōu)先考慮采用硅烷浸漬技術作為提升大連機場機坪道面耐久性手段。

3 硅烷浸漬技術在大連機場機坪道面的實際應用

3.1 大連機場11C機坪工程概況

11C機坪位于候機樓東側，于2016年開工建設，一期6個機位于2018年1月份啟用，二期5個機位于2018年12月份啟用，共計建設11個機位，面積總計106885，其中機坪面積52067，服務車道面積54818。

圖5 ：11C機坪位置示意圖

機坪道面結構為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，僅局部早期建設的區(qū)域有少量起皮剝落現(xiàn)象。

針對當前機場道面工程以建設為主轉變?yōu)榻ㄔO與養(yǎng)護并重，未來逐步轉向以養(yǎng)護為主的趨勢，結合大連機場混凝土道面現(xiàn)狀，選取11C機坪作為硅烷浸漬技術首批施工區(qū)域。

3.2 選用的硅烷材料

此次選用的為北京安建世紀科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品：AJF機場混凝土道面專用保護液，以抗凍融、抗堿性能更優(yōu)異的長鏈辛基硅烷（包括符合相關標準的辛基三乙氧基硅烷和異構體異辛基三乙氧基硅烷）為活性成分的浸漬保護材料。

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

AJF機場混凝土道面專用保護液采用了更適用于抗凍融環(huán)境的C8長鏈硅烷體系，相對于異丁基C4更具優(yōu)勢。

圖6 ：辛基硅烷C8與異丁基C4的性能比較

圖7 ：AJF機場混凝土道面專用保護液檢驗報告

3.3 大連機場現(xiàn)場試驗段驗證結果

在對11C機坪試驗段進行硅烷浸漬施工后7天，采取現(xiàn)場取樣，通過硅烷浸漬深度、吸水量、氯離子吸收量、抗凍融試驗，結果如下：

硅烷浸漬深度達到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 ：機坪實際應用檢驗報告

4 結論

試驗結果顯示，試驗段滿足驗收要求，可在機坪范圍大面積噴涂使用，硅烷材料浸漬后，混凝土結構耐久性有效提升，但硅烷材料作用持續(xù)年限和實際使用效果需待時間來檢驗。