有機硅烷浸漬技術(shù)在大連機場機坪道面應用實例

郭 強

大連國際機場股份有限公司 遼寧 大連 116000

0 引言

大連機場因經(jīng)歷過多次改擴建，且間隔時間較長，導致機坪道面結(jié)構(gòu)復雜，不同區(qū)域道面使用時間相差很大，相應的道面性能、損壞狀況也存在較大差異。根據(jù)近年來專業(yè)道面檢測機構(gòu)及大連機場道面管理部門對機坪道面的病害統(tǒng)計，大連機場部分機坪道面破損情況嚴重，且多為起皮、網(wǎng)裂、龜裂、接縫破碎、板角剝落等耐久性病害，結(jié)合大連機場所處東北地區(qū)的地理環(huán)境因素，低溫寒冷、凍融循環(huán)、酸性雪水及除冰液（融雪劑）的大量使用，是導致機坪道面出現(xiàn)耐久性病害的主要原因。機場道面是確保航空器安全運行的關(guān)鍵，也是機場面積占比較大的基本設(shè)施，道面混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是關(guān)系到機場長期安全運行的重要問題，因此，如何提高道面混凝土使用壽命是節(jié)約道面維護成本的重要途徑。本文結(jié)合大連機場實際情況，對為何選擇硅烷浸漬技術(shù)作為提高機坪道面耐久性的手段，及硅烷浸漬技術(shù)在大連機場機坪道面的實際運用進行了分析。

1 大連機場機坪道面病害分析

大連機場始建于1972年10月。1984年，為適應經(jīng)濟發(fā)展及對外開放的需要，重點對飛行區(qū)進行了擴建，并分別于1993年、1994年、1996年、2002年先后對停機坪道面進行了擴建，于2006年、2008年、2010年對西側(cè)機坪進行了擴建。大連機場近幾年又在東側(cè)改擴建及新建了部分機坪。

1.1 機坪道面病害數(shù)量發(fā)展趨勢

參考道面結(jié)構(gòu)及啟用時間，2010年之前建成啟用的機坪道面大致可分為5個區(qū)域（如下圖）。

圖1 ：機坪道面區(qū)域劃分

根據(jù)最近一次（2014年）邀請專業(yè)道面檢測評價機構(gòu)對機坪道面檢測結(jié)果顯示：A4、A5機坪道面狀況較好，未見明顯損壞，A1機坪道面存在少量補丁、邊角損壞，調(diào)查單元PCI（道面損壞狀況指數(shù)）值均為91，道面損壞狀況綜合評價為“優(yōu)”；A2、A3機坪道面損壞狀況PCI均值僅為72.5，且30%的調(diào)查單元PCI值低于70（建議維護值），道面損壞類型則以耐久性損壞、大小補丁、爆坑為主，道面損壞主要是使用時間較長、水泥混凝土老化及凍融循環(huán)造成。

再結(jié)合道面管理部門對機坪道面的病害統(tǒng)計，其中A4區(qū)域的耐久性病害數(shù)量在近幾年急劇上升。

表1 ：機坪道面病害發(fā)展趨勢

對上述區(qū)域的機坪道面病害進行分析，道面啟用后15年左右，病害數(shù)量處于明顯的上升期，考慮除去道面施工遺留問題外，耐久性病害所占比例約70%-80%。

圖2 ：機坪道面病害圖例

1.2 機坪道面病害產(chǎn)生環(huán)境因素

大連位于遼東半島南端，地處黃渤海之濱，冬季易出現(xiàn)大風冰凍天氣，且晝夜溫差較大，十一月份平均氣溫約6℃，十二月份平均氣溫約0℃，一月份平均氣溫約-4℃，二月份平均氣溫約-2℃，三月份平均氣溫約3℃，降雪季可由十一月份至次年三月份。由于大連機場所處地理環(huán)境的原因，冬季除冰、防冰需使用大量除冰液（融雪劑），所以凍融循環(huán)及除冰液（融雪劑）鹽凍剝蝕對大連機場機坪道面影響很大。

1.3 機坪道面病害產(chǎn)生原理

1.3.1 一般性凍融病害

地表水沿混凝土表層毛細管滲入，在低溫作用下，結(jié)冰膨脹，作用在空隙的拉應力超過混凝土的抗拉強度，逐步形成微裂縫，使混凝土力學性能下降，在降雪季內(nèi)，多次凍融循環(huán)，使微裂縫擴展相連，形成裂紋、裂縫，進而起皮剝落。

1.3.2 鹽凍病害

除冰液（融雪劑）一般屬于鹽性化學物質(zhì)，具有較強的吸水性，所以，在除冰液（融雪劑）的大量使用下，會使道面更易吸水，也將凍融循環(huán)的破壞作用增加。同時，在除冰液（融雪劑）的作用下，道面表層的冰雪會迅速融化，在極短時間內(nèi)降低道面溫度，更易使道面產(chǎn)生剝落及裂縫問題。在混凝土中的鹽性物質(zhì)飽和后，還會形成結(jié)晶，增加體積，產(chǎn)生膨脹壓力，與凍融循環(huán)一起，加速了道面的耐久性損壞。

2 采用硅烷浸漬技術(shù)作為提升大連機場機坪道面耐久性手段的原因

2.1 耐久性病害的預防與處置方法

（1）使用引氣劑。可以形成大量微小氣泡，顯著阻斷混凝土中的毛細管通道，減少水的滲入，同時，氣泡有較好的彈性形變能力，將充裕的體積余量為凍融過程提供出來，對結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹壓力起到一定的緩沖作用，但氣泡量過大也會影響到混凝土的強度。

（2）使用高強混凝土。直接提升混凝土的強度，但建設(shè)成本也隨之增加。

（3）合理施工。如采用合適的水灰比及提高施工質(zhì)量等。

（4）使用表層強化材料進行預養(yǎng)護。在道面啟用后，并且在耐久性病害出現(xiàn)之前，進行預養(yǎng)護。選擇合適的表層強化材料對提高寒冷地區(qū)機場道面耐久性有著重要意義。

前三種方法是在道面設(shè)計及施工過程中可采用的對策，只有第四種方法，是在道面建成啟用后提升道面耐久性的有效方式。

2.2 硅烷浸漬技術(shù)的優(yōu)勢

2.2.1 與其他混泥土表層強化材料的對比

空軍工程大學蘇立海等人此前針對不同的混泥土表層強化材料（混凝土保護劑、聚脲材料、環(huán)氧樹脂及硅烷材料）對提升混凝土抗凍融循環(huán)作用的能力做過相關(guān)實驗，得出結(jié)論：經(jīng)上述材料強化后，混凝土抗凍性能均得到相應提高，但是，經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，混凝土保護劑形成的膜結(jié)構(gòu)完成性不好，聚脲材料混凝土黏結(jié)性不好，產(chǎn)生整體剝落，環(huán)氧樹脂強度及耐磨性差，只有硅烷材料在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，仍能保持較好的完成性，并且與混凝土的黏結(jié)性保持良好，對混凝土抗凍性能的增強效果最好。

2.2.2 硅烷材料的防水機理及特點

硅烷是一種滲透浸漬材料，具有小分子結(jié)構(gòu)，通過滲透混凝土后，與水化混凝土發(fā)生反應，形成聚硅氧烷互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，借助羥基團將混凝土與硅烷通過化學鍵牢固結(jié)合，使混凝土表面具有憎水性，并保持了呼吸透氣功能，降低了水和有害氯離子的侵入，增加了混凝土道面的耐久性。

和硅烷、丙烯酸、環(huán)氧樹脂等材料相比，硅烷可在不改變混凝土自然外觀的情況下，深層滲透混凝土，且在混凝土表層磨損后，仍然具有較好的保護性能。

目前硅烷浸漬保護混凝土的措施被廣泛應用于橋梁、港口、碼頭、核電、工業(yè)與民用建筑的保護，逐漸成為一種經(jīng)濟、方便、高效提高混凝土耐久性的重要措施。

2.2.3 硅烷材料在其他機場應用參考

許多單位都進行過混凝土硅烷浸漬試驗研究，選取中國民航機場建設(shè)集團公司東北分公司王航在東北某機場所做的試驗作為參考。通過硅烷浸漬深度、吸水量、氯離子吸收量、抗凍融試驗，結(jié)果如下：

（1）硅烷浸漬深度達到3.5mm；

（2）經(jīng)處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）抗凍性：-20℃～20℃，200次表面無變化；

（5）耐熱性：180℃，4小時，表面無變化；

（6）耐堿性：飽和氫氧化鈣溶液浸泡168小時，表面無變化；

（7）耐酸性：1%鹽酸溶液浸泡168小時，表面無變化。

得出結(jié)論：硅烷浸漬后，在混凝土毛細孔內(nèi)部形成了保護膜，降低了其氯離子侵蝕性、吸水量，提高了抗凍性，可在東北等嚴寒區(qū)域的機坪道面使用，防止凍融循環(huán)及除冰液（融雪劑）引起的道面耐久性損壞。

同為東北地區(qū)機場，此試驗參考價值較大。

2.2.4 硅烷浸漬技術(shù)在大連機場應用的可操作性

對于出現(xiàn)耐久性破損的道面，其結(jié)構(gòu)承載力尚能滿足要求，若通過道面蓋被來修復或改善此類道面，不僅造價高昂，而且施工期較長，造成施工期內(nèi)航空器無法正常起降，嚴重影響了機場正常運行，對于大連機場來說，機坪狹長，機位數(shù)量對于航班數(shù)量來說，已嚴重不足，如再對部分機坪道面采取蓋被形式的封閉施工，無疑是對大連機場的保障能力提出嚴峻挑戰(zhàn)。

而采用硅烷浸漬技術(shù)，其施工工期短，一般噴涂兩遍，中間間隔時間為4-6小時，施工結(jié)束后24小時自然干燥即可恢復使用；同時，還具有施工簡單，可操作性強的特點，僅需1臺小型噴涂設(shè)備，1人即可操作，對相鄰機位運行不產(chǎn)生任何影響。

圖3 ：硅烷浸漬技術(shù)現(xiàn)場施工圖

大連機場近年來，每年用于道面修補的日常性維修費用基本維持在兩百萬，而其中基本都用于水泥混凝土道面，硅烷材料對機場道面的保護年限一般不少于五年。采用硅烷浸漬技術(shù)對混凝土進行處理后，能有效降低道面維護成本。

圖4 ：預養(yǎng)護與維修之間的成本對照

所以，優(yōu)先考慮采用硅烷浸漬技術(shù)作為提升大連機場機坪道面耐久性手段。

3 硅烷浸漬技術(shù)在大連機場機坪道面的實際應用

3.1 大連機場11C機坪工程概況

11C機坪位于候機樓東側(cè)，于2016年開工建設(shè)，一期6個機位于2018年1月份啟用，二期5個機位于2018年12月份啟用，共計建設(shè)11個機位，面積總計106885，其中機坪面積52067，服務車道面積54818。

圖5 ：11C機坪位置示意圖

機坪道面結(jié)構(gòu)為360mm厚水泥混凝土，200mm厚水泥穩(wěn)定碎石上基層，200mm厚水泥穩(wěn)定碎石下基層。目前道面整體狀況較好，基本沒有病害，僅局部早期建設(shè)的區(qū)域有少量起皮剝落現(xiàn)象。

針對當前機場道面工程以建設(shè)為主轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)與養(yǎng)護并重，未來逐步轉(zhuǎn)向以養(yǎng)護為主的趨勢，結(jié)合大連機場混凝土道面現(xiàn)狀，選取11C機坪作為硅烷浸漬技術(shù)首批施工區(qū)域。

3.2 選用的硅烷材料

此次選用的為北京安建世紀科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品：AJF機場混凝土道面專用保護液，以抗凍融、抗堿性能更優(yōu)異的長鏈辛基硅烷（包括符合相關(guān)標準的辛基三乙氧基硅烷和異構(gòu)體異辛基三乙氧基硅烷）為活性成分的浸漬保護材料。

北京安建世紀科技發(fā)展有限公司是國內(nèi)最早進行機場道面混凝土耐久性保護研究和施工性試驗的專業(yè)性企業(yè)，具有大規(guī)模進行機場道面硅烷浸漬施工的成熟經(jīng)驗。目前已累計在西北、東北、華北、華東、西南等地區(qū)的近60多座機場800多萬機場道面成功進行了抗凍融、抗砂化預養(yǎng)護保護施工。

AJF機場混凝土道面專用保護液采用了更適用于抗凍融環(huán)境的C8長鏈硅烷體系，相對于異丁基C4更具優(yōu)勢。

圖6 ：辛基硅烷C8與異丁基C4的性能比較

圖7 ：AJF機場混凝土道面專用保護液檢驗報告

3.3 大連機場現(xiàn)場試驗段驗證結(jié)果

在對11C機坪試驗段進行硅烷浸漬施工后7天，采取現(xiàn)場取樣，通過硅烷浸漬深度、吸水量、氯離子吸收量、抗凍融試驗，結(jié)果如下：

硅烷浸漬深度達到3.3mm；

混凝土吸水率0.006mm/min；

氯化物吸收量的降低效果：91.9%；

抗凍性：采用快速凍融法，20次凍融循環(huán)后外觀無明顯變化。

圖8 ：機坪實際應用檢驗報告

4 結(jié)論

試驗結(jié)果顯示，試驗段滿足驗收要求，可在機坪范圍大面積噴涂使用，硅烷材料浸漬后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性有效提升，但硅烷材料作用持續(xù)年限和實際使用效果需待時間來檢驗。