机场水泥混凝土道面防水性能研究

于磊

[元翔（福州）国际航空港有限公司，福建 福州350000]

0 引言

场道面防水的关键是解决混凝土的孔隙率和透湿性问题。混凝土结构内的毛细管与混凝土的孔隙率和渗透性直接相关。混凝土的高渗透性允许空气和湿气的渗透，特别在道面设置钢筋的情况下，会导致钢筋的腐蚀，从而导致铁锈后内部钢筋体积的扩大，最终导致混凝土表层的开裂和剥落，从而结构恶化。故混凝土的低渗透性是保护材料免受硫酸盐、酸、碳化、霜冻、碱集料反应、风化和其他混凝土病害影响的最重要因素。它是混凝土的一个特性，可以延长暴露在恶劣环境条件下的结构寿命[1]。因此，深入了解水对道面结构的损坏形式，提出相应的水损坏防治措施，对于提高道面使用性能、延长道面使用寿命具有重要的意义[2]。

1 试验

1.1 试验材料

根据《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》(MH 5006—2015)和《民用机场水泥混凝土道面设计规范》（MH/T 5004—2010）相关规定，选取如下试验原料[3]。

模拟机场道面板的立方体混凝土试块材料：

水泥：唐山奥顺水泥厂P·O52.5。

集料：5～20mm 和20～40mm连续级配碎石；0.63mm 的方孔筛下累计筛余量68%的天然河砂，其细度模数为2.75。

水：自来水。

表面处理覆层材料：已投入机场道面使用的超薄层快速修补材料，其硬化时间为90min，硬化强度为35MPa。经过其表面处理后，道面表面性能提升至少10%，具有较好的防水性能。

深层渗透性封孔防水剂：无机水性渗透结晶防水剂。

1.2 试验仪器及方法

参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420—2020）用YH-40B 型标准恒温恒湿养护箱对标准立方体混凝土试块（150mm×150mm×150mm）养护28d。

使用DGG-101-2S 型电热鼓风干燥箱的加热功能模拟飞机尾流对道面快速升温作用。

使用HC-U8 系列多功能混凝土超声波检测仪无损测试与观察试件表面形貌情况。

1.3 试验方案

1.3.1 试件制备

为形成对照，将制备好的普通水泥混凝土试件表面用钢刷对其表面进行清洁处理以除去表层浮土和松动粒料（图1），然后分为3 组，a 组为普通水泥混凝土对照组，b 组进行表面防水处理（图2），c 为普通表面处理覆层材料，有一定的防水功能，对试件表面进行同等厚度的表层处理（图3）。将4 组试块置于75℃恒温箱（型号：DGG-101-2S 电热数显恒温鼓风干燥箱）进行烘烤5h（图4），以模拟日间道面处于较高环境温度状态下工作；取出立即使用近0℃的水浇洒，使其表面温度骤降（图5），以此来模拟道面遇冷雨状况的影响。待其温度降至室温，测试试件相关性能，即完成一组温度骤降试验，再次将三组试件置于恒温箱进行75℃烘烤，为下一次试验做准备。

图1 除去表层浮土和松动粒料

图2 试件喷涂

图3 制备完成的试样

图4 置于恒温箱进行加热

图5 温度骤降模拟实验

2 试验结果与讨论

通过室内试验，利用多功能混凝土超声波检测仪无损测试试件表面结构层变化情况。利用MATLAB编写程序，实现图像二值化转换。

由图6 可以观察到，温度骤降试验循环6 次之后，普通水凝混凝土试块表面已经出现贯穿裂缝以及表层剥落的状况，且在较宽较深的裂缝周围出现一系列微小裂缝；c 表面处理覆层材料表观具有较大原始坑洞，温度骤降作用下，其表面热胀冷缩导致使其坑洞之间出现细微裂缝；而b 组进行表面防水处理之后的试块，未出现裂缝或者坑洞，表面基本完好，不影响使用。

由图7 可以观察到，温度骤降试验循环7 次之后，普通水凝混凝土试块表面已经呈现龟裂状，表层剥落严重，且裂缝宽度约为1.0mm；较6 次循环而言，表面状态恶化严重，有FOD 风险存在，这是因为试件表面热胀冷缩所造成的裂缝、集料脱落等缺陷为水进出混凝土提供了通道，加速其劣化程度，这些与水有关的问题会导致进一步的混凝土损坏，例如剥落、收缩、起皮等。c 表面处理覆层材料表观原始坑洞之间出现细微裂缝贯穿、裂缝相互连接；而对于b 组进行表面防水处理之后的试块而言，未出现裂缝或者坑洞，部分麻面产生，表面基本完好，不影响使用。

图7 温度骤降试验循环7 次

由图6 和图7 可知，采用表面防水技术能有效抑制道面裂缝的发展速度、增强道面细观结构的完整性，对于提高场道使用寿命、减少FOD 的形成具有积极作用。这是因为混凝土的劣化过程很大程度上取决于水和湿气通过孔隙和毛细管网络的渗透。影响混凝土性能的因素包括渗透性和其他传输特性。

渗透结晶防水剂是水基渗透结晶型防水材料，其优点是结构层中有水时还可以继续反应，直到“吸干”水分为止。防水机理是与混凝土中的游离碱产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体胶质，能有效地堵塞混凝土内部微细裂缝和毛细孔，使混凝土结构具有持久的防水功能和更好的密实度及抗压强度，并为混凝土提供良好的透气性。

混凝土长年接触雨水、盐类、Ca2 和化学制剂等，会缓慢地腐蚀劣化，甚至导致结构失效。采用表面防水技术能使混凝土不受这些因素的影响，永久保护混凝土。渗透深度达20～30mm，同时还能有效地阻止酸性物质、油渍和机油对混凝土的侵蚀。

3 结论

本文为探究高温条件下、道面遭遇冷雨情况下的表面性能变化过程，开展室内机场道面试块温度骤降模拟试验。以常用的道面表面处理材料以及普通水泥混凝土试块为对照，研究渗透结晶防水剂对机场道面的防护效果。得出以下结论：

一是，不采取任何防护措施的情况下，普通混凝土道面在日间升温之后，突遇冷雨的工况下，对道面会造成较为严重的影响。加速试验表明，在经历6 次循环之后，普通混凝土道面表面出现贯穿裂缝和与之连接的微裂缝，7 次循环之后出现，出现道面龟裂现象，且劣化速率不断加快。

二是，水泥混凝土道面防水材料对道面防护效果最好。因为采用表面防水技术能有效抑制道面裂缝的发展速度、增强道面细观结构的完整性，对于提高场道使用寿命、减少FOD 的形成具有积极作用。

三是，靠近地下水位或暴露在湿度相对较高的环境中的结构容易进水，暴露环境的温度和湿度变化以及其他因素会导致道面出现裂缝，研究表明由于地下结构中的水渗透导致盐结晶致使水泥混凝土基础设施性能退化。本文对于沿海地区浸水和其他腐蚀性介质存在的情况下道面使用寿命的提高具有指导意义。