机场水泥混凝土道面的抗冻性分析

文摘   2024-08-18 23:26   北京  

        一场大雪之后,位于我国华北地区和华东地区北部的少部分机场的水泥混凝土道面出现了“脱皮”的冻融损坏。究竟是何种原因引起的,众说纷纭。


        机场水泥混凝土道面板是由水泥混凝土材料构成的。因道面表面需要提供一定的摩擦系数,要求道面表面形成一定厚度的砂浆层,以方便道面拉毛、增加摩擦系数。按《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》(征求意见稿)的规定:砂浆层的厚度2mm~4mm。所以,实际道面板的结构是由上层的砂浆层和下层的混凝土材料构成的。冬季的降温是由大气降温导致的,道面表面的砂浆层首先承受大气降温带来的作用,是最早承受冻融作用的结构层,也是最先出现冻融损坏的部位。



        《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(征求意见)规定:“年最低月平均气温低于0℃的地区,跑道、滑行道、机坪面层混凝土抗冻标号应不低于F300”。采用的是快冻法进行试验。按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG 3420-2020)的规定:快冻法的试件采用试模成型的棱柱体试件。其试件表面是一层薄的水泥浆体,与道面混凝土表面结构存在差异。用快冻法确定的抗冻性不能完全反映道面混凝土的抗冻性能。



       由于道面是在大雪降温后出现“脱皮”现象,有人认为剧烈的降温是导致道面“脱皮”原因。这种所谓的大雪降温的极端天气,最低气温在零下20℃以上,降温时间从中午开始至第二天凌晨3点达到最低温度。平均降温速率为1.2℃/h左右。快冻法规定“每次冻融循环应在2~5h完成,其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4”。试件中心温度应分别控制在负18℃±2℃和5℃±2℃。按最长5h计算,快冻法的降温速率为4.6℃/h。与所谓的大雪降温的极端天气相比,快冻法的最低温度与道面实际状况相一致,降温速率远大于道面实际降温速率,且快冻法的试件处于水的溶液中,比道面的环境要恶劣。所谓的大雪降温的极端天气对道面的作用程度还不如快冻法一次试验带来的作用大。对普通混凝土而言,可以承受几十次的快冻法的试验而不出现损坏。因此,一次大雪降温的极端天气是不可能对道面产生冻融损坏的。道面之所以出现“脱皮”现象,其原因是水泥混凝土道面表面拉毛后的砂浆层抗冻性不足,无法抵抗大雪降温带来的作用而导致的道面“脱皮”。


       《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG 3420-2020)规定水泥混凝土抗盐冻的试验方法(单面法)。该方法用来测定水泥混凝土成型面与盐溶液接触的条件下,以能够经受的冻融循环次数和表面剥落质量来表示的混凝土抗冻性能。试验溶液:质量比为97%蒸馏水和3%NaCl配制而成的盐溶液。对于普通混凝土,其单面法抗冻循环次数可以达到几十次。说明在道面上偶尔的撒盐进行除冰是不可能对道面混凝土产生破坏的。


        道面发生“脱皮”的部位砂浆层品质欠佳,该部位抗冻性能不良,不足以抵抗有限次数的冻融循环。砂浆层结构品质直接决定了道面板的抗冻性,而道面表面砂浆层品质与混凝土材料、施工工艺(特别是拉毛、做面工艺)等有关。为了保证道面混凝土充分的泌水和做面的顺利进行,应对水泥的相关技术指标进行合理选择。特别是要控制好水泥的水化速度。水泥终凝时间最好选择不少于5小时,并对水泥的比表面积选取一个合理的值,尽可能选择满足规范要求的比表面积较小的水泥。在施工工艺方面,要保证振捣时间,同时要防止过振造成混凝土离析;要加强条夯振捣确保粗集料下沉,砂浆有足够的厚度形成结构层。掌握好滚杠的时机,充分利用滚杠提出水泥浆体,为后续做面压实砂浆层提供充分的保证。


       从现有的机场道面使用状况可以看出,道面出现“脱皮”的现象只是少部分机场中少部分道面,说明只要保证水泥混凝土道面的质量就可能抵抗所谓的极端天气对道面产生的作用,其关键环节是做好砂浆层。砂浆层的合理厚度、水泥浆体强度和道面的粗糙度等都会对砂浆层的结构和密实程度产生影响。在设计环节要合理确定道面的粗糙度。停机坪宽度较大、坡度又小,造成道面表面排水能力差、雪水易下渗到道面中,降雪后除雪不彻底局部存在堆雪现象,是道面最易产生冻融损坏的部位。因此,停机坪的粗糙度不宜过大。军航规范规定停机坪的粗糙度不大于0.4mm。施工环节要留出足够的时间保证在做面之前道面混凝土的泌水基本完成,减少混凝土中的自由水的数量。要选取合理的水泥技术指标,克服只要符合规范要求的水泥都可以在道面混凝土中使用的想法。应结合当地的气候特点、施工特性确定水泥的技术指标。要有施工过程中突发情况(如天气突变等)应对措施,避免造成混凝土施工过程提浆困难、砂浆厚度不够和密实度下降等影响砂浆层质量问题的出现。





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