機場水泥混凝土道面隔離層應用研究

馬彪

摘?要：為改善機場水泥混凝土道面的整體結構性能，對道面隔離層的設計施工方法進行了研究，通過分析水泥混凝土道面面層與基層之間的層間狀態(tài)，層間破壞將使面層承受不均勻支撐、面層和基層材料性能劣化、基層整體性下降，對目前通常采用的隔離層材料進行了分析，各種材料可以一定程度提高道面整體結構，土工布、石屑、瀝青類隔離層仍會形成層間破壞，復合土工膜對道面整體結構的改善效果相對較好。

關鍵詞：機場工程;水泥混凝土道面;隔離層;施工技術

我國機場新建道面面層主要采用水泥混凝土，長期運用中仍存在脆性大、面層與基層變形協(xié)調(diào)能力差，道面破壞問題時有出現(xiàn)。水泥混凝土道面一次性投資大，維修養(yǎng)護困難，道面破壞不僅造成較大經(jīng)濟損失，而且造成諸多社會問題和不良影響。道面面層設計繼續(xù)加強加厚受到材料資源、振搗工藝、強度穩(wěn)定性等限制，且實際水泥混凝土道面鉆芯取樣得到的厚度和強度一般都能滿足設計要求，破壞的主要原因是基層和土基長期疲勞條件下的沉降變形穩(wěn)固性不足，面層底部存在較多振搗滲入的水泥漿，摩阻系數(shù)較高，拉應力超限而導致破壞;另外是從接縫和斷板縫中漏入大量水而引起半剛性基層表面局部沖刷脫空而破損。這種病害的根本解決方法是優(yōu)化道面整體結構，在水泥混凝土面層與基層之間設置隔離層，解除半剛性基層對板底的強約束，提高道面的抗沖刷脫空變形能力。隔離層的主要功能是降低面層與基層的結合程度、減少基層摩阻力以及消除或減少混凝土面層底面在施工過程中產(chǎn)生的薄弱過渡層，減少水泥混凝土道面裂縫等病害，有效保護水泥穩(wěn)定粒料基層，提高基層的抗沖刷能力。

1??水泥混凝土道面的層間狀態(tài)

水泥混凝土道面面層、基層整體性能與層間摩阻力有關，在經(jīng)典的物理學摩阻力模型中，摩阻力大小與受力物理的重量成線性關系，其成立前提是：①接觸面不存在粘結作用;②接觸面不發(fā)生變形。水泥混凝土道面實際層間狀態(tài)與物理學經(jīng)典的摩阻力模型不同，道面由于層間接觸、材料組成復雜，通常認為層間摩阻力由粘結力、承載力和剪切力組成，。影響水泥混凝土道面層間摩阻力的主要因素是溫、濕度變化與界面粗糙程度。混凝土材料在硬化后具有不可塑性，溫、濕度的季節(jié)性變化會使道面板在水平方向上收縮和拉伸變形，溫、濕度在板厚方向上的梯度變化會使道面板在豎直方向上發(fā)生翹曲變形，這兩種變形均會破壞原有層間界面粘結特性與粗糙程度，影響道面層間摩阻力。

產(chǎn)生粘結力的主要原因是水泥混凝土道面施工中為保證水泥混凝土的密實，需對其進行充分振搗，振搗過程中面層中的水泥漿會滲入基層表面孔隙，隨著水泥的水化和強度形成，面層和基層粘接形成整體。在面層和基層的初始粘接狀態(tài)下，面層和基層之間存在“過渡層”。過渡層是指存在于面層與基層之間，因面層水泥混凝土澆筑過程中水泥漿滲入基層后形成的具有一定深度的、力學性質(zhì)介于面層與基層材料之間的一個中間層。

在水泥混凝土道面假縫切縫后，由于混凝土受自身收縮、溫度變形、外荷載的作用，切縫頂端由于應力集中產(chǎn)生裂紋并向下擴展，在裂紋貫穿板厚的瞬間，混凝土板在裂紋兩端的拉應力完全釋放，就像拉緊的彈簧突然拉斷，混凝土將產(chǎn)生巨大回復力而使面層回縮，這種突然產(chǎn)生的回復力非常巨大。由于過渡層將面層和基層粘接成整體，因此，基層將阻止這種回復運動，這將在粘結界面附近產(chǎn)生較大的剪切力，使面層和基層界面上形成水平方向裂紋，甚至將面層與基層沿界面直接剪開。在切縫剛剛貫通面層時，面層與基層的分離界面僅出現(xiàn)在板端一定范圍內(nèi)，沒有完全連通，但隨著溫度和外荷載的進一步作用，一些分離界面將在過渡層或過渡層附近完全連通實際的分離界面通常是不規(guī)則的。面層和基層分離后，分離界面把原本融為一體的面層、過渡層和基層分為兩部分，面層和基層各自存在一個破壞面，破壞面附近嚴重損傷且存在大量表面裂紋。

2??隔離層的設計和應用

目前機場水泥混凝土道面結構設計中，基層一般采用無機結合料穩(wěn)定粒料，基層與水泥混凝土面層之間一般都設置了隔離層。在材料選擇上，采用瀝青表面處治或稀漿封層較少，土工布和石屑類隔離層因經(jīng)濟、施工簡便快捷，是習慣采用的隔離層材料，規(guī)范中的復合土工膜則應用較少。

2.1??土工布

隔離層采用土工布時，土工布作為水泥混凝土道面隔離層，一定程度上起到了降低面層與基層的結合、減少層間摩阻力以及消除或減少過渡層、有效排除累積在基層上水分的作用，盡管具有薄層材料的特點，但不能阻止水泥漿進入基層。若在基層表面鋪設土工布，混凝土面層澆注過程中，水泥漿將透過土工布進入基層，使土工布與基層形成粘結，且在土工布下形成過渡層，可能造成面層與基層的局部分離和界面裂縫斜向侵入基層，

2.2??石屑

隔離層采用石屑時，所用石屑應堅硬、耐久、潔凈，不應含有草根、樹葉或其他有機物等雜質(zhì)，并應符合表2和表3的技術指標。

石屑隔離層常用于道肩，因道肩寬度一般較小，土工布機械鋪設困難而選用石屑。1cm石屑隔離層不能阻止水泥漿進入基層，更多起到找平隔離的作用。在面層混凝土澆筑時，少量水泥漿仍可透過石屑隔離層進入基層，使面層、石屑和基層形成一定粘結，可能造成面層與基層的局部分離、基層豎向開裂和界面裂縫斜向侵入基層，見圖4。基層豎向開裂一般是由面層和基層強連接導致的。另外，在寒冷地區(qū)，石屑薄層可能會引起道肩凍脹。

2.3??復合土工膜

隔離層采用復合土工膜時，兩布一膜隔離層在水泥混凝土澆筑后，與塑態(tài)混凝土接觸的土工布能夠浸潤一定的水泥漿，混凝土凝固后，能和無紡土工布牢固粘結在一起。兩布一膜隔離層不僅能夠阻止水泥漿滲入基層，而且其上層和混凝土結合后，會對混凝土底面起到加強和增韌作用，與基層接觸的土工布不與基層表面粘結，改善了道面面層的支撐，回歸道面設計模型，道面受力更加有利。采用不透水隔離層后，為避免水在面層下集聚，應盡量使水能通過道肩排出。

通過以上分析，土工布和石屑不能阻止水泥漿進入基層，面層、隔離層、基層在初始狀態(tài)下連為一體，在收縮、溫度、荷載等作用下，面層與基層將分離，形成破壞面。瀝青類隔離層同樣會使面層和基層粘結，分離時也會產(chǎn)生破壞面。復合土工膜對層間狀態(tài)的改善相對較好，可以優(yōu)化道面整體結構。因此，在溫差較大、氣候較惡劣，道面易發(fā)生裂縫的地區(qū)修建機場時，隔離層材料可考慮采用不透水的薄膜類隔離層。

3??結語

3.1 基于目前機場水泥混凝土道面隔離層設計、施工具有較大盲目性，對道面隔離層的應用進行了研究。分析了水泥混凝土道面面層與基層之間的層間狀態(tài)，由于水泥混凝土材料的特性，層間分離難以避免，這種層間分離破壞將導致水泥混凝土面板受不均勻支撐、面層和基層頂面材料性能劣化、基層整體性下降。

3.2 采用土工布、石屑作為隔離層，層間會形成過渡層，采用瀝青類材料作為隔離層也會導致面層和基層的粘接，面層與基層分離時會產(chǎn)生不同程度的層間破壞。復合土工膜可以阻止水泥漿進入基層，避免過渡層的產(chǎn)生，優(yōu)化道面整體結構。提出土工布、土工膜隔離層施工的注意事項。

參考文獻：

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