有机硅烷浸渍技术在大连机场机坪道面应用实例

郭 强

大连国际机场股份有限公司 辽宁 大连 116000

0 引言

大连机场因经历过多次改扩建，且间隔时间较长，导致机坪道面结构复杂，不同区域道面使用时间相差很大，相应的道面性能、损坏状况也存在较大差异。根据近年来专业道面检测机构及大连机场道面管理部门对机坪道面的病害统计，大连机场部分机坪道面破损情况严重，且多为起皮、网裂、龟裂、接缝破碎、板角剥落等耐久性病害，结合大连机场所处东北地区的地理环境因素，低温寒冷、冻融循环、酸性雪水及除冰液（融雪剂）的大量使用，是导致机坪道面出现耐久性病害的主要原因。机场道面是确保航空器安全运行的关键，也是机场面积占比较大的基本设施，道面混凝土结构耐久性是关系到机场长期安全运行的重要问题，因此，如何提高道面混凝土使用寿命是节约道面维护成本的重要途径。本文结合大连机场实际情况，对为何选择硅烷浸渍技术作为提高机坪道面耐久性的手段，及硅烷浸渍技术在大连机场机坪道面的实际运用进行了分析。

1 大连机场机坪道面病害分析

大连机场始建于1972年10月。1984年，为适应经济发展及对外开放的需要，重点对飞行区进行了扩建，并分别于1993年、1994年、1996年、2002年先后对停机坪道面进行了扩建，于2006年、2008年、2010年对西侧机坪进行了扩建。大连机场近几年又在东侧改扩建及新建了部分机坪。

1.1 机坪道面病害数量发展趋势

参考道面结构及启用时间，2010年之前建成启用的机坪道面大致可分为5个区域（如下图）。

图1 ：机坪道面区域划分

根据最近一次（2014年）邀请专业道面检测评价机构对机坪道面检测结果显示：A4、A5机坪道面状况较好，未见明显损坏，A1机坪道面存在少量补丁、边角损坏，调查单元PCI（道面损坏状况指数）值均为91，道面损坏状况综合评价为“优”；A2、A3机坪道面损坏状况PCI均值仅为72.5，且30%的调查单元PCI值低于70（建议维护值），道面损坏类型则以耐久性损坏、大小补丁、爆坑为主，道面损坏主要是使用时间较长、水泥混凝土老化及冻融循环造成。

再结合道面管理部门对机坪道面的病害统计，其中A4区域的耐久性病害数量在近几年急剧上升。

表1 ：机坪道面病害发展趋势

对上述区域的机坪道面病害进行分析，道面启用后15年左右，病害数量处于明显的上升期，考虑除去道面施工遗留问题外，耐久性病害所占比例约70%-80%。

图2 ：机坪道面病害图例

1.2 机坪道面病害产生环境因素

大连位于辽东半岛南端，地处黄渤海之滨，冬季易出现大风冰冻天气，且昼夜温差较大，十一月份平均气温约6℃，十二月份平均气温约0℃，一月份平均气温约-4℃，二月份平均气温约-2℃，三月份平均气温约3℃，降雪季可由十一月份至次年三月份。由于大连机场所处地理环境的原因，冬季除冰、防冰需使用大量除冰液（融雪剂），所以冻融循环及除冰液（融雪剂）盐冻剥蚀对大连机场机坪道面影响很大。

1.3 机坪道面病害产生原理

1.3.1 一般性冻融病害

地表水沿混凝土表层毛细管渗入，在低温作用下，结冰膨胀，作用在空隙的拉应力超过混凝土的抗拉强度，逐步形成微裂缝，使混凝土力学性能下降，在降雪季内，多次冻融循环，使微裂缝扩展相连，形成裂纹、裂缝，进而起皮剥落。

1.3.2 盐冻病害

除冰液（融雪剂）一般属于盐性化学物质，具有较强的吸水性，所以，在除冰液（融雪剂）的大量使用下，会使道面更易吸水，也将冻融循环的破坏作用增加。同时，在除冰液（融雪剂）的作用下，道面表层的冰雪会迅速融化，在极短时间内降低道面温度，更易使道面产生剥落及裂缝问题。在混凝土中的盐性物质饱和后，还会形成结晶，增加体积，产生膨胀压力，与冻融循环一起，加速了道面的耐久性损坏。

2 采用硅烷浸渍技术作为提升大连机场机坪道面耐久性手段的原因

2.1 耐久性病害的预防与处置方法

（1）使用引气剂。可以形成大量微小气泡，显著阻断混凝土中的毛细管通道，减少水的渗入，同时，气泡有较好的弹性形变能力，将充裕的体积余量为冻融过程提供出来，对结冰产生的膨胀压力起到一定的缓冲作用，但气泡量过大也会影响到混凝土的强度。

（2）使用高强混凝土。直接提升混凝土的强度，但建设成本也随之增加。

（3）合理施工。如采用合适的水灰比及提高施工质量等。

（4）使用表层强化材料进行预养护。在道面启用后，并且在耐久性病害出现之前，进行预养护。选择合适的表层强化材料对提高寒冷地区机场道面耐久性有着重要意义。

前三种方法是在道面设计及施工过程中可采用的对策，只有第四种方法，是在道面建成启用后提升道面耐久性的有效方式。

2.2 硅烷浸渍技术的优势

2.2.1 与其他混泥土表层强化材料的对比

空军工程大学苏立海等人此前针对不同的混泥土表层强化材料（混凝土保护剂、聚脲材料、环氧树脂及硅烷材料）对提升混凝土抗冻融循环作用的能力做过相关实验，得出结论：经上述材料强化后，混凝土抗冻性能均得到相应提高，但是，经过冻融循环作用后，混凝土保护剂形成的膜结构完成性不好，聚脲材料混凝土黏结性不好，产生整体剥落，环氧树脂强度及耐磨性差，只有硅烷材料在经过冻融循环作用后，仍能保持较好的完成性，并且与混凝土的黏结性保持良好，对混凝土抗冻性能的增强效果最好。

2.2.2 硅烷材料的防水机理及特点

硅烷是一种渗透浸渍材料，具有小分子结构，通过渗透混凝土后，与水化混凝土发生反应，形成聚硅氧烷互穿网络结构，借助羟基团将混凝土与硅烷通过化学键牢固结合，使混凝土表面具有憎水性，并保持了呼吸透气功能，降低了水和有害氯离子的侵入，增加了混凝土道面的耐久性。

和硅烷、丙烯酸、环氧树脂等材料相比，硅烷可在不改变混凝土自然外观的情况下，深层渗透混凝土，且在混凝土表层磨损后，仍然具有较好的保护性能。

目前硅烷浸渍保护混凝土的措施被广泛应用于桥梁、港口、码头、核电、工业与民用建筑的保护，逐渐成为一种经济、方便、高效提高混凝土耐久性的重要措施。

2.2.3 硅烷材料在其他机场应用参考

许多单位都进行过混凝土硅烷浸渍试验研究，选取中国民航机场建设集团公司东北分公司王航在东北某机场所做的试验作为参考。通过硅烷浸渍深度、吸水量、氯离子吸收量、抗冻融试验，结果如下：

（1）硅烷浸渍深度达到3.5mm；

（2）经处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）抗冻性：-20℃～20℃，200次表面无变化；

（5）耐热性：180℃，4小时，表面无变化；

（6）耐碱性：饱和氢氧化钙溶液浸泡168小时，表面无变化；

（7）耐酸性：1%盐酸溶液浸泡168小时，表面无变化。

得出结论：硅烷浸渍后，在混凝土毛细孔内部形成了保护膜，降低了其氯离子侵蚀性、吸水量，提高了抗冻性，可在东北等严寒区域的机坪道面使用，防止冻融循环及除冰液（融雪剂）引起的道面耐久性损坏。

同为东北地区机场，此试验参考价值较大。

2.2.4 硅烷浸渍技术在大连机场应用的可操作性

对于出现耐久性破损的道面，其结构承载力尚能满足要求，若通过道面盖被来修复或改善此类道面，不仅造价高昂，而且施工期较长，造成施工期内航空器无法正常起降，严重影响了机场正常运行，对于大连机场来说，机坪狭长，机位数量对于航班数量来说，已严重不足，如再对部分机坪道面采取盖被形式的封闭施工，无疑是对大连机场的保障能力提出严峻挑战。

而采用硅烷浸渍技术，其施工工期短，一般喷涂两遍，中间间隔时间为4-6小时，施工结束后24小时自然干燥即可恢复使用；同时，还具有施工简单，可操作性强的特点，仅需1台小型喷涂设备，1人即可操作，对相邻机位运行不产生任何影响。

图3 ：硅烷浸渍技术现场施工图

大连机场近年来，每年用于道面修补的日常性维修费用基本维持在两百万，而其中基本都用于水泥混凝土道面，硅烷材料对机场道面的保护年限一般不少于五年。采用硅烷浸渍技术对混凝土进行处理后，能有效降低道面维护成本。

图4 ：预养护与维修之间的成本对照

所以，优先考虑采用硅烷浸渍技术作为提升大连机场机坪道面耐久性手段。

3 硅烷浸渍技术在大连机场机坪道面的实际应用

3.1 大连机场11C机坪工程概况

11C机坪位于候机楼东侧，于2016年开工建设，一期6个机位于2018年1月份启用，二期5个机位于2018年12月份启用，共计建设11个机位，面积总计106885，其中机坪面积52067，服务车道面积54818。

图5 ：11C机坪位置示意图

机坪道面结构为360mm厚水泥混凝土，200mm厚水泥稳定碎石上基层，200mm厚水泥稳定碎石下基层。目前道面整体状况较好，基本没有病害，仅局部早期建设的区域有少量起皮剥落现象。

针对当前机场道面工程以建设为主转变为建设与养护并重，未来逐步转向以养护为主的趋势，结合大连机场混凝土道面现状，选取11C机坪作为硅烷浸渍技术首批施工区域。

3.2 选用的硅烷材料

此次选用的为北京安建世纪科技发展有限公司产品：AJF机场混凝土道面专用保护液，以抗冻融、抗碱性能更优异的长链辛基硅烷（包括符合相关标准的辛基三乙氧基硅烷和异构体异辛基三乙氧基硅烷）为活性成分的浸渍保护材料。

北京安建世纪科技发展有限公司是国内最早进行机场道面混凝土耐久性保护研究和施工性试验的专业性企业，具有大规模进行机场道面硅烷浸渍施工的成熟经验。目前已累计在西北、东北、华北、华东、西南等地区的近60多座机场800多万机场道面成功进行了抗冻融、抗砂化预养护保护施工。

AJF机场混凝土道面专用保护液采用了更适用于抗冻融环境的C8长链硅烷体系，相对于异丁基C4更具优势。

图6 ：辛基硅烷C8与异丁基C4的性能比较

图7 ：AJF机场混凝土道面专用保护液检验报告

3.3 大连机场现场试验段验证结果

在对11C机坪试验段进行硅烷浸渍施工后7天，采取现场取样，通过硅烷浸渍深度、吸水量、氯离子吸收量、抗冻融试验，结果如下：

硅烷浸渍深度达到3.3mm；

混凝土吸水率0.006mm/min；

氯化物吸收量的降低效果：91.9%；

抗冻性：采用快速冻融法，20次冻融循环后外观无明显变化。

图8 ：机坪实际应用检验报告

4 结论

试验结果显示，试验段满足验收要求，可在机坪范围大面积喷涂使用，硅烷材料浸渍后，混凝土结构耐久性有效提升，但硅烷材料作用持续年限和实际使用效果需待时间来检验。