工程用-嵌缝密封胶 闭孔嵌缝板等在机场跑道,停机坪工程应用案例

　　河北石家庄长城橡塑有限公司生产的“双组份聚硫密封胶，聚氨酯密封胶，聚乙烯泡沫塑料板，复合土工膜”产品，先后应用于北京国际机场，成都双流国际机场，沈阳桃仙机场，陕西咸阳机场等主要工程，并得到了施工单位及有有关专家的一致好评。
　　PEC-600型聚乙烯闭孔泡沫板-机场混凝土道面新型胀缝材料
　　摘要：分析机场道面对胀缝材料要求及胀缝材料应用现状，结合机场道面工程的特点对国内现有胀缝材料的选用进行分析，并根据对比试验验证结果，提出了适合机场混凝土道面要求的新型胀缝材料。
　　关键词：机场；混凝土道面；胀缝；胀缝材料
　　阐 述
　　在机场水泥混凝土道面设计中，为了防止道面收缩而产生不规则裂缝，设置了大量缩缝。同时，为了防止道面膨胀而挤坏道面，也设置了很多胀缝。胀缝中安放预成型板材作为胀缝材料（胀缝板）。常见的机场道面损坏除了大量缩缝渗水造成不均匀沉降、断裂、冻胀、腐蚀等外，胀缝处的拱起、错台、板边碎裂现象也非常普遍，主要是因为过去采用的胀缝材料抗压缩变形能力差，不能持续封填胀缝引起的。胀缝材料损坏后修复困难，维护费用高。我国机场水泥混凝土道面修建几十年，设计规范和施工规范一直没有对道面胀缝材料提出技术要求，没有统一的设计指标和相应的施工质量控制与检验方法，设计和施工单位在胀缝板的选用上存在较大的随意性。因此，选用优良的胀缝材料，确保机场道面设计与使用要求，发展使用寿命长、维护费用低的道面显得尤为重要。
　　1 机场道面对胀缝材料的要求
　　相对于一般的建筑工程而言，机场道面所处的环境比较恶劣，要受到雨淋、冰冻、太阳曝晒等各种自然因素作用。在热胀冷缩、湿胀干缩等各种应力作用下，道面板产生较大的位移和变形，胀缝处的接缝位移则更大。胀缝板的作用就是要提供温度应力的释放空间，当高温季节道面板吸热膨胀而产生较大位移时，胀缝板被压缩而不挤凸，能吸收消除温度应力，使道面板不致产生挤压破坏；当低温季节道面板收缩时，胀缝板又能够回弹变形，持续封填胀缝，使道面表面保持平整而正常工作。根据机场道面工程特点，参考国内外有关标准和课题组的研究结果，提出机场道面胀缝材料应满足以下技术要求：
　　（1）压缩性，反映胀缝材料的抗压缩变形能力。当道面板受热膨胀，胀缝变窄时，胀缝材料能被压缩，且压缩应力适中。压缩应力太小，说明材料过软，胀缝处易被砂、石杂物嵌入；压缩应力太大，则变形能力小，影响道面板的自由变形。所以要求压缩应力在0.35~10.35 MPa。
　　（2）回弹性，反映胀缝材料压缩后的弹性恢复能力。当道面板收缩，胀缝重新变宽时，胀缝材料应能恢复且与混凝土壁紧贴，以保证胀缝板能持续封填胀缝，防止杂物进入。所以要求弹性恢复率大于90％。
　　（3）挤凸性，反映胀缝板在一定压应力作用下的抗挤出能力。挤凸过大，影响道面表面的平坦度，危及飞行安全。因此，要求胀缝材料挤凸量不应超过5 mm。
　　（4）耐水性，用胀缝材料吸水率表示。吸水率小，在一定程度上能阻止水分在接缝处下渗，因此，要求吸水率不超过5％。另外，胀缝材料应有较好的耐久性，在多种自然因素作用下，能承受反复的压缩循环，而不致产生较大的残余变形，能在较长时间内保持良好的使用功效。
　　2 机场混凝土道面胀缝材料应用现状
　　美国水泥混凝土路面和建筑结构胀缝材料一般选用无挤凸、能回弹的沥青浸渍纤维板和沥青浸渍复合软木板、预成型海绵橡胶和软木胀缝材料，使用效果良好。日本则普遍采用聚乙烯闭孔板作为胀缝材料，使用效果也很好。以前，我国机场道面胀缝材料大多采用油浸木板，即用稀释沥青浸渍杉木或松木板。用油浸木板虽然能对道面的温度变形提供一定的膨胀空间，但由于木板受压缩后回弹能力低，因而可能出现：当道面板高温膨胀时，胀缝板被压缩、挤坏甚至脱落；当道面板低温收缩时，雨水、雪水渗入道面板下基层和土基中，造成道面板冻胀、不均匀沉陷等病害。更为严重的是若砂石等杂物进入已裂开的胀缝缝隙中，当道面板再度膨胀时，胀缝板已不能提供足够的膨胀空间，导致道面板在胀缝处产生挤压破坏，表现为在胀缝处产生啃边、掉块、错台、拱起或碎裂等。这些道面板损坏现象在多数机场都能看到。另外，稀释沥青浸渍杉木或松木板，一般由于浸渍不完全，木板易吸水而腐烂，也会导致胀缝板的损坏。胀缝板损坏使道面平整度变差，飞机起飞着陆时产生严重颠簸，危及飞行安全。前几年，也有个别施工单位采用无回弹能力的PVC泡沫板作胀缝板使用，道面板膨胀压缩一次循环后，PVC泡沫板即产生很大残余变形，失去填缝作用，效果更差。近几年，我国一些生产厂家引进国外技术，开发了闭孔聚乙烯泡沫塑料板作为胀缝板使用，主要用于水工混凝土工程，部分军用和民用机场道面工程也开始应用这种材料，使用效果较以往有很大提高，但由于没有统一的技术标准和检验方法，设计和施工单位在材料的选择和使用上仍存在较大随意性。因此，选用较好的胀缝材料，制订统一的胀缝材料设计与施工技术要求，对提高道面整体质量，满足道面使用要求，保证飞行安全，延长使用寿命，具有重要现实意义。
　　3 新型胀缝材料选用分析
　　目前已用于机场道面工程的胀缝材料有聚乙烯泡沫塑料类板材、聚氯乙烯泡沫塑料类板材、海绵橡胶、油浸木板等。由于机场道面处在复杂的自然环境中，胀缝材料的选用向高性能方向发展，泡沫塑料和海绵橡胶类材料将取代油浸木板。随着我国节能降耗工作的深入开展，这一趋势将日益明显。
　　3.1 泡沫塑料
　　泡沫塑料是以树脂为基料，加入少量的发泡剂、催化剂、稳定剂以及其它辅助材料，经加热发泡而成的一种轻质、保温、隔热、吸声、防震材料翻。泡沫塑料根据基料聚合物分为很多类型，主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯泡沫塑料等。泡沫塑料按其泡孔结构可分为闭孔、开孔和网状泡沫塑料3类。闭孔泡沫塑料可作为防震材料和衬垫材料。机场混凝土道面胀缝应选用聚乙烯闭孔泡沫塑料。泡沫塑料按表观密度可分为低发泡、中发泡和高发泡泡沫塑料，其中前者表观密度大于100kg/m3，后者表观密度小于50kg/m3，中发泡泡沫塑料表观密度则介于两者之间。机场混凝土道面胀缝应选用中发泡或低发泡泡沫塑料。泡沫塑料的物理力学性能取决于基料聚合物的性能、配方、泡沫密度、泡体结构、泡孔形状和大小，以及形成条件等因素。根据机场混凝土道面所处的环境条件和工作状态，胀缝材料应选用低发泡聚乙烯闭孔泡沫塑料，低发泡高压聚乙烯闭孔泡沫塑料为理想的胀缝材料。聚乙烯（PE）闭孔泡沫塑料，以聚乙烯为主要原料，加入交联剂、发泡剂、稳定剂等加工而成网。基料聚乙烯由于是由比较稳定的C—C和C—H键相结合，故有良好的化学稳定性，在一般情况下，可耐酸、碱和盐类水溶液作用。目前，独立气泡型的低发泡聚乙烯泡沫塑料作为一种新型发泡材料，应用领域不断扩大，其密度低、韧性好、耐老化、富有弹性且化学稳定性好，在建筑及民用领域得到广泛应用。在建筑工程中主要用作保温、隔热、吸声和防震材料，同时可用作与各种建筑结构嵌缝密封胶配合使用的衬垫材料等。低密度高压聚乙烯泡沫塑料可满足机场道面胀缝要求，使用效果好，市价（3800元／m3）其性价比较优。
　　聚氯乙烯（PVC）泡沫塑料虽有不吸水、耐酸碱、耐油等特点，但回弹能力小，压缩变形后基本不能恢复，失去封填作用。虽然市价很便宜（800元／m3），但在机场道面上无使用价值。
　　3.2 海绵橡胶
　　海绵橡胶为海绵状多孔结构的硫化橡胶。由生橡胶中加起泡剂或由浓缩的胶乳经搅拌鼓入空气，再经硫化而成。有开孔、闭孔和混合孔之分。可制成软橡胶或硬橡胶制品。质轻、柔软、有弹性、不易传热。具有防震、缓和冲击、绝热、隔音等作用。用合成橡胶制成的制品还具有耐油、耐老化、耐化学药品等特点。广泛用于汽车、飞机、化学、日用品等行业，亦可作为机场、公路接缝的填缝材料。高弹性是橡胶材料突出的特性，该特性与其结构有关。橡胶在高分子化合物中是分子量较大的一类，其分子通常为长链形，长度达400-800 nm。橡胶分子链的每个链节都在不停地运动着，具有很大的柔顺性。通常这些分子链卷曲成不规则的线团状，当受外力拉伸或压缩时，分子链就会伸展或收缩；当外力去掉后，分子链又恢复了初始状态，这就是橡胶具有高弹性的原因。海绵橡胶板作为机场道面胀缝材料，性能优良，但其价格较为昂贵，市价18000元/m3以上。
　　4 试验验证结果
　　为选取适合机场道面胀缝要求的材料品种，我们对国内部分胀缝板生产厂家进行了调研和取样，共收集泡沫塑料、海绵橡胶、木板等6种材料样品，参考ASTM D1751、ASTMD1752和AsTM D545标准，以及J-I 203—95标准，选用其中的5项指标进行对比试验。
　　（1）压缩应力：将试件厚度压缩至500／0，测量试件的压缩应力，以比较6种材料的抗压缩性能；
　　（2）恢复率：将试件厚度压缩至50％，卸荷让其自由恢复30 min后，测量试件恢复率，以比较材料的弹性恢复能力；
　　（3）挤凸量：将试件在三面位移受限的条件下，厚度压缩至50％，测量自由面的挤凸量，以比较胀缝板的抗挤出能力；
　　（4）吸水率：在标准条件下，将试件在23℃水中浸泡24hE，测定其吸水率，以比较材料的耐水性。
　　根据压缩应力、恢复率、挤凸量和吸水率等性能指标对材料进行选用分析，试验结果见表1。
　　表1 几种胀缝材料的性能
　　项 目PEl PE2 PVC泡沫塑料 白松木板 海绵橡胶1 海棉橡胶2 要求
　　干缩应力／MPa 0.40 O_38 O.18 6.57 O.68 0.49 O_35～lO_35
　　恢复率／％97 97 73 70.8 99 99 >90
　　挤凸量／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）聚乙烯闭孔聚乙烯泡沫塑料的压缩应力适中，受压后挤凸量小，恢复率高，且吸水率低，是一种优良的机场道面胀缝材料。
　　（2）PVC泡沫塑料压缩应力小，易被挤压或外物嵌入，受压后残余变形大，恢复率小，难持续充填胀缝，不能作为胀缝材料。
　　（3）白松的压缩应力较大，受压后残余变形大，恢复率小，且吸水率高，易腐朽，作为机场道面胀缝材料耐久性差，不宜使用。
　　（4）海绵橡胶压缩应力适中，挤凸量较小，恢复率较高，弹性好，是上述6种样品中综合性能好的机场道面胀缝材料。
　　5 结语
　　（1）聚乙烯闭孔泡沫塑料板各项性能均较好（接近海绵橡胶），性价比优，机场道面胀缝应优先选用。
　　（2）海绵橡胶是优良的胀缝材料，目前价格稍贵，从发展使用寿命长、维护费用低的高性能水泥混凝土道面而言，应该选用其作为配套使用的高性能胀缝材料。
　　（3）PVC泡沫塑料的综合性能差；木质板材回弹能力低，且吸水率高，易腐朽，难以持久封填胀缝，两者均不适宜作机场混凝土道面的胀缝材料。
　　参考文献：
　　【1】ASTIVl D1751-99.
　　【2】ASTN D1752-84.
　　【3】姜继圣等。新型建筑绝热吸声材料北京：化学工业出版社，2002.
　　【4】许健南。塑性材料。北京：中国轻工业出版社，2001.