机场水泥道面抗盐冻性能影响因素研究

吕坚伟

（上海机场（集团）有限公司建设指挥部，上海 200335）

除冰液在民用机场中被广泛应用，但除冰液会对水泥混凝土道面造成盐冻破坏。盐冻破坏后道面的平整度降低，影响飞机滑跑的稳定性和舒适性，若不及时进行修补会造成更严重的水泥混凝土开裂，产生结构性的破坏[1]。因此，非常有必要开展机场水泥混凝土道面抗盐冻性能的研究，完善混凝土耐久性理论体系，解决机场道面水泥混凝土盐冻破坏的问题。

国内外学者对除冰液对混凝土的盐冻效果进行了研究。美国普渡大学研究表明，C35抗冻引气混凝土在20℃的25% CMA除冰液中浸泡3个月以后就会发生腐蚀破坏，浸泡8个月后表面严重剥落、露石，强度大幅度降低，还发现商品机场道面除冰液比CMA化学试剂的破坏作用更强[2]。针对除冰液的盐冻机理，赵鸿铎[3]、麻海燕等[4]进行了一定的研究，发现除冰液浸泡后的水泥混凝土不会发生化学侵蚀作用，其剥落损坏的现象应该是由冻融作用引起的。除冰液的盐冻作用受到很多外部条件的影响，但是对于其他各种影响因素的研究，考虑得并不充分。

因此，文章充分考虑抗盐冻性能各种可能的影响因素，对于机场水泥道面抗盐冻性能进行试验研究，以期对机场道面的除冰和降低盐冻提供研究基础和指导。

1 试验方法

1.1 材料配合比

按照《机场道面水泥混凝土配合比设计技术标准》（GJB 1578—92）设计使用9种配合比，成型过程根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002），通过搅拌振捣方式，成型40mm×40mm×160mm小梁试件，24h后拆模，养护28d。盐冻前，为使试件达到饱水状态，置于水中浸泡7d[5-6]。

1.2 盐冻试验方法

根据机场道面的实际状况，选用单面浸入溶液的方式，根据国内外冻融试验方法中的温度范围，冻融过程中最低温度设为-20℃，融化过程中最高温度为15℃。根据我国《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ 82—1985）的描述，一般混凝土冻融循环时间耗时非常久，每次冻融循环应在2～4h，遇到下列3种情况之一即可终止试验：（1）300次冻融循环；（2）相对动弹性模量下降到60%；（3）质量损失5%[7]。该试验制定每次冻融循环为6h，一天进行4次循环，其中冻结时间为3h，融化时间为3h，每次取样进行测试时间≤30min。

2 指标选取

2.1 剥落量

根据国内外经验，当剥落量＞0.5～1.5kg/m2时，混凝土不具有抗盐冻性能。根据试验，在低浓度（2%～8%）除冰液下，混凝土经历25次冻融循环后，其剥落量都＞0.75kg/m2，且混凝土表面已经出现明显的浆体剥落现象，露出大量骨料。由于机场的特殊性，盐冻破坏剥落的细小颗粒都会产生FOD，如果进入发动机会发生不可预知的危险，对机场安全运行造成极大的安全隐患，所以需要严格制定剥蚀量的评定标准，以25次盐冻循环剥落量为指标，≤0.75kg/m2为合格，＞1.5kg/m2时结束。

2.2 抗折抗压强度

对4种不同含气量的混凝土试件冻融循环试验前后的抗折抗压强度进行测试。发现抗折强度损失不明显，没有明显的规律剥蚀量，最大的一组也只损失了6.3%，且强度依旧满足强度要求，而抗压强度出现增大的情况，可能是因为盐冻试验过程中混凝土发生了一定程度的水化使强度增加。盐蚀剥落是一个混凝土表面破坏的问题，而抗折强度是反应试件内部结构破坏的参数，抗压强度是反应试件整体破坏的一个指标，所以抗压抗折强度损失比并不能作为混凝土盐冻破坏的评论依据。

2.3 动弹性模量

动弹性模量和抗折抗压强度一样也是表征混凝土内部结构的一个重要参数，通过试验测定混凝土动弹性模量对盐冻剥蚀破坏并不敏感，且混凝土表面发生剥落后，表面会变得凹凸不平，测量时会比较困难，增加了更多不可控制因素，且测定离散值会比较大，所以也不适合作为混凝土盐冻剥蚀破坏的指标。

3 结果与分析

3.1 除冰液种类和剂量的影响

为了确定试验溶液种类及浓度，选取成都六维公司生产的NW-056A跑道及FCY-1A飞机除冰防冰液，其成分分别是醋酸钾溶液和乙二醇溶液。选用非引气型混凝土试件A对其进行不同浓度混凝土冻融循环试验。

（1）醋酸钾除冰液。混凝土在6种浓度醋酸钾溶液（0%～24%）下冻融循环的单位剥蚀量如图1所示。由图1可知，混凝土试件在纯水下各循环次数内均未见剥落，而在不同浓度醋酸钾溶液下均出现不同程度盐冻破坏，且随浓度增大呈上升趋势。试件在4%浓度醋酸钾溶液下破坏最为严重，冻融循环10次、25次和30次后的剥落量分别为0.474kg/m2（其余浓度剥落量的2倍）、1.42kg/m2和1.89kg/m2，试件表面也从出现许多坑洞及裂纹，到砂浆层已完全剥落，露出大量骨料，再到凹凸不平。试件表面变化情况如图2所示。4%浓度醋酸钾溶液下，试件盐冻破坏最为严重，2%和8%浓度下破坏情况相近，较为缓慢。此3种浓度下试件表面均出现严重的浆体剥落、骨料外露的情况。24%浓度下，基本未见剥落，30次循环后，剥落量仅0.25kg/m2，试件仅边角处有损坏。

图1 不同浓度醋酸钾溶液冻融循环的剥落量

图2 试验过程中4%醋酸钾浓度下实物图

（2）乙二醇除冰液。混凝土在0%～24%6种浓度乙二醇溶液下，试验后的单位剥蚀量如图3所示。其结果和醋酸钾溶液相近，且试件表面破坏过程相似，同样是4%浓度的乙二醇溶液剥落量最大，所以不再对其进行讨论。可知盐冻循环试验采用4%浓度的盐溶液作为最不利的条件进行试验能够直观快速地反映出混凝土的抗盐冻性能。

图3 不同浓度乙二醇溶液冻融循环的剥落量

3.2 含气量的影响

在成型混凝土时通过掺入引气剂能够产生大量微小且均匀的气泡，可以提高施工和易性，减少离析和泌水，对提高硬化混凝土匀质性有很大的帮助，能够大大提高抵抗淡水的冻融破坏的效果。将成型好的不同含气量的4组试件分别在4%醋酸钾溶液中进行盐冻循环试验，统计剥落量结果如图4所示。

图4 不同含气量混凝土冻融循环的剥蚀量

据图4可知，剥落量随含气量的增加而逐步降低，但降低效果逐渐减弱，存在最佳含气量。总体而言，引气混凝土的剥落量要远远小于未引气混凝土，剥落量最高可以减少64%，由此可以说明引气也能够很好地提高混凝土的抗盐冻效果。在此配合比下混凝土25次盐冻循环剥落量M25（kg/m2）随着混凝土含气量A（%）变化的回归方程如式1所示：

根据上述方程，该配合比下混凝土的含气量应大于4.06%，才能达到抗盐冻标准，结合混凝土经济指标、强度指标、坍落度及相关规范，指导含气量介于5%～7%。

3.3 水灰比的影响

除了含气量，水灰比也是影响混凝土抗盐冻性能的重要因素。文章采用固定水泥用量、变化用水量方式改变水灰比，分别对引气和不引气混凝土进行试验。试验结果如图5所示。

图5 水灰比对混凝土剥落量的影响

通过图5可看到，无论是引气还是非引气混凝土，剥落量都随着水灰比的变大而增加，抗盐冻性能降低。这是因为水灰比变大，混凝土的整体性能会降低，混凝土内部毛细孔数、平均孔隙直径会随之增加。水灰比对非引气混凝土来说影响更显著，当水灰比从0.46降低到0.38，剥落量减少了59.0%，说明对于非引气混凝土，降低水灰比可以提高其抗盐冻性能。由此说明含气量是混凝土抗盐冻性能中最重要的影响因素。

3.4 粉煤灰的影响

在机场刚性道面的施工中会加入一定量的粉煤灰用以提高施工的和易性和降低水化热的生成，能够提高道面的综合性能。对此，需要进一步讨论粉煤灰对混凝土抗盐冻性能的影响。该研究分别对不同粉煤灰掺量的引气和不引气混凝土进行盐冻循环试验，试验结果如图6所示。

图6 粉煤灰掺量对混凝土剥落量的影响

通过图6可看到，未引气时混凝土抗盐冻性能随着粉煤灰掺量的增加而下降，但通过引气可以改善粉煤灰混凝土的抗盐冻性能，使之满足标准要求。

4 结论

（1）剥落量为最合适的检验抗盐冻性能的指标，抗压抗折强度损失比和动弹性模量并不适合作为混凝土盐冻破坏的评论依据。

（2）无论是醋酸钾溶液还是乙二醇溶液，均在4%浓度产生最大的盐冻剥落量，且试件表面破坏过程相似。

（3）引气剂掺加能够显著提高混凝土抗盐冻性能，提高混凝土含气量，可有效减少盐冻循环造成的盐冻剥蚀现象，减少剥落物的产生。但存在一个最佳含气量，过度引气反而会起到不利的效果，建议含气量在5%～7%。

（4）混凝土抗盐冻性能随着水灰比的提高而下降。对非引气混凝土而言，水灰比降低对抗盐冻性能有显著影响，而对引气混凝土效果并不是很明显。

（5）掺入粉煤灰反而会降低混凝土抗盐冻性能，不建议使用大量粉煤灰。若施工需要时应掺入引气剂提高其抗盐冻性能。