试论高高原机场水泥混凝土道面病害研究及预防措施

王文

（西部机场集团青海机场有限公司果洛机场分公司，青海果洛 814000）

0 引言

在社会经济发展的新时期，飞机成为人们喜爱的交通工具。机场混凝土道面质量也因此受到了人们的高度关注，究其原因，主要是混凝土道面质量关系到飞机起飞和降落的安全。但就当前实际情况而言，机场水泥混凝土道面质量会在各种因素的影响下出现病害，需要机场予以重视，并在分析病害成因的基础上，采有效的预防措施，对此类现象进行预防和控制。

1 某机场水泥混凝土道面常见病害情况和冻融脱皮成因分析

1.1 机场简介

某机场飞行区的等级为4D，其跑道建设时间为2015年，在4年后建成使用，其长度为3800m，宽度约45m，跑道两侧设有宽度为1.5m的道肩，同时，在两头设置了防吹坪，其尺寸为60×60，机坪的停机位数量为4个，同时设有联络道1条，在了解后得知，4个机位都是D类机位，可以满足D类及以下机型的使用。该机场位于海拔为3700m以上的高高原冰冻地带，气候特征较为显著，具体表现为高寒缺氧，年最低气温为零下37℃。这种气候对于沥青混凝土道面而言，可谓是严峻的考验，但对水泥混凝土面层的影响微乎其微。为延长道面的使用年限，降低维修难度和工作量，控制维修成本，在机场建设过程中，施工单位对水泥混凝土道面进行了全面的应用，道面结构如图1所示。

1.2 水泥混凝土常见病害情况

在查阅资料后得知，本机场常见的跑道道面的病害主要有以下几种：

（1）纵向、横向和斜向裂缝：在飞机轮载的反复作用下，跑道水泥混凝土道面逐渐疲劳，其强度也因此而下降，这种现象在板块中部与接缝向垂直的位置较为常见。

（2）角隅断裂：在飞机论载的作用下，道面土基和基层局部出现下沉和流失现象，除此之外，冻胀不均匀同样是引起此类病害的成因。

图1混凝土道面结构

（3）嵌缝料损坏：此类病害的表现为罐缝料脱落、挤出，罐料材料在老化后，其弹性和粘附性会显著降低，无法继续与缝壁保持密切的连接，封堵作用随之丧失是引发病害的主要原因。

（4）沉陷和错台：地基基础冻胀、融沉、基层脱空是导致此类病害出现的原因。这种病害的出现，会对道面平整度造成不利的影响，如果处理不及时，甚至会威胁飞机的滑行安全[1]。

（5）道面表面剥落：此类病害的具体表现为起皮、露石、坑洞等。病害成因为水泥混凝土质量不佳，在膨胀遇水遇热后会导致坑洞的产生。

1.3 冻融脱皮的成因分析

在分析冻融脱皮成因之前，我们需要了解冻融脱皮的机理。如下所述：混凝土内部含有大量的孔洞，为水分的渗入和流通创造了有利的条件，在混凝土内的水分接近饱和时，温度下降会导致孔洞中的水分冻结凝固，此时，水分的体积相较于水分，会高出9%左右，对孔隙壁施加了巨大的压力，在压力的作用下，混凝土孔壁会胀大，拉应力也因此出现。在温度回升后，孔洞中的水分会由冰重新转化成水，但孔壁却无法恢复原状，变形已经成为无法改变的事实，在反复多次后，混凝土的空隙深度会不断增加，一旦混凝土抗拉强度小于作用于孔隙的拉应力，混凝土裂缝会随之出现。不及时解决，裂缝位置在相连后，就会导致冻融脱皮现象的发生。

冻融脱皮的成因有包括如下几种：①外在因素：主要是指停机坪坡度设计不合理，无法及时将雪水、雨水以及除冰液排出，为水分进入混凝土裂缝，创造了有利条件；机场所在地区气温变化显著，导致冻融循环次数增加，冻融脱皮现象发生的概率也因此而加大；道面积雪清理不及时，在道面长时间停留，使冻融的影响程度加深。②内在因素：主要包括混凝土内部裂缝过多、材料选择不当、混凝土养护不到位、施工方法落后等[2]。

2 预防措施

通过上述分析可知，高高原地区机场水泥混凝土道面容易在内部和外部因素的影响下出现冻融脱皮现象，此类现象一旦出现，就会对机场道面质量造成不利的影响，严重时，甚至会威胁飞机滑行和降落的安全，故笔者结合自身工作经验，从设计、施工方面着手，提出了几点预防措施，如下所述：

2.1 设计方面

以上述机场为例，该机场的占地面积非常大，在机场众多基础设施之中，占地面积最大的基础设施为停机坪，同时停机坪也是冻融脱皮现象的多发区域，建议有关单位在设计过程中，将民航设计规范中的相关规定作为依据，对停机坪设计坡度进行有效的控制，确保其坡度不超过0.8%。与此同时，还要强调排水设计的重要性，通过排水设计，增强水泥混凝土道面的排水能力，缩短积水在道面停留的时间，从而在源头上控制冻融脱皮现象的出现。

2.2 施工方面

在施工过程中应采取以下方面的措施：

（1）依据设计要求，采购合适的施工材料，确保材料质量与要求相符。①考虑到高高原地区的气候特点，施工单位在采购水泥材料时，尽量将低碱水泥作为主要选择，所选水泥不得过细，否则会在硬化时，出现较大幅度的收缩，容易诱发裂纹病害。低碱水泥选择标准为比表面积超过300m2/kg，且不超过500m2/kg；②在选择骨料时，应保证所选骨料具有良好的防水和耐久性能，这种骨料的应用，有助于混凝土抗冻性的增强；③还应对砂的粗细度进行控制，究其原因，主要是粗度较大的砂，会导致混凝土离析和泌水现象的产生。建议施工单位选择细度模数不超过3.0的砂；④对材料中的含泥率和有害物质含量进行限制。

（2）确定合适的配合比，实现对水泥混凝土道面冻融脱皮现象的预防。①施工单位应强调水灰比控制的重要性。混凝土耐久性和抗渗性会受到水灰比的直接影响。上述机场位于海拔3700m的地带，属于高高原地区，故施工单位在制作水泥混凝土时，需要将水灰比控制在0.45以内，但不得小于0.43，否则会影响混凝土的质量；②对混凝土单位用水量进行控制，通过这种措施，减少水泥混凝土道面结构孔隙的数量，并且，游离水分的减少，还能限制混凝土内部通道的形成；③对水泥用量控制同样是有效的预防措施，其原因在于水泥用量越多，混凝土在硬化阶段产生的水化热和化学收缩反应就越大，如果不注重水泥用量的控制，会导致混凝土裂缝大量出现。以上述机场为例，建议该机场将水泥用量控制在330kg/m3；④应用适量的引气剂。混凝土在制作过程中，必然会产生大小不一的气泡，这些气泡的存在，可以对混凝土渗水通道起到隔断作用，混凝土抗渗和抗冻性会因此而增强。试验结果表明，不使用引气剂的混凝土与使用引气剂的混凝土相比，二者在抗冻性上的差距高达4倍。但引气剂的使用需要慎重，究其原因，主要是混凝土内部气泡的增加，会缩小受力面积，继而影响混凝土的强度。如果机场所使用的混凝土为干硬性混凝土，所使用的引气剂总量不得超过混凝土体积的4%[3]。

（3）加强施工管理，促进施工技术水平的提升。具体表现在以下方面：①在拌制混凝土时，控制拌制时间，确保所生产的混凝土，符合高高原地机场道面施工需求。在出料阶段，还要对离析现象进行预防；②在拌制混凝土的同时，做好振捣工作，并确定振捣的标准。如果所制造的混凝土为干性混凝土，尽量将自行排式振捣器作为振捣工具，且振捣频率不得超过0.8m/min，在最大限度上，保证混凝土的振捣效果；③在面层施工阶段，对砂浆层厚度进行把控。通过涂抹次数的增加，使表面密实度提升，以预防砂眼现象的出现；④确定拉毛时间，不能提前或滞后。如果停机坪对粗糙度要求较低，可节省这一施工步骤，避免表层在人为因素的影响下受损；⑤上述机场所在地区昼夜温差较大，在施工过程中，最好以夜间施工为主，实现对混凝土缝隙的控制。在极端天气下不得施工。

（4）其他预防措施；①加强对道面积雪和积水的处理，缩短积水在混凝土道面上的停留时间；②做好除冰液的回收和清理，使其对混凝土道面的影响降至最低。

3 结论

综上所述，位于高高原冰冻地区的机场，其水泥混凝土道面容易在内外部因素的影响下出现冻融脱皮现象，此类现象的出现，会破坏混凝土道面的质量，并威胁飞机滑行和降落的安全。笔者作为机场管理人员，结合自身工作经验提出了依据设计要求，采购合适的施工材料，确定合适的配合比、加强施工管理，促进施工技术水平的提升、加强对道面积雪和积水的处理以及做好除冰液的回收和清理等预防措施，从而实现对冻融脱皮现象的有效控制。