土基盐胀、除冰液对机场道面病害分析及预防_李超.pdf

20231Building Construction194土基盐胀、除冰液对机场道面病害分析及预防李 超1 何鸿烈2 李建文1 麦麦提明图尔迪麦麦提1 叶可奋马哈提11.中建八局西北建设有限公司 新疆 乌鲁木齐 830001；2.北京金港场道工程建设有限公司 北京 100070摘要：为解决土基盐胀、除冰液腐蚀对机场道面结构的严重破坏问题，通过试验研究含盐量、压实度对盐胀的影响，理论分析除冰液对道面结构的腐蚀机理，结合工程实践提出了有针对性的预防措施，有效提高了道面混凝土的耐久性。总结的经验可供类似工程借鉴。关键词：含盐量；盐胀；防腐蚀；耐久性中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0194-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.049Analysis and Prevention of Airport Pavement Diseases Caused by Soil Base Salt Expansion and Deicing FluidLI Chao1 HE Honglie2 LI Jianwen1 MaimaitimingTUERDIMAIMAITI1 YekefenMAHATI11.China Construction Eighth Engineering Bureau Northwest Construction Co.,Ltd.,Urumqi 830001,Xinjiang,China;2.Beijing Jingang Changdao Engineering Construction Co.,Ltd.,Beijing 100070,ChinaAbstract:In order to solve the serious damage to the airport pavement structure caused by soil base salt expansion and deicing fluid corrosion,the influence of salt content and compactness on the salt expansion is studied through experiments,the corrosion mechanism of deicing fluid on the pavement structure is theoretically analyzed,and targeted preventive measures are proposed in combination with engineering practice,which effectively improves the durability of pavement concrete.The experience summarized can be used for reference in similar projects.Keywords:salt content;salt expansion;corrosion protection;durability溶于土孔隙中的盐浓缩并析出结晶而产生体积膨胀，具有代表性的是硫酸盐渍土；非结晶膨胀是指由于盐渍土中存在大量的吸附性阳离子，具有较强的亲水性，遇水后很快地与胶粒相互作用，在胶粒颗粒和黏土颗粒周围形成稳固的结合水薄膜，从而减小颗粒间的黏聚力，引起土体膨胀，具有代表性的是碳酸盐渍土。盐胀对道面的破坏形式主要表现为鼓包、不均匀变形、平整度不良。同时，由于盐胀的反复作用，会导致土基结构被破坏，整体强度和稳定性降低，产生不均匀沉降，道面断板。1.2 盐胀影响因素分析1.2.1 土基填料分析土类区分的依据：一般以主要成分粒组进行定义，控制主成分粒组的比例在50%以上，特殊土中的盐渍土按含盐百分率分类。从料源地对土基填料取样，开挖深井5个，深度2 3 m，在探井内采取颗粒分析试样6件。经颗粒分析：2 mm的颗粒超过全重为70%，为粗粒土；不均匀系数Cu为29.81，曲率系数Cc为1.92，级配良好。易溶盐分析试样15件：填料中含盐成分主要为硫酸钠，含盐量为0.2%。1.2.2 盐胀影响因素分析土基场区位于乌鲁木齐河和头屯河冲洪积倾斜平原叠乌鲁木齐机场改扩建项目中，飞行区土方填筑是全国最大体量的高填方机场工程之一，项目地势坡度大，南高北低；最大填方高度达60 m，平均填筑高度近40 m，土方工程量约1.86亿 m3，主要靠外借土方；土料主要为戈壁料，以圆砾为主。填料性质是影响工程质量的关键因素之一。但是，戈壁料常常会掺杂盐渍土，含量高就会容易产生“盐胀”现象，也就是地面“翻碱”，会造成跑道破坏，从而影响机场运行安全，必须采取措施避免盐胀破坏。同时由于冬季严寒、冰雪期较长，为保证机场的正常运营需喷洒除冰液、融雪剂，但含盐成分会腐蚀水泥混凝土道面，需采取防腐蚀措施来提高混凝土道面的耐久性1-6。1 土基盐胀病害1.1 盐胀成因及破坏形式盐渍土地基的盐胀一般可分为2类，即结晶膨胀和非结晶膨胀。结晶膨胀是指盐渍土因温度降低或失去水分后，作者简介：李 超（1988），男，本科，工程师。通信地址：新疆乌鲁木齐市水磨沟区南湖西路200号顺城大厦2楼技术质量部（841100）。电子邮箱：收稿日期：2022-08-29科学研究SCIENTIFIC RESEARCH建筑施工第45卷第1期195加部位，地下水类型为松散岩类孔隙水，分布单一结构的潜水含水层，含水层岩性为卵砾石和砂砾石。在50 m勘察深度范围内未见地下水。根据周边水文观测井资料，地下水水位为80120 m，不考虑地下水导致盐分迁移。土体盐分的存在和迁移聚积是造成盐胀的物质条件，低温作用下水汽蒸发、雨水环境下盐水运动是促使盐分迁移聚积的基本条件。因此，主要研究分析土基填筑含盐量、压实度对盐胀影响规律，道槽区土基盐水在低温条件下梯度迁移和土面区因雨水引起盐水迁移规律。1.2.3 含盐量对盐胀的影响配制不同含量的硫酸钠溶液，取土柱试样最佳含水量的溶液加入备好的级配料中，密封24 h，然后用压力机成形直径15 cm、高度30 cm土柱试件共11组，每组3块试件。试件含盐量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%，将制作好的试件放置24 h后移入冰箱进行低温5 胀量试验，试验结果见表1。表1 含盐量与盐胀量关系试验编号规格/（cmcm）温度/含盐量/%盐胀量/mm编号规格/（cmcm）温度/含盐量/%盐胀量/mm11530500.027153050.60.662153050.10.058153050.70.783153050.20.089153050.80.894153050.30.1310153050.91.105153050.40.3511153051.01.216153050.50.54结果表明，含硫酸盐在0.3%以内时，土基膨胀较小，一旦超过这个标准，膨胀量就会迅速增加。1.2.4 压实度对盐胀的影响制作直径15 cm、高度30 cm的土柱试件共6组，每组3块试件，试件含盐量0.3%，各组试件压实度控制为83%、84%、85%、86%、87%、88%，将制作好的放置24 h后移入冰箱进行低温5 胀量试验，试验结果见表2。表2 压实度与盐胀量关系试验编号规格/（cmcm）压实度/%含盐量/%盐胀量/mm编号规格/（cmcm）压实度/%含盐量/%盐胀量/mm11530830.30.2741530860.30.0721530840.30.1851530870.30.0531530850.30.1061530880.30.04试件土样为粗粒土，压实度以固体体积率来表示。结果表明，随固体体积率增大，土基膨胀呈直线降低，当固体体积率小于85%时，盐胀量较大，当固体体积率大于85%时，盐胀量较小。1.2.5 低温条件对盐胀的影响土壤中水汽运动方向是从暖处流向冷处，夏季夜晚和冬季下层土温高，表层土温低，水汽由下层向上层运动导致土壤中盐分向土基顶部聚积，导致含量超标，增大了盐胀破坏的风险。1.2.6 土面区雨水对盐胀的影响土壤中自由水运动方向是从土水势高处流向土水势低处。雨期或冰雪融化期土面区土壤中含水量会急剧增加，土水势升高会导致水流不断从土面区流向道槽区，导致道槽区土壤盐分含量增加，增大了盐胀破坏的风险。2 土基盐胀防控措施2.1 含盐量控制2.1.1 填料含盐量控制含盐量检测值应不大于0.3%，且原则上应在料源处或场内堆料处进行，以便土方统筹调配，避免回填后发现含盐量不合格导致二次处理。料源含盐量检测为10 000 m3/点，且保证每个料场至少3点。实践证明：料源检测合格，但是回填后再次检测存在易溶盐含量超标情况。为加强土基含盐量控制，可在道面区工作面卸料后按6 000 m2/点检测频率进行抽检。若发现检测点位含盐量超标，对超盐点附近（以超盐点为中心，对角线取相邻两个小料堆）进行复检，若复检合格则仅对超盐点进行处理（清除10 m10 m区域）；土基回填后按完成面每2 000 m2检测一次含盐量，若超盐点不合格按每点代表2 000 m2进行挖除。2.1.2 隔盐层设置在低温条件下水汽扩散引起盐分聚集在土基顶部，是导致盐胀引起道面破坏的重要因素之一，可通过设置隔盐层（复合土工织物厚3 cm细砂保护层厚50 cm级配碎石）来防止盐分在土基顶部应力较大区域聚集并有效控制盐胀变形。在土基与水稳基层之间设置隔盐层（图1），不仅可以隔断盐分向上迁移聚集，还可以增进地基的整体强度，削弱或控制土基的不均匀变形。隔离层也可作为缓冲层，使下面土的盐胀变形得到缓冲，不破坏结构表面的平整。厚3 cm细砂保护层复合土工织物水稳底基层水稳底基层厚50 cm级配砂砾厚50 cm级配砂砾戈壁料填筑体戈壁料填筑体图1 隔盐层断面2.2 压实度控制2.2.1 安装数字化监控安装数字化监控系统可以收集施工过程中每层填料摊铺厚度、压路机碾压遍数、压路机行驶速度等施工过程参数，与试验段总结的数据相比对，若施工参数不达标会发生报警信息，并对施工区域显示红色，若施工参数达标会显示绿色，并以此为标准作为申请验收的前提条件。通过数字化监控系统，可确保各项施工工艺参数达标，保证施李超、何鸿烈、李建文、麦麦提明图尔迪麦麦提、叶可奋马哈提:土基盐胀、除冰液对机场道面病害分析及预防20231Building Construction196工过程质量控制，进而有效保证填筑压实度。2.2.2 强夯补强强夯使得土颗粒处于更密实的状态，降低其渗透性，从而减少盐水的迁移。采用分层碾压工艺回填，填至道基顶面以下3 m及道基顶面标高时应分别进行一次满夯补强处理。单击夯击能为1 000 kNm，夯点布置形式为d/4搭接，单点击数为35遍。2.3 控制土面区雨水运动形成盐分聚积场区地下水埋深超过80 m，因此不考虑地下水变化引起的土基盐分迁移。然而，土面区回填料含盐量比道槽区高、压实度比道槽区低，雨期会导致土面区含水量急剧增加，土面区盐分会随雨水运行至道槽区形成聚积，进而发生盐胀破坏道面结构。因此，可采取设置过渡层及土工织物隔离层来控制土面区的盐分聚积。2.3.1 设置过渡层设置道面影响区：飞行区道面影响区为道肩边线外延2 m并按照10.75放坡至原地面所确定的范围。施工时严格按照设置的过渡交接范围进行土方填筑，且道面影响区压实度同道槽区压实度，可有效降低由于土面区雨水下渗导致易溶盐对道面区的不良影响。2.3.2 土工织物隔离层道面影响区和土面区土方填筑施工时先填筑道面影响区后填筑土面区，高差不大于2 m。在交界面处设置台阶，在台阶部位铺设土工织物隔离层，与道面区和土面区水平搭接长度不小于10 m。土工织物可防止硫酸盐、碳酸盐、氯盐等盐类的腐蚀，且具有隔断毛细水、渗水的作用。土工织物可根据需要设置单层或多层，能有效防止土面区盐分运动聚积道面影响区（图2）。坡脚线10.752 m道槽填方道槽区边线坡顶线单层或多层复合土工织物过滤层：道面影响区原地面图2 过渡层土工织物隔离层3 除冰液、融雪剂对水泥混凝土道面的腐蚀分析乌鲁木齐机场每年11月中旬开始至3月中旬为冰雪期，昼夜温差最高可达22，为保证飞机飞行安全，需在除冰坪对飞机表面的积雪或冰进行清除。除冰液主要含碱金属乙酸盐，融雪剂主要含氯盐，其盐分渗入混凝土结构毛细孔中吸水性高，冬季结冰就会产生较大的膨胀作用力，当这个膨胀应力超过混凝土极限承载力时就会产生裂纹，且随着冻融循环裂纹不断扩大产生龟裂，最后导致起皮剥落。同时，除冰液、融雪剂溶液中盐分渗入混凝土结构中后日积月累不断增多，达到饱和后结晶体析出就会导致体积膨胀，进而诱发盐冻剥蚀损害。4 预防除冰液、融雪剂腐蚀的控制措施4.1 掺加纤维纤维可以增强混凝土的韧性，有效抵抗冻融过程中的周期性反复应力；同时，纤维的掺入可以隔断混凝土的毛细水通道，提升混凝土的抗冻性能。道面水泥混凝土中掺加改性聚酯纤维应具有如下性能指标：抗拉强度应不小于800 MPa，弹性模量912 GPa，断裂延伸率25%32%，密度不小于1.1 g/cm3，抗碱保留率不小于95%，吸水率不大于2%，分散率不大于10%。建议掺量约为1.4 kg/m3，具体用量应根据混凝土配合比试验确定。4.2 硅烷浸渍防腐处理水泥混凝土道面喷洒硅烷后会以Si-O-Si共价键结合在表面和毛细孔内壁形成一层硅树脂网络，硅树脂网络具有憎水特性，可有效减弱毛细孔对水的吸收，进而降低冻融，达到防腐的目的。硅烷保护剂的有效浸渍深度应不小于3 mm，喷涂不少于2遍，间隔时间应不少于46 h，2遍总喷涂量不少于350 ml/m2。硅烷浸渍施工适宜空气相对湿度为40%60%。当空气相对湿度低于30%时，此时空气中可参与反应的水汽含量过低，造成硅烷保护剂喷涂后不能反应而挥发损失；当空气湿度高于70%时也不得施工，此时混凝土内部充满饱和水溶液会堵塞毛细孔，致使硅烷无法渗透进入混凝土。5 结语土基盐胀、机场道面腐蚀是影响机场跑道耐久性的重要因素之一，在设计、施工中采取本文中提出的预防措施可有效减少机场道面破坏，节省后期运营维保费用。本次研究未实现运营期的跟踪调查，在运营过程中可根据运行飞机的类型、航班数等进一步研究道面耐久性破坏的影响因素。1 王亚强,冉武平,阎首名,等.粗粒盐渍土水盐迁移试验研究J.大连 理工大学学报,2020,60(4):402-410.2 余泽华,张卫兵.寒旱区土壤盐渍土水盐迁移机理研究进展J.建筑 技术开发,2021,48(18):35-36.3 张骏,刘艳淑.运城盐湖区的盐渍土特性及对地基变形的影响研究 J.工程地质学报,2006(14):209-212.4 刘文太.机场盐渍土地基处理的设计与施工J.施工技术,2014(4):90-92.5 谢宇晨,翁兴中,张俊,等.盐渍土地区道面混凝土盐冻侵蚀研究J.公路交通科技,2017,34(4):25-31.6 袁煜杰,王思杨,李博,等.掺加引气剂对道面混凝土抗盐冻性的影 响J.科学技术与工程,2015,15(23):203-206.李超、何鸿烈、李建文、麦麦提明图尔迪麦麦提、叶可奋马哈提:土基盐胀、除冰液对机场道面病害分析及预防