呂堅偉

（上海機場（集團）有限公司建設指揮部，上海 200335）

除冰液在民用機場中被廣泛應用，但除冰液會對水泥混凝土道面造成鹽凍破壞。鹽凍破壞后道面的平整度降低，影響飛機滑跑的穩(wěn)定性和舒適性，若不及時進行修補會造成更嚴重的水泥混凝土開裂，產(chǎn)生結構性的破壞[1]。因此，非常有必要開展機場水泥混凝土道面抗鹽凍性能的研究，完善混凝土耐久性理論體系，解決機場道面水泥混凝土鹽凍破壞的問題。

國內外學者對除冰液對混凝土的鹽凍效果進行了研究。美國普渡大學研究表明，C35抗凍引氣混凝土在20℃的25% CMA除冰液中浸泡3個月以后就會發(fā)生腐蝕破壞，浸泡8個月后表面嚴重剝落、露石，強度大幅度降低，還發(fā)現(xiàn)商品機場道面除冰液比CMA化學試劑的破壞作用更強[2]。針對除冰液的鹽凍機理，趙鴻鐸[3]、麻海燕等[4]進行了一定的研究，發(fā)現(xiàn)除冰液浸泡后的水泥混凝土不會發(fā)生化學侵蝕作用，其剝落損壞的現(xiàn)象應該是由凍融作用引起的。除冰液的鹽凍作用受到很多外部條件的影響，但是對于其他各種影響因素的研究，考慮得并不充分。

因此，文章充分考慮抗鹽凍性能各種可能的影響因素，對于機場水泥道面抗鹽凍性能進行試驗研究，以期對機場道面的除冰和降低鹽凍提供研究基礎和指導。

1 試驗方法

1.1 材料配合比

按照《機場道面水泥混凝土配合比設計技術標準》（GJB 1578—92）設計使用9種配合比，成型過程根據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2002），通過攪拌振搗方式，成型40mm×40mm×160mm小梁試件，24h后拆模，養(yǎng)護28d。鹽凍前，為使試件達到飽水狀態(tài)，置于水中浸泡7d[5-6]。

1.2 鹽凍試驗方法

根據(jù)機場道面的實際狀況，選用單面浸入溶液的方式，根據(jù)國內外凍融試驗方法中的溫度范圍，凍融過程中最低溫度設為-20℃，融化過程中最高溫度為15℃。根據(jù)我國《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GBJ 82—1985）的描述，一般混凝土凍融循環(huán)時間耗時非常久，每次凍融循環(huán)應在2～4h，遇到下列3種情況之一即可終止試驗：（1）300次凍融循環(huán)；（2）相對動彈性模量下降到60%；（3）質量損失5%[7]。該試驗制定每次凍融循環(huán)為6h，一天進行4次循環(huán)，其中凍結時間為3h，融化時間為3h，每次取樣進行測試時間≤30min。

2 指標選取

2.1 剝落量

根據(jù)國內外經(jīng)驗，當剝落量＞0.5～1.5kg/m2時，混凝土不具有抗鹽凍性能。根據(jù)試驗，在低濃度（2%～8%）除冰液下，混凝土經(jīng)歷25次凍融循環(huán)后，其剝落量都＞0.75kg/m2，且混凝土表面已經(jīng)出現(xiàn)明顯的漿體剝落現(xiàn)象，露出大量骨料。由于機場的特殊性，鹽凍破壞剝落的細小顆粒都會產(chǎn)生FOD，如果進入發(fā)動機會發(fā)生不可預知的危險，對機場安全運行造成極大的安全隱患，所以需要嚴格制定剝蝕量的評定標準，以25次鹽凍循環(huán)剝落量為指標，≤0.75kg/m2為合格，＞1.5kg/m2時結束。

2.2 抗折抗壓強度

對4種不同含氣量的混凝土試件凍融循環(huán)試驗前后的抗折抗壓強度進行測試。發(fā)現(xiàn)抗折強度損失不明顯，沒有明顯的規(guī)律剝蝕量，最大的一組也只損失了6.3%，且強度依舊滿足強度要求，而抗壓強度出現(xiàn)增大的情況，可能是因為鹽凍試驗過程中混凝土發(fā)生了一定程度的水化使強度增加。鹽蝕剝落是一個混凝土表面破壞的問題，而抗折強度是反應試件內部結構破壞的參數(shù)，抗壓強度是反應試件整體破壞的一個指標，所以抗壓抗折強度損失比并不能作為混凝土鹽凍破壞的評論依據(jù)。

2.3 動彈性模量

動彈性模量和抗折抗壓強度一樣也是表征混凝土內部結構的一個重要參數(shù)，通過試驗測定混凝土動彈性模量對鹽凍剝蝕破壞并不敏感，且混凝土表面發(fā)生剝落后，表面會變得凹凸不平，測量時會比較困難，增加了更多不可控制因素，且測定離散值會比較大，所以也不適合作為混凝土鹽凍剝蝕破壞的指標。

3 結果與分析

3.1 除冰液種類和劑量的影響

為了確定試驗溶液種類及濃度，選取成都六維公司生產(chǎn)的NW-056A跑道及FCY-1A飛機除冰防冰液，其成分分別是醋酸鉀溶液和乙二醇溶液。選用非引氣型混凝土試件A對其進行不同濃度混凝土凍融循環(huán)試驗。

（1）醋酸鉀除冰液?；炷猎?種濃度醋酸鉀溶液（0%～24%）下凍融循環(huán)的單位剝蝕量如圖1所示。由圖1可知，混凝土試件在純水下各循環(huán)次數(shù)內均未見剝落，而在不同濃度醋酸鉀溶液下均出現(xiàn)不同程度鹽凍破壞，且隨濃度增大呈上升趨勢。試件在4%濃度醋酸鉀溶液下破壞最為嚴重，凍融循環(huán)10次、25次和30次后的剝落量分別為0.474kg/m2（其余濃度剝落量的2倍）、1.42kg/m2和1.89kg/m2，試件表面也從出現(xiàn)許多坑洞及裂紋，到砂漿層已完全剝落，露出大量骨料，再到凹凸不平。試件表面變化情況如圖2所示。4%濃度醋酸鉀溶液下，試件鹽凍破壞最為嚴重，2%和8%濃度下破壞情況相近，較為緩慢。此3種濃度下試件表面均出現(xiàn)嚴重的漿體剝落、骨料外露的情況。24%濃度下，基本未見剝落，30次循環(huán)后，剝落量僅0.25kg/m2，試件僅邊角處有損壞。

圖1 不同濃度醋酸鉀溶液凍融循環(huán)的剝落量

圖2 試驗過程中4%醋酸鉀濃度下實物圖

（2）乙二醇除冰液?；炷猎?%～24%6種濃度乙二醇溶液下，試驗后的單位剝蝕量如圖3所示。其結果和醋酸鉀溶液相近，且試件表面破壞過程相似，同樣是4%濃度的乙二醇溶液剝落量最大，所以不再對其進行討論?？芍}凍循環(huán)試驗采用4%濃度的鹽溶液作為最不利的條件進行試驗能夠直觀快速地反映出混凝土的抗鹽凍性能。

圖3 不同濃度乙二醇溶液凍融循環(huán)的剝落量

3.2 含氣量的影響

在成型混凝土時通過摻入引氣劑能夠產(chǎn)生大量微小且均勻的氣泡，可以提高施工和易性，減少離析和泌水，對提高硬化混凝土勻質性有很大的幫助，能夠大大提高抵抗淡水的凍融破壞的效果。將成型好的不同含氣量的4組試件分別在4%醋酸鉀溶液中進行鹽凍循環(huán)試驗，統(tǒng)計剝落量結果如圖4所示。

圖4 不同含氣量混凝土凍融循環(huán)的剝蝕量

據(jù)圖4可知，剝落量隨含氣量的增加而逐步降低，但降低效果逐漸減弱，存在最佳含氣量。總體而言，引氣混凝土的剝落量要遠遠小于未引氣混凝土，剝落量最高可以減少64%，由此可以說明引氣也能夠很好地提高混凝土的抗鹽凍效果。在此配合比下混凝土25次鹽凍循環(huán)剝落量M25（kg/m2）隨著混凝土含氣量A（%）變化的回歸方程如式1所示：

根據(jù)上述方程，該配合比下混凝土的含氣量應大于4.06%，才能達到抗鹽凍標準，結合混凝土經(jīng)濟指標、強度指標、坍落度及相關規(guī)范，指導含氣量介于5%～7%。

3.3 水灰比的影響

除了含氣量，水灰比也是影響混凝土抗鹽凍性能的重要因素。文章采用固定水泥用量、變化用水量方式改變水灰比，分別對引氣和不引氣混凝土進行試驗。試驗結果如圖5所示。

圖5 水灰比對混凝土剝落量的影響

通過圖5可看到，無論是引氣還是非引氣混凝土，剝落量都隨著水灰比的變大而增加，抗鹽凍性能降低。這是因為水灰比變大，混凝土的整體性能會降低，混凝土內部毛細孔數(shù)、平均孔隙直徑會隨之增加。水灰比對非引氣混凝土來說影響更顯著，當水灰比從0.46降低到0.38，剝落量減少了59.0%，說明對于非引氣混凝土，降低水灰比可以提高其抗鹽凍性能。由此說明含氣量是混凝土抗鹽凍性能中最重要的影響因素。

3.4 粉煤灰的影響

在機場剛性道面的施工中會加入一定量的粉煤灰用以提高施工的和易性和降低水化熱的生成，能夠提高道面的綜合性能。對此，需要進一步討論粉煤灰對混凝土抗鹽凍性能的影響。該研究分別對不同粉煤灰摻量的引氣和不引氣混凝土進行鹽凍循環(huán)試驗，試驗結果如圖6所示。

圖6 粉煤灰摻量對混凝土剝落量的影響

通過圖6可看到，未引氣時混凝土抗鹽凍性能隨著粉煤灰摻量的增加而下降，但通過引氣可以改善粉煤灰混凝土的抗鹽凍性能，使之滿足標準要求。

4 結論

（1）剝落量為最合適的檢驗抗鹽凍性能的指標，抗壓抗折強度損失比和動彈性模量并不適合作為混凝土鹽凍破壞的評論依據(jù)。

（2）無論是醋酸鉀溶液還是乙二醇溶液，均在4%濃度產(chǎn)生最大的鹽凍剝落量，且試件表面破壞過程相似。

（3）引氣劑摻加能夠顯著提高混凝土抗鹽凍性能，提高混凝土含氣量，可有效減少鹽凍循環(huán)造成的鹽凍剝蝕現(xiàn)象，減少剝落物的產(chǎn)生。但存在一個最佳含氣量，過度引氣反而會起到不利的效果，建議含氣量在5%～7%。

（4）混凝土抗鹽凍性能隨著水灰比的提高而下降。對非引氣混凝土而言，水灰比降低對抗鹽凍性能有顯著影響，而對引氣混凝土效果并不是很明顯。

（5）摻入粉煤灰反而會降低混凝土抗鹽凍性能，不建議使用大量粉煤灰。若施工需要時應摻入引氣劑提高其抗鹽凍性能。