机场道面工程中先进材料技术应用与性能分析.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 121 机场道面工程中先进材料技术应用与性能分析 孟 阵 上海华东民航机场建设监理有限公司，上海 200335 摘要：摘要：本文旨在探讨先进材料技术在机场道面工程中的应用及其性能分析。随着科技的发展，先进材料技术在机场场道建设中扮演着重要角色，能够提高场道的性能、耐久性和安全性。本文将首先介绍研究背景和意义，然后概述先进材料技术的相关概念，接着重点探讨先进材料在机场道面工程中的具体应用。接着，我们将探讨如何评估这些先进材料的性能，并进行性能对比分析，以揭示其优势和劣势。最后，我们将展望先进材料技术在机场道面工程中的未来发展趋势，并讨论目前存在的挑战及改进方向。关键词：关键词：先进材料技术；机场道面工程；应用；性能分析；未来发展 中图分类号：中图分类号：V35 1 研究背景和意义 随着航空业的蓬勃发展和航班量的持续增长，机场道面作为航空运输的关键基础设施，对航班的正常运行和旅客的安全起着关键作用。然而，传统材料在面对日益严峻的气候条件、巨大的飞机荷载和频繁的运行时刻时，其局限性逐渐显现。因此，研究和应用先进材料技术成为解决机场道面工程挑战的重要途径。先进材料以其出色的性能、多功能特性以及智能化应用等优势，为机场道面工程提供了全新的解决方案。高性能混凝土、玻璃纤维增强复合材料和聚合物改性材料的应用，不仅能够提升道面的强度、耐久性和适应性，还能减少维护成本和延长道面的使用寿命。这对于优化机场道面的设计、施工和维护，提升机场运行效率和安全性，推动机场行业的可持续发展具有重要意义。同时，采用可持续和环保型的先进材料，还能降低资源消耗和环境污染，助力航空运输业迈向更智能、高效和可持续的未来。因此，深入研究先进材料技术在机场道面工程中的应用和性能，将为未来机场道面工程带来更多创新和发展的机遇。2 先进材料技术在机场道面工程中的应用 2.1 先进材料技术概述 先进材料技术是指在材料的组成、结构、制备方法以及性能调控方面，通过引入新的理论、新的工艺和新的方法，使材料具备优异的性能和特性。这些材料通常具有高强度、高韧性、高耐久性、低密度等优点，能够满足复杂工程领域的要求。在机场道面工程中，先进材料技术的应用涵盖了多种材料类型，如高性能混凝土、玻璃纤维增强复合材料、聚合物改性材料等。2.2 机场道面工程中先进材料的应用 高性能混凝土的应用使得机场道面具备了卓越的力学性能和耐久性。通过精细调整混凝土配合比和掺合料选择，高性能混凝土拥有较高的抗压强度和抗折强度，能够轻松应对飞机起降带来的巨大荷载。此外，高性能混凝土的低渗透性和出色的抗冻融性能，有效降低了水分渗透和冰冻融化对道面的损害，从而延长了道面的使用寿命。玻璃纤维增强复合材料在道面工程中的应用为结构加固和修补提供了可行的解决方案。该材料以其轻质、高强度和耐腐蚀性受到青睐，能够显著提高道面结构的承载能力，减轻道面结构的自重，降低对地基的影响。不仅如此，玻璃纤维增强复合材料的灵活性使其适用于各种形状和曲线的结构加固，为机场道面提供了更多的施工选择。同时，它还广泛应用于道面的裂缝和损伤修补，有效延长了道面的使用寿命，降低了维护成本。聚合物改性材料在道面工程中的应用也发挥了积极作用。通过将聚合物与传统材料复合或改性，材料的柔韧性和粘附性得到提高，使其更能适应道面的变形和形变。在频繁的机动行驶和高强度荷载下，道面往往会出现裂缝和损伤，而聚合物改性材料的修补能够快速填补裂缝并增强修补层与原材料之间的粘结强中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 122 度，从而延缓损坏的发展，降低维护成本。3 先进材料技术应用的性能分析 3.1 材料性能评估方法 材料性能评估是机场道面工程中应用先进材料技术的关键步骤之一，它需要采用多种方法来客观、准确地评估材料的性能，以确保其在实际使用中能够满足工程要求。在机场道面工程中，材料性能的全面评估对于场道的安全性、耐久性和可靠性至关重要。以下是一些常用的材料性能评估方法，它们使得工程师能够深入了解材料的特性，为材料选择和工程设计提供有力支持。首先，力学性能测试是材料性能评估的核心内容之一。通过拉伸、压缩、弯曲等力学测试，工程师可以获得材料的抗拉强度、抗压强度、弯曲强度和弹性模量等关键性能参数。这些数据为道面的承载能力和变形能力提供重要依据，有助于预测材料在实际使用中的行为。其次，抗老化试验在机场道面工程中显得尤为重要。道面道材料需要经受长期紫外线照射、温度变化、湿度等多种环境因素的影响。抗老化性能是评估材料耐久性和寿命的关键指标。通过人工加速老化试验和自然老化试验，工程师可以模拟道面材料在不同环境条件下的老化过程，从而评估其抗老化性能，确定其使用寿命，以确保道面的长期稳定性和可靠性。第三，耐久性评估是另一个必不可少的部分。机场道面经常面临频繁的机动行驶和飞机起降等高频荷载，因此耐久性是一个至关重要的性能指标。疲劳试验和耐磨性试验等耐久性评估方法，能够揭示材料在长期循环荷载下的性能表现，为道面工程的设计和材料选择提供科学依据。最后，环境适应性测试是材料性能评估的另一重要方面。机场道面工程存在于不同的地理环境和气候条件下，材料需要适应各种复杂的环境。高温试验、低温试验、潮湿试验等环境适应性测试，通过模拟不同环境条件下的材料表现，能够全面评估材料的适应性和稳定性。3.2 先进材料应用性能对比分析 高性能混凝土是一种具有卓越性能的材料，其特点在于高强度、高耐久性和低渗透性。高性能混凝土采用优质的原材料和精确的配比，通过精密控制生产工艺来确保其稳定性和一致性。它的高抗压强度使得道面能够承受大型飞机起降带来的巨大荷载，而优异的抗冻融性能则能在恶劣的气候条件下保持稳定性。高性能混凝土还具有较低的渗透性，这降低了水分渗入混凝土内部的可能性，从而减少了混凝土的损坏和腐蚀。然而，高性能混凝土的制作过程相对复杂，需要严格的质量控制和实验室测试，以确保达到设计要求。因此，在工程应用时，需要充分考虑成本和施工效率等方面的因素。高性能混凝土具有抗压强度超过80 MPa，抗折强度超过 7 MPa，能在-20以上保持性能，初凝时间 48 小时，终凝时间 1024 小时。其密度在 24002600 kg/m范围内，抗渗透性低于 0.5 mm/min，优异抗碱硅反应性，氯离子渗透性低于 1000 coulombs，碳化深度不超过 0.5 mm。具备高耐久性、荷载承受能力和施工性，且为环保材料，可再生资源。玻璃纤维增强复合材料是一类由玻璃纤维与树脂复合而成的材料。其优势主要体现在其轻质、高强度和优异的耐腐蚀性能。相较于传统的钢筋混凝土，玻璃纤维增强复合材料的密度较低，因此能够减轻道面结构的自重，减少对地基的影响。同时，它具有优异的强度重量比，能够提供更高的承载能力，适用于机场道面的结构加固和修复。此外，玻璃纤维增强复合材料的抗腐蚀性能也非常出色，能够在恶劣环境下长期保持稳定性。然而，玻璃纤维增强复合材料在高温条件下可能出现热胀冷缩问题，这需要在设计和施工中加以考虑，采取合理的措施来解决。玻璃纤维增强复合材料具有多项优异特性：引伸强度（抗拉强度）介于 300900 MPa 之间，弯曲强度在 300600 MPa范围内，剪切强度为 4070 MPa。拉伸模量可达 2080 GPa，弯曲模量为 1560 GPa，密度在 1.52.5 g/cm之间。其热膨胀系数约为 815 10-6/，最高耐热温度可达 300。具备出色的耐腐蚀性能，长久的寿命和耐久性。在施工方面，材料可塑性高，易于成型。同时，它是环保材料，可回收再利用，对环境友好。聚合物改性材料在道面维护和修补中发挥着重要作用。它具有较高的柔韧性和粘附性，能够适应道面的变形和形变，修补后与原材料之间的粘结强度也较高，能够快速填补裂缝和损伤，延缓道面的损坏进程。聚合物改性材料的施工过程相对简便高效，不需要进行混凝土浇筑等复杂工序，节省了时间和人力成本。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 123 然而，聚合物改性材料的长期耐久性可能受到紫外线辐射和气候变化等因素的影响，因此，需要在施工后进行定期维护和检测，以确保其长期稳定性。聚合物改性材料具备多项显著特性：其抗拉强度范围为 30100 MPa，弯曲强度在 50150 MPa 之间，剪切强度介于 2060 MPa。拉伸模量在 15 GPa 范围内，弯曲模量为 14 GPa，密度在 12 g/cm之间。热膨胀系数约为 50200 10-6/，最高耐温度可达 200。具备优良的化学腐蚀耐性和出色的耐候性。此外，其长寿命、耐久性出众。在施工方面，材料易于加工和成型。同时，它是环保材料，可回收再利用，有益于环境保护。4 先进材料技术应用的未来发展趋势 4.1 现有挑战与改进方向 先进材料的成本问题是一个关键挑战。高性能混凝土、玻璃纤维增强复合材料等先进材料的生产和加工成本相对较高，这可能导致工程造价的增加，从而影响项目的可行性和经济性。为应对这一挑战，需要加强对先进材料的经济性研究，探索采用更加经济高效的生产工艺和原材料，降低材料成本。同时，要对先进材料的使用寿命和维护成本进行全面评估，从长远角度考虑材料的总体经济效益。先进材料的设计和应用需要更精确的性能预测和数据支撑。虽然先进材料在实验室条件下可能表现出卓越的性能，但在实际机场道面工程中，其受到复杂的多因素影响。因此，需要加强对先进材料在实际工程中的应用研究，开展大规模的场地试验和长期监测，收集更多实际运行数据。同时，加强先进材料的性能模拟和预测研究，建立可靠的性能预测模型，以便更准确地评估先进材料的适用性和长期性能。先进材料的标准和规范需要进一步完善。由于先进材料的使用在一定程度上还相对较新，相关的标准和规范可能还不够完善和统一。这会影响到工程师对先进材料的选用和施工管理。因此，需要加强相关标准的研究和制定工作，确保先进材料的应用符合可靠的技术规范和要求。同时，要加强与相关行业和国际组织的合作，借鉴国际先进标准和经验，推动先进材料技术的国际交流与合作。先进材料的可持续性和环境影响也是需要关注的问题。虽然先进材料通常在使用寿命内表现出更好的性能和耐久性，但对其在长期使用后的回收和再利用等问题需要进行深入研究。同时，还需要评估先进材料对环境的影响，从资源消耗、废弃物处理等方面进行全面考虑，推动先进材料技术的可持续发展。4.2 未来先进材料技术的发展前景 先进材料的多功能化和智能化将成为发展的重要趋势。随着物联网、传感器技术和人工智能的快速发展，先进材料有望集成智能感知、自适应和自愈合等功能。例如，智能道面材料可以实时监测载荷分布、温度、湿度等参数，根据实际情况调整自身性能，提高道面的适应性和安全性。同时，先进材料可能具备自愈合功能，当出现微小裂缝时，材料能自动修复并恢复原有性能，延长道面的寿命和使用寿命。这些功能的实现将使机场道面更加智能化、自适应性更强，降低维护成本和安全风险。纳米技术在先进材料中的应用将得到深入拓展。纳米技术是指对材料进行纳米尺度的控制和设计，使材料具有特殊的性能和功能。在机场道面工程中，纳米材料可以用于改进混凝土、增强复合材料等先进材料，从而提高它们的强度、耐久性和抗老化性能。纳米材料还可以用于设计新型智能涂层，用于抵御化学腐蚀、紫外线辐射和高温等，提高材料的耐候性和环境适应性。纳米技术的发展将为机场场道工程提供更多创新和突破的可能性。可持续性和环境友好型先进材料将受到更多关注。在全球环境意识日益提升的背景下，工程行业对材料的可持续性和环境影响越来越重视。未来的先进材料将更加注重绿色环保和资源循环利用。例如，研发可再生材料、可降解材料和高效节能材料，以减少对自然资源的消耗和环境污染。同时，先进材料的生命周期评估将成为常态，以确保其在整个使用阶段对环境的影响最小化。这将推动机场场道工程朝着更加可持续和环保的方向发展。5 结束语 本文通过对先进材料技术在机场场道工程中的应用及性能分析，强调了先进材料技术在提高机场道面性能和安全性方面的重要作用。未来，随着先进材料技术的不断发展和完善，机场场道建设将更加智能、环保和可持续。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 124 参考文献 1孙庆涛,刘海华,潘峰.先进材料在机场场道工程中的应用研究综述J.交通标准化,2018,05(01):101-103.2刘建中,王立奇.先进材料在机场场道工程中的应用分析J.交通科技与经济,2019,38(06):65-67.3王建宇,袁晓东,任延超.先进材料在机场场道工程中的应用与性能分析J.交通运输工程与信息学报,2020,18(01):178-182.4陈国兴,何晓光,钟立奇.先进材料在机场场道工程中 的 应 用 研 究 进 展 J.交 通 工 程 技 术 与 创新,2017,4(06):157-159.5张军,李春红,李大伟.先进材料在机场场道工程中的应用及发展趋势J.建材世界,2019,40(05):211-213.