工程用-嵌縫密封膠 閉孔嵌縫板等在機場跑道,停機坪工程應用案例

　　河北石家莊長城橡塑有限公司生產的“雙組份聚硫密封膠，聚氨酯密封膠，聚乙烯泡沫塑料板，復合土工膜”產品，先后應用于北京國際機場，成都雙流國際機場，沈陽桃仙機場，陜西咸陽機場等主要工程，并得到了施工單位及有有關專家的一致好評。
　　PEC-600型聚乙烯閉孔泡沫板-機場混凝土道面新型脹縫材料
　　摘要：分析機場道面對脹縫材料要求及脹縫材料應用現狀，結合機場道面工程的特點對國內現有脹縫材料的選用進行分析，并根據對比試驗驗證結果，提出了適合機場混凝土道面要求的新型脹縫材料。
　　關鍵詞：機場；混凝土道面；脹縫；脹縫材料
　　闡 述
　　在機場水泥混凝土道面設計中，為了防止道面收縮而產生不規則裂縫，設置了大量縮縫。同時，為了防止道面膨脹而擠壞道面，也設置了很多脹縫。脹縫中安放預成型板材作為脹縫材料（脹縫板）。常見的機場道面損壞除了大量縮縫滲水造成不均勻沉降、斷裂、凍脹、腐蝕等外，脹縫處的拱起、錯臺、板邊碎裂現象也非常普遍，主要是因為過去采用的脹縫材料抗壓縮變形能力差，不能持續封填脹縫引起的。脹縫材料損壞后修復困難，維護費用高。我國機場水泥混凝土道面修建幾十年，設計規范和施工規范一直沒有對道面脹縫材料提出技術要求，沒有統一的設計指標和相應的施工質量控制與檢驗方法，設計和施工單位在脹縫板的選用上存在較大的隨意性。因此，選用優良的脹縫材料，確保機場道面設計與使用要求，發展使用壽命長、維護費用低的道面顯得尤為重要。
　　1 機場道面對脹縫材料的要求
　　相對于一般的建筑工程而言，機場道面所處的環境比較惡劣，要受到雨淋、冰凍、太陽曝曬等各種自然因素作用。在熱脹冷縮、濕脹干縮等各種應力作用下，道面板產生較大的位移和變形，脹縫處的接縫位移則更大。脹縫板的作用就是要提供溫度應力的釋放空間，當高溫季節道面板吸熱膨脹而產生較大位移時，脹縫板被壓縮而不擠凸，能吸收消除溫度應力，使道面板不致產生擠壓破壞；當低溫季節道面板收縮時，脹縫板又能夠回彈變形，持續封填脹縫，使道面表面保持平整而正常工作。根據機場道面工程特點，參考國內外有關標準和課題組的研究結果，提出機場道面脹縫材料應滿足以下技術要求：
　　（1）壓縮性，反映脹縫材料的抗壓縮變形能力。當道面板受熱膨脹，脹縫變窄時，脹縫材料能被壓縮，且壓縮應力適中。壓縮應力太小，說明材料過軟，脹縫處易被砂、石雜物嵌入；壓縮應力太大，則變形能力小，影響道面板的自由變形。所以要求壓縮應力在0.35~10.35 MPa。
　　（2）回彈性，反映脹縫材料壓縮后的彈性恢復能力。當道面板收縮，脹縫重新變寬時，脹縫材料應能恢復且與混凝土壁緊貼，以保證脹縫板能持續封填脹縫，防止雜物進入。所以要求彈性恢復率大于90％。
　　（3）擠凸性，反映脹縫板在一定壓應力作用下的抗擠出能力。擠凸過大，影響道面表面的平坦度，危及飛行安全。因此，要求脹縫材料擠凸量不應超過5 mm。
　　（4）耐水性，用脹縫材料吸水率表示。吸水率小，在一定程度上能阻止水分在接縫處下滲，因此，要求吸水率不超過5％。另外，脹縫材料應有較好的耐久性，在多種自然因素作用下，能承受反復的壓縮循環，而不致產生較大的殘余變形，能在較長時間內保持良好的使用功效。
　　2 機場混凝土道面脹縫材料應用現狀
　　美國水泥混凝土路面和建筑結構脹縫材料一般選用無擠凸、能回彈的瀝青浸漬纖維板和瀝青浸漬復合軟木板、預成型海綿橡膠和軟木脹縫材料，使用效果良好。日本則普遍采用聚乙烯閉孔板作為脹縫材料，使用效果也很好。以前，我國機場道面脹縫材料大多采用油浸木板，即用稀釋瀝青浸漬杉木或松木板。用油浸木板雖然能對道面的溫度變形提供一定的膨脹空間，但由于木板受壓縮后回彈能力低，因而可能出現：當道面板高溫膨脹時，脹縫板被壓縮、擠壞甚至脫落；當道面板低溫收縮時，雨水、雪水滲入道面板下基層和土基中，造成道面板凍脹、不均勻沉陷等病害。更為嚴重的是若砂石等雜物進入已裂開的脹縫縫隙中，當道面板再度膨脹時，脹縫板已不能提供足夠的膨脹空間，導致道面板在脹縫處產生擠壓破壞，表現為在脹縫處產生啃邊、掉塊、錯臺、拱起或碎裂等。這些道面板損壞現象在多數機場都能看到。另外，稀釋瀝青浸漬杉木或松木板，一般由于浸漬不完全，木板易吸水而腐爛，也會導致脹縫板的損壞。脹縫板損壞使道面平整度變差，飛機起飛著陸時產生嚴重顛簸，危及飛行安全。前幾年，也有個別施工單位采用無回彈能力的PVC泡沫板作脹縫板使用，道面板膨脹壓縮一次循環后，PVC泡沫板即產生很大殘余變形，失去填縫作用，效果更差。近幾年，我國一些生產廠家引進國外技術，開發了閉孔聚乙烯泡沫塑料板作為脹縫板使用，主要用于水工混凝土工程，部分軍用和民用機場道面工程也開始應用這種材料，使用效果較以往有很大提高，但由于沒有統一的技術標準和檢驗方法，設計和施工單位在材料的選擇和使用上仍存在較大隨意性。因此，選用較好的脹縫材料，制訂統一的脹縫材料設計與施工技術要求，對提高道面整體質量，滿足道面使用要求，保證飛行安全，延長使用壽命，具有重要現實意義。
　　3 新型脹縫材料選用分析
　　目前已用于機場道面工程的脹縫材料有聚乙烯泡沫塑料類板材、聚氯乙烯泡沫塑料類板材、海綿橡膠、油浸木板等。由于機場道面處在復雜的自然環境中，脹縫材料的選用向高性能方向發展，泡沫塑料和海綿橡膠類材料將取代油浸木板。隨著我國節能降耗工作的深入開展，這一趨勢將日益明顯。
　　3.1 泡沫塑料
　　泡沫塑料是以樹脂為基料，加入少量的發泡劑、催化劑、穩定劑以及其它輔助材料，經加熱發泡而成的一種輕質、保溫、隔熱、吸聲、防震材料翻。泡沫塑料根據基料聚合物分為很多類型，主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯泡沫塑料等。泡沫塑料按其泡孔結構可分為閉孔、開孔和網狀泡沫塑料3類。閉孔泡沫塑料可作為防震材料和襯墊材料。機場混凝土道面脹縫應選用聚乙烯閉孔泡沫塑料。泡沫塑料按表觀密度可分為低發泡、中發泡和高發泡泡沫塑料，其中前者表觀密度大于100kg/m3，后者表觀密度小于50kg/m3，中發泡泡沫塑料表觀密度則介于兩者之間。機場混凝土道面脹縫應選用中發泡或低發泡泡沫塑料。泡沫塑料的物理力學性能取決于基料聚合物的性能、配方、泡沫密度、泡體結構、泡孔形狀和大小，以及形成條件等因素。根據機場混凝土道面所處的環境條件和工作狀態，脹縫材料應選用低發泡聚乙烯閉孔泡沫塑料，低發泡高壓聚乙烯閉孔泡沫塑料為理想的脹縫材料。聚乙烯（PE）閉孔泡沫塑料，以聚乙烯為主要原料，加入交聯劑、發泡劑、穩定劑等加工而成網。基料聚乙烯由于是由比較穩定的C—C和C—H鍵相結合，故有良好的化學穩定性，在一般情況下，可耐酸、堿和鹽類水溶液作用。目前，獨立氣泡型的低發泡聚乙烯泡沫塑料作為一種新型發泡材料，應用領域不斷擴大，其密度低、韌性好、耐老化、富有彈性且化學穩定性好，在建筑及民用領域得到廣泛應用。在建筑工程中主要用作保溫、隔熱、吸聲和防震材料，同時可用作與各種建筑結構嵌縫密封膠配合使用的襯墊材料等。低密度高壓聚乙烯泡沫塑料可滿足機場道面脹縫要求，使用效果好，市價（3800元／m3）其性價比較優。
　　聚氯乙烯（PVC）泡沫塑料雖有不吸水、耐酸堿、耐油等特點，但回彈能力小，壓縮變形后基本不能恢復，失去封填作用。雖然市價很便宜（800元／m3），但在機場道面上無使用價值。
　　3.2 海綿橡膠
　　海綿橡膠為海綿狀多孔結構的硫化橡膠。由生橡膠中加起泡劑或由濃縮的膠乳經攪拌鼓入空氣，再經硫化而成。有開孔、閉孔和混合孔之分。可制成軟橡膠或硬橡膠制品。質輕、柔軟、有彈性、不易傳熱。具有防震、緩和沖擊、絕熱、隔音等作用。用合成橡膠制成的制品還具有耐油、耐老化、耐化學藥品等特點。廣泛用于汽車、飛機、化學、日用品等行業，亦可作為機場、公路接縫的填縫材料。高彈性是橡膠材料突出的特性，該特性與其結構有關。橡膠在高分子化合物中是分子量較大的一類，其分子通常為長鏈形，長度達400-800 nm。橡膠分子鏈的每個鏈節都在不停地運動著，具有很大的柔順性。通常這些分子鏈卷曲成不規則的線團狀，當受外力拉伸或壓縮時，分子鏈就會伸展或收縮；當外力去掉后，分子鏈又恢復了初始狀態，這就是橡膠具有高彈性的原因。海綿橡膠板作為機場道面脹縫材料，性能優良，但其價格較為昂貴，市價18000元/m3以上。
　　4 試驗驗證結果
　　為選取適合機場道面脹縫要求的材料品種，我們對國內部分脹縫板生產廠家進行了調研和取樣，共收集泡沫塑料、海綿橡膠、木板等6種材料樣品，參考ASTM D1751、ASTMD1752和AsTM D545標準，以及J-I 203—95標準，選用其中的5項指標進行對比試驗。
　　（1）壓縮應力：將試件厚度壓縮至500／0，測量試件的壓縮應力，以比較6種材料的抗壓縮性能；
　　（2）恢復率：將試件厚度壓縮至50％，卸荷讓其自由恢復30 min后，測量試件恢復率，以比較材料的彈性恢復能力；
　　（3）擠凸量：將試件在三面位移受限的條件下，厚度壓縮至50％，測量自由面的擠凸量，以比較脹縫板的抗擠出能力；
　　（4）吸水率：在標準條件下，將試件在23℃水中浸泡24hE，測定其吸水率，以比較材料的耐水性。
　　根據壓縮應力、恢復率、擠凸量和吸水率等性能指標對材料進行選用分析，試驗結果見表1。
　　表1 幾種脹縫材料的性能
　　項 目PEl PE2 PVC泡沫塑料 白松木板 海綿橡膠1 海棉橡膠2 要求
　　干縮應力／MPa 0.40 O_38 O.18 6.57 O.68 0.49 O_35～lO_35
　　恢復率／％97 97 73 70.8 99 99 >90
　　擠凸量／rmn 2.O 1.8 1.1 2.69 4.o7 4.17 <5
　　吸水率／％3.O 1.4 5.8 28.5 O.6 1.1 <5
　　密度／（kg,／m3） ll8.9 l36.8 2O.1 385.77 475.7 4l2.4 >l00
　　由表1可以看出：
　　（1）聚乙烯閉孔聚乙烯泡沫塑料的壓縮應力適中，受壓后擠凸量小，恢復率高，且吸水率低，是一種優良的機場道面脹縫材料。
　　（2）PVC泡沫塑料壓縮應力小，易被擠壓或外物嵌入，受壓后殘余變形大，恢復率小，難持續充填脹縫，不能作為脹縫材料。
　　（3）白松的壓縮應力較大，受壓后殘余變形大，恢復率小，且吸水率高，易腐朽，作為機場道面脹縫材料耐久性差，不宜使用。
　　（4）海綿橡膠壓縮應力適中，擠凸量較小，恢復率較高，彈性好，是上述6種樣品中綜合性能好的機場道面脹縫材料。
　　5 結語
　　（1）聚乙烯閉孔泡沫塑料板各項性能均較好（接近海綿橡膠），性價比優，機場道面脹縫應優先選用。
　　（2）海綿橡膠是優良的脹縫材料，目前價格稍貴，從發展使用壽命長、維護費用低的高性能水泥混凝土道面而言，應該選用其作為配套使用的高性能脹縫材料。
　　（3）PVC泡沫塑料的綜合性能差；木質板材回彈能力低，且吸水率高，易腐朽，難以持久封填脹縫，兩者均不適宜作機場混凝土道面的脹縫材料。
　　參考文獻：
　　【1】ASTIVl D1751-99.
　　【2】ASTN D1752-84.
　　【3】姜繼圣等。新型建筑絕熱吸聲材料北京：化學工業出版社，2002.
　　【4】許健南。塑性材料。北京：中國輕工業出版社，2001.