高寒地区机场混凝土道面病害分析与防治.docx

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1、我国高海拔寒冷地区自然环境条件恶劣，面临着昼夜温差大、冬季周期长且气温低、风沙吹蚀、太阳紫外线辐射强等环境条件。水泥混凝土具有平整度高、承载能力强、稳定性好等优点，被广泛应用于国内外的机场道面。而在我国高寒地区的混凝土机场道面如果施工和养护不当，在这些恶劣环境因素的综合影响下混凝土道面往往会发生道面起皮龟裂、断板开裂、路面沉陷、路基冻胀等耐久性破坏现象。在机场的日常使用中，飞机起降、滑行更会加剧这些病害的发育。使机场混凝土道面经常达不到设计使用期限，从而严重影响了飞机在起降过程中安全性，因此需要对道面进行经常性的改造与维修，并由此导致大量资源与能量的耗费。本文依托高寒地区环境的特殊性，对机场混

2、凝土道面病害研究现状进行阐述分析，来探究高寒地区机场道面病害的常见类型，揭示病害的形成机理，并提出一系列防治机场道面病害的措施，以保证高寒地区机场混凝土道面的安全使用与服役周期，尽可能地减少后期由于耐久性问题而产生的维修费用。一、常见病害1.道面裂纹、断板高寒地区紫外线辐射强度高、气压低、温差大，且通常伴有大风天气，加之飞机起降对道面的冲击，使机场道面更易产生裂纹、断板等病害。如图图2所示。道面裂缝主要有以下三种。(1)干缩裂缝：高寒地区气压低，常伴有大风天气，在风吹日哂的作用下，机场道面混凝土受环境因素制约，混凝土表层体积收缩变形较大，而混凝土内部受环境作用下变化幅度不明显，且气压与水分蒸发

3、率呈反比，低气压加速了混凝土内部裂隙中的部分水分向表层迁移的速率，使混凝土表层与内部体积收缩不同步，进而产生约束混凝土收缩的拉应力，引起干缩裂缝。(2)温度裂缝，由于高寒地区昼夜温差较大，当混凝土内部水化放热时，机场道面表层的混凝土形成较大的温度梯度，这种温差产生的拉应力会使表面出现开裂。(3)施工裂缝，混凝土配比不合理以及施工过程中搅拌不均匀，或在混凝土道面竣工后期由于维护保养不到位，均会导致机场道面收缩时受力不均匀而发生开裂现象。在机场日常使用过程中，飞机起降的荷载、滑行途中的摩擦以及雨水的侵蚀作用均会加剧混凝土道面裂缝的发育，长期作用下，会使机场道面裂纹、断板数量不断增多，甚至相互贯通进

4、而出现断层。2 .沉陷高寒地区地势、水文及气候条件复杂，其土质类型多样且通常伴随年冻土问题。在地质、飞机荷载等多因素作用下出现不均匀的竖向变形，进而产生沉陷，根据原因可分为：地质作用和荷载作用。(1)地质作用，不同类型的土质直接影响到道面的热稳定状况。当机场的选址位于具有多年冻土的地区，机场路面下必然存在浅埋且厚度较大的地下冰层。由于机场施工和后续使用等各种外力因素，会使得该地区的温度应力场发生变化，道面下的常年冻土因温度增加而融化，机场路面和表面土层会在外部应力和自重的双重作用下发生沉降，如图3所示。图3机场道面沉陷(2)荷载作用，在机场的日常运营过程中，飞机在起落过程中会形成冲击荷载，飞机

5、自重会形成移动负荷，这些荷载与机场道面结构荷载不同，会使道面受到与飞机加速度有关的惯性力作用，由于飞机荷载是快速移动的动荷载，所以道面地基会受到很大的附加应力，因而产生沉陷，如图4所示。图4机场道面沉陷3 .冻胀高寒地区冬季出现降雨或者降雪时会使道面混凝土内部的水分达到饱和状态。夜间温度较低，水分冻结，而白天较强的太阳辐射会导致道面温度上升,冰逐渐融化，这种昼夜温差形成的季节性冻融循环，导致道面土基的胀裂和机场道面的剥蚀。(1)道面胀裂主要有两个原因。1)液体通过机场道面的孔隙、接缝渗存在道面表层下，夜间气温降低水分结冰体积变大，形成较大的膨胀应力从而产生塑性变形。2)道面土基中的弱结合水会向

6、冻结区域发生移动，进而造成道面表面隆起，并严重影响了道面的压实度。(2)道面表面剥蚀，这和混凝土冻融破坏机制相关，主要有静水压假说与渗透压假说。1）静水压假说：认为冻融循环中混凝土内部水结冰膨胀产生的静水压力造成了混凝土剥蚀破坏。2）渗透压假说：由于混凝土中液态水的自由能比孔隙内冰的自由能要高，因此当胶凝孔中未结冰溶液向己有冰结晶的毛细孔中移动时，就会形成渗透压力，随着渗透压的提高，最终引起断裂破坏。当道面出现胀裂和剥蚀等破坏时，将会对机场道面的平整度产生严重影响。在飞机的升降过程中，稳定性与安全度都会严重下降，这可能会使飞机滑飘，甚至造成飞行事故。二、机场道面病害防治措施1.道面裂纹防治措施

7、（1）在强风天气施工时，可以人工增设防风屏障，并在混凝土表面洒水及覆盖塑料薄膜，必要时可以喷洒水分蒸发抑制剂、养护剂等减少混凝土内部水分的蒸发。（2）在施工过程中应该对混凝土搅拌均匀，注重对道面边角处的振捣处理增加边角处的振捣次数。（3）从增强韧性的角度出发，掺入纤维可以有效控制高寒地区混凝土因干缩、温度等因素引起的裂纹。研窕表明掺加玄武岩纤维可以改善混凝土自身耐高温性、防渗抗裂性和抗冲击性的性能，掺入钢纤维可以提高机场道面的抗裂性能，有助于阻止了裂缝发展。2.沉陷防治措施（1）工程实施之前应对工程选址进行地质勘察，对土质类型、地下水位情况进行勘探。当有松散岩层时对地基进行加固。当地下水位太高

8、时，采取措施降低地下水位线。防止后期的不均匀沉降造成道面发生断裂。(2)当工程选址有常年冻土问题时，可采取特殊的基础形式、工程结构来调节热的传导，来防止冻土融化。例如通过采取热棒路基的形式来解决冻土融化造成融沉的问题。(3)防治飞机荷载对于道面的影响，应着手于提高地基承载力、提高混凝土道面质量。例如，硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥可适用于宽温域下施工，其最低施工温度可达-20,早期强度高、抗冻、抗渗性好，可改善高寒地区机场道面质量问题。3.冻胀的防治措施(1)混凝土原材料的选择。1)水泥品种。水泥的活性与混凝土的抗冻性能密切相关，水泥活性越高，混凝土的抗冻性越好。因此选择适合于高寒地区的硫铝酸盐混

9、凝土或其他特种水泥,对高寒地区机场道面混凝土的抗冻性有很大的提升。2)骨料。选择级配良好，密度大、孔隙率小的骨料。级配不良或针片状颗粒含量过多的粗、细骨料会使拌合物的和易性降低。骨料本身的孔隙率越大，其自身的吸水性能越强，易在冻融交替间发生破坏。(2)混凝土配合比的优化。1)合理调制水灰比。水灰比的大小直接会影响到混凝土的强度和孔隙率，水灰比越小，混凝土中的孔隙量会越少，可有效减少水分从微小孔隙中渗入混凝土内部，也相应减少了混凝土内部水结冰而产生的膨胀应力，从而使抗冻耐久性增强。2)使用高性能外加剂。比如，掺入减水剂可以降低水灰比，提升抗冻性与和易性，同时也能实现降低孔隙率的效果；掺入引气剂，

10、改善了内部气孔的分布，形成大量均匀且封闭的小气泡，既能提高混凝土和易性，又能起到缓冲冻胀力的作用，减少膨胀产生的微裂纹形成联通的内部孔隙破坏，达到提高混凝土耐久性的作用。(3)施工质量的控制。施工过程中振捣时间和接缝的处理均会影响道面的抗冻性。应严格把控施工全过程的质量，并在混凝土养护龄期未达到28d时，采取防冻型养护措施，严格控制水分的流失，减少裂缝的产生。三、结论我国高海拔寒冷地区具有湿度低、气压低、紫外线强、昼夜温差大等气候特点且通常伴随常年冻土问题。在修建机场时，这种气候因素使得道面产生的起皮龟裂、断板开裂、路面沉陷、路基冻胀等一系列的工程问题尤为突出。且在机场的日常使用中，飞机起降、滑行更会加剧这些病害的发育。因此，根据高寒地区的气候环境条件，对高寒地区机场混凝土道面病害的形成机理进行分析，并提出了一系列的针对性治理措施，为高寒地区机场混凝土道面的工程质量和耐久性提供理论依据。