北方地区机场跑道混凝土配合比设计.pdf

北方地区机场跑道混凝土配合比设计 摘要：分析了北方地区机场跑道混凝土使用环境特点，并提出该混凝土耐久性设计中需要考 虑耐磨性、抗冻性、抗盐冻性、抗冲击性、抗开裂等耐久性问题。根据耐久性问题和相关标 准，选择了合理的原材料并进行了配合比设计。 关键词：机场跑道；混凝土；耐久性；配合比设计 0 问题背景 最近几年我国寒冷地区新建、扩建的机场，以及一些高等级混凝土公路，陆续出现了道 面才使用几年便发生冻胀、碎裂、脱皮等破坏现象。显然，这种破坏并非由荷载引起 （依据 结构强度计算，不同等级的混凝土道面最低设计使用年限规定为20~40 年），而是由气候变 化、化学侵蚀、磨损或其他破坏等引起的，我们称之为道面混凝土的耐久性破坏。机场道面 一旦破坏，将严重影响飞机的飞行安全，最终将不得不进行维修甚至翻修，从而造成极大浪 费。因此，研究具有高抗冻性、高抗渗性、高耐磨性的高性能道面混凝土，减少道面的修补 及翻修，延长道面的使用寿命，具有重要的经济和社会意义。 本文将从混凝土使用环境特点、须考虑的主要耐久性问题、相关耐久性设计技术指标的 确定和耐久性混凝土原料选择与配比这四个方面进行北方地区机场跑道混凝土耐久性设计。 1 设计思路 1.1 耐磨性能 随着我国国民经济的快速发展，我国民用机场的数量及航班密度大幅度增加，国内的几 个大型机场繁忙时每 3～5min 要起降一架飞机，像波音 747 这类大型飞机，其起飞重量达 350t 之巨。因此机场跑道的负荷与日剧增，导致各种混凝土道面在远远低于预期寿命的情况 下大量破损，特别对以混凝土板块为基层的飞机跑道的起降区域板块的损害更为严重。 作为机场跑道用混凝土，在使用过程中会遭受飞机加速起飞、减速着陆时轮胎反复的机 械磨损，因此在配合比设计时须考虑混凝土的耐磨性能。当混凝土受到飞机轮胎的冲击及摩 擦时，强大的冲击、摩擦力会使表面较薄弱的砂浆层发生磨损、脱落，进而露出粗骨料。部 分粗骨料在冲击、摩擦作用下又产生破坏或脱落，形成空穴，并导致下层砂浆层进一步破坏。 如此周而复始，最终导致混凝土表面产生大小不一的凹穴。 为提高机场跑道混凝土的耐磨性，防止其过快地因机械磨损而发生破坏，往往可以采用 以下几种方法： （1）提高混凝土强度：表面磨损是典型的物理破坏，其破坏程度直接取决于混凝土的 强度和硬度。在混凝土配合比设计时，降低水灰比，提高设计强度，可有效提高混凝土的耐 磨性。 （2 ）粗骨料：应选择耐磨性较好的粗骨料，如铁矿石、玄武岩、花岗岩。骨料的最大 粒径在 25mm 时混凝土耐磨性最好。由于碎石与砂浆的粘结性较好，因此应选用碎石配制 混凝土。 （3 ）细骨料：应选用耐磨性较好的细骨料，如铁砂、金刚砂或河砂。细骨料应选用级 配良好的中粗砂，同时选择较低的砂率，以提高耐磨性。 （4 ）矿物掺合料：硅灰能提高混凝土的密实性于强度，有助于提高混凝土的耐磨性。 （5 ）引气剂：在相同配合比下，引气会降低混凝土强度，使耐磨性有所下降。但由于 引气可使混凝土中多余水形成气泡外的水膜，大大减少混凝土的离析与泌水，因此会是混凝 土表面硬度大大提高，极大地提升混凝土的耐磨性。因此，适量引气有助于提高混凝土表面 耐磨性，或在保证配制强度不变的情况下引气，以提高混凝土耐磨性。 （6 ）施工与养护条件：施工时应控制混凝土的工作性，同时避免过分振捣，防止产生 离析与泌水，使混凝土表面产生薄弱的砂浆层，降低耐磨性。也可采用真空吸水工艺，但该 工艺对抗冻性、抗盐冻性有不利影响。养护时应使表面充分湿养护，以提高表面强度。 1.2 抗冻性能、抗盐冻性能 我国北方地区横跨温带与亚寒带气候，冬季最低温度达到- 10℃~-30℃，冬季时常有降 雪、冰冻出现。因此，在混凝土配合比设计过程中必须考虑抗冻性能。混凝土冻融破坏的机 理是：当外界温度达到混凝土孔隙中水的凝固点时，这一部分水将逐步发生凝固。当水凝固 为冰时，会产生 9.1% 的体积膨胀，因此未结冰的溶液将在结冰压力的作用下向外迁移。当 迁移作用受到阻碍时，就会产生一个静水压力，这个压力最大可达 40MPa ，会导致混凝土 的冻融破坏。混凝土的冻融破坏也可以理解为由孔内冰与未冻水之间的自由能差引起的。当 混凝土长期处于冻结状态时，其造成的破坏并不大。而当混凝土反复进行冻结-融化-冻结的 循环过程时，混凝土就非常容易破坏。冻融破坏下，混凝土内部产生微裂纹，同时表面变酥、 剥落。 由于冬季下雪、冰冻对机场飞机起降