机场道面水泥混凝土耐久性设计试验研究.pdf

2 0 1 1 年 第 6期 (总 第 2 6 0 期 ) Nu mb e r6i n 2 0l l ( T o t a l No 2 6 0) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACT I CAL TECHNOL 0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 6 0 4 4 机场道面水泥混凝土耐久性设计试验研究 蒋政 ，何付成 ( 济南军 区 第七空防工程处 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 5 ) 摘要： 水泥混凝土道面处于各种 自 然因素作用下， 耐久性破坏现象经常发生， 为了保证道面的设计使用寿命得以实现， 根据试验研究 结果和道 面的使用功能要求 ， 提 出了不 同地 区的道 面水泥混凝土抗 冻等级 、 最大水 灰比 、 最小水泥用量和含气量等参数 ， 为机场水泥混凝 土道面耐久性设计提供依据。 关键词 ： 道面混凝土 ；耐久性 ；抗冻等级 ；最大水灰 比；最小水泥用量 ；含气量 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 1 4 0 0 3 Ex pe r i me n t a l s t u dy o n t h e du r abi l i t y de s i gn of t he ai r f iel d pa ve men t c e men t c on c r e t e J I ANG Zh e n g， HE Fu c h e n g ( T h e S e v e n t hAi r De f e n dE n g i n e e ri n g De p a r t me n t o f J i n a nMi l i t a r yRe g i o n ， X u z h o u 2 2 1 0 0 5 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T he d u r a b i l i ty d e t r u c t i o n o fp a v e me n t c e me n t c o n c r e t e fre q u e n t l y h a p p e n e d d u e t o v a rio u s n a t u r a l f a c t o r s I n o r d e r t o r e a l i z e t h e d e s i g n u s e l i f e s p a n o f pa v e me n t ， p u t f o r wa r d a n t i f r e e z e ， ma x i ma l W C， mi n i mu m c e me n t q u a n i ty， a i r c o n t e n t o fp a v e me n t c e me n t c o n c r e t e i n d i f - f e r e n t a r e a s b y e x p e rime n t a l s tud y a n d u s e f un c t i o n r e q ui r e me n t s o f p a v e me n t ， wh i c h c a n p r o v i d e b a s i s f o r t h e d u r a b i l i t y d e s i g n o f a i r fi e l d c e me nt c o n c r e t e p a ve me n t Ke y wor ds： p a v e me n t c o n c r e t e ； d u r a b i l i ty； ant i fre e z e g r a d e； ma x i ma l W C； mi ni mu m c e me n t q u a n t i ty ； a i r c o n t e n t 0引 言 1试验 研 究 随着全寿命成本分析的普及， 混凝土的耐久性越来越受到 广泛重视 。 机场水 泥混凝土道面 由于承受冻融 、 干湿 、 侵蚀等各 种 自然因素 的作用， 耐久性破坏现象时有发生 ， 特别是我 国北方 寒冷地区， 道面经常发生冻胀、 碎裂、 脱皮等破坏现象， 严重影响 了飞机 的起飞 、 着 陆安全 ， 而且花费了巨额维修和重建费用 ， 造 成了能源和资源的极大浪费， 不符合可持续发展的要求。 改变造 成混凝土劣化的外部条件是不可能的， 只有从材料内部因素人 手提高 昆 凝土的耐久性能， 配制出高耐久性的混凝土， 才是最终 的解决办法 。 如果混凝 土耐久性不好 ， 就会提前损坏 ， 不能保 证其设计的使用寿命。 为了保证道面的设计使用寿命得以实现， 就必须在设计时提出耐久性要求 。 而我国现行 的机场道面设计 、 施工规范 中， 关于道 面混凝土耐久性的规定还很少 ， 没有 系统 、 完整的设计参数。 如 军用机场水泥混凝土道面设计规范 仅提 出了抗冻性指标， 没有提出其他参数 ； 机场道面水泥混凝土配 合比设计技术标准 根据慢冻法试验结果提出了不同地区道面 混凝土的最大水灰 比和最小水泥用量 及抗冻强度等级问 ， 但无含 气量指标参数， 且快冻法试验结果表明， 其指标偏松 ； 军用机 场场道工程施工及验收规范 提出了最大水灰 比 、 最小水泥用量 及含气量， 但无抗冻等级指标要求 ； 中国水利水电科学研究院 也仅提出了道路、 桥梁安全运行 3 0 年的抗冻等级指标要求17 。 因此 ， 针对机场道面的使用特点和功能要求 ， 研究和制定 适用于机场道面工程 的耐久性设计参数 ， 保证机场道面在其设 计使用年限内具有良好的使用功能 ， 发展我国“ 长寿命 、 低维 护” 的机场道面， 具有重要的军事、 经济和社会意义。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 1 2 - 0 2 l 40 1 1 试验用原材料 ( 1 ) 水泥： 机场道面混凝土一般采用硅酸盐水泥或普通硅酸 盐水泥，水泥一般为 4 2 5 级或 5 2 5级。 本试验采用陕西耀县秦岭 牌 P O4 2 5 R级水泥， 2 8 d 抗折强度 8 8 MP a ， 抗压强度4 8 8 MP a 。 ( 2 ) 细骨 料 ： 机场道面混凝 土一般采用 中 、 粗砂 ， 含泥量不 宜大于 2 0 。 本试验采用河砂， 细度模数为2 7 3 ， 级配合格， 表观 密度 2 6 3 g c m ， 堆积密度 l 5 0 0 k g m3 ， 含泥量 1 0 。 ( 3 ) 粗骨料 ： 国内外研究表 明， 粗骨料粒径大于 4 0mm对混 凝土的强度、 抗冻性及抗渗性等均无好处。 机场道面混凝土粗骨 料 最大粒径 一般为 4 0 n l i n ， 且优先选 用碎石或碎 卵石 ， 一般不 用 卵石 。 本试验采用石灰岩碎石 ， 5 2 0 mn l ， 2 0 - - 4 0 m m 两级配 ， 级配合 比例为 4 0 ： 6 0 ， 密度 2 7 0 e C c m ， 堆积密度 1 6 7 0 k g m ， 含 泥量 O 2 ， 针片状含量 3 O 。 ( 4 ) 外加剂： 采用十二烷基硫酸钠盐引气剂， AD D NS高效 减水剂 。 1 2设 计 目标 ( 1 ) 抗折强度等级 ： 按 5 0MP a 设计 ， 混凝土强度均方差按 0 5 MP a ( 施工水平为优 秀 ) 计算 ， 配制强度应大于 5 8 MP a 。 ( 2 ) 和易 性指标 ： 按机场水 泥混凝土道 面工程 常用的干硬 性混凝土铺筑施工 ， 维勃稠度要求 l 5 3 0 S 。 ( 3 ) 耐久性要求： 混凝土道面设计基准期为3 0 年f3 。 1 3混 凝土 配合 比及 试验 结果 依据 军用机场场道工程施工及验收规范 阎 及 机场道面 水泥混凝土配合 比设计技术标准 ， 采用绝对体积法进行道面 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土配合比设计， 通过原材料选择和砂率、 石子级配的优选， 初选 4个水灰比和 6个水泥用量， 并通过外加剂掺量的优选 ， 赋予不同的含气量， 确定 3 2组配合比， 每个配合比成型 3组 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 和 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行 和易性 、 含气量 、 抗折强度与抗 压强度的检测 ， 试 验结果 ( 取 3 组 9个试件( 尺寸为 1 5 0m mx l 5 0 mmx 6 0 0 mm的标准小梁) ， 依据 试件的平均值) 见表 1 。 表 1 道面混凝土配合 比与试验结果 从表 1 可以看 出， 编号 5 、 1 5 、 2 5 、 2 9的混凝土 ， 维勃 稠度 都 大大超过了3 0 S ， 不满足施工要求； 编号 2 、 4 、 5 、 6 、 9 、 1 2 、 1 3 、 1 6 、 1 9 、 2 2 、 3 0的 混凝 土 ， 抗 折强度均低 于 5 8 MP a ， 不满 足强度 设 计要求。 因此， 对满足工作性和强度要求的剩余 l 8组配合比， 根 据 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能与耐久性试验方法 中的 快冻法进行冻融循环试验 ， 结果见表 2 。 1 4试验 结果分析 ( 1 ) 水灰比为0 4 8 ， 水泥用量为3 1 0 k g m3 , 不掺引气减水剂的 混凝土( 编号 1 ) 和易性 、 强度都满足道面设计与施工要求 ， 但抗冻 等级尚不足F 5 0 ； 掺引气减水剂的混凝土( 编号 2 ) 和易性较好， 但 强度不满足道面设计要求。 所以， 道面混凝土水灰比应小于 O 4 8 。 ( 2 ) 水灰比为0 4 6 ， 水泥用量为3 2 0 k e C m ， 不掺引气减水剂 的混凝土( 编号 3 ) ， 和易性 、 强度都满足道面设计与施工要求， 但抗冻等级仅为 F 7 5 ， 不能满足有冰冻地区道面混凝土的抗冻 耐久性要求 ， 可见， 不掺引气剂的道面混凝土即使水泥用量较 多， 也不能满足相应的抗 冻要求 ； 掺引气减水剂 的混凝土 ， 水 泥 用量 92 8 0k eg m 时( 编号 7 、 8 、 1 0 、 1 1 、 1 4 ) ， 含气量为 2 2 3 1 ， 和易性 、 强度均满足设计要求， 抗冻等级达到 F 1 0 0 - F 1 7 5 ； 水 泥用量小于 2 8 0 k g m。 时( 编号 1 5 ) ， 和易性 不满足要求。 所 以 ， 当水灰比为 O 4 6时( 掺引气减水剂 ) ， 最小水泥用量不应低 于 2 8 0 k g m 。 ( 3 ) 水灰 比为 0 4 5的混凝土 ， 水泥用量 92 8 0 k g m， 时( 编 号 1 7 、 1 8 、 2 0 、 2 1 、 2 3 ) ， 含气量为 2 3 3 3 ， 和易性、 强度均满 足设计要求， 抗冻等级达到 F 2 0 0 F 2 7 5 ； 但当含气量大于 4 0 时( 编号 l 6 、 l 9 、 2 2 ) ， 其强度不能满足设计要求； 而水泥用量小 于 2 8 0 k g m 时( 编号 2 5 ) ， 和易性不满足要求。 所以， 当水灰比 为 O 4 5时， 最小水泥用量不应低于 2 8 0 k e, m 。 ( 4 ) 水灰 比为 0 4 4的混凝土 ， 当水泥用量 92 8 0 k g r n ， 时 ( 编号 2 6 、 2 7 、 2 8 、 3 1 ) ， 含气量为 3 3 一 4 6 ， 和易性、 强度均满 足设计要求， 抗冻等级达到 F 3 0 0以上； 但当含气量大于 5 O 时 ( 编号 3 0 ) ， 其强度不能满足设计要求； 含气量小于 3 0 时( 编 号 3 2 ) ，混凝土 的抗 冻等级 F 2 2 5 ；当水泥用量小于 2 8 0 k g m 1 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 抗冻试 验结果 时( 编号2 9 ) ， 和易性不满足要求。 所以当水灰比为 0 4 4时， 最小 水泥用量也不应低于 2 8 0 k m 。 2 机场道面混凝土耐久性设计参数的建议 中国水利水 电科学 研究院研究得 出 ： 混凝土室 内外冻 融 循环次数的对比关系在 1 ： 1 0 l ： l 5 之间( 一般取平均值为 1 ： 1 2 ) ， 同时对我国不同地区( 四个代表地 区： 北京( 华北 ) 、 长春( 东 北 ) 、 西宁( 西北 ) 、 宜 昌( 中南 ) ) 的气温条件及 每年可能发生 的 冻融循环次数做 了初步的统计 ， 结果见表 3 。 表 3 我国典型地区气 温及年 冻融循环统计结果( 近 5 O年 ) 根据道面混凝土的工作特点和安全使用年限 3 O年的要求， 针对我 国气候特点 ， 把 机场道面所处 的环境分 为严寒 、 寒冷 、 微 冻和非冰冻 4个地 区。 参考 中国水利 水电科学研究 院的研 究成 果， 根据不同地区的年平均冻融循环次数和混凝土室内外冻融 循环次数的对比关系( 取 l ： 1 2 ) ， 计算得出不同地区的道面混凝 土抗 冻等级分别为 F 3 0 0 、 F 2 0 0 F 3 0 0 、 F 5 0 - F 1 5 0和 F 5 0 。 并根 据 试验结果， 提出不同地区道面混凝土的最大水灰比、 最小水泥 用量和含气量等设计参数， 如表 4所示。 表 4 机场道面混凝土耐久性设计 参数的建议 3结 语 本研究针对机场道面的工作特点和安全使用年限要求， 根 据试验研 究结果 ， 提 出我国不同地区道面混凝 土抗冻等级指 标 要求及相应的最大水灰比、 最小水泥用量和含气量等设计参数， 已在近几年的多个机场道面设计与施工中应用 ， 实践表明， 所提 参数能够很好地保证道面混凝土抗冻耐久性。 对于掺加矿物外 加剂的道面混凝土的耐久性设计参数， 还有待进一步研究。 参考文献： 【 1 】 马国靖， 王硕太 ， 吴永根， 等 高性能道面混凝土【 j 】 混凝土， 2 0 0 0 ( 6 ) 【 2 王硕太 ， 马 国靖 ， 朱志远 ， 等高 性能道面混凝土配合 比设 计U 公路 交通科技 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 4 ) 上接第 1 3 5页 3结 论 高性能养护剂在基本不影响混凝土强 度的前提下 ， 能有 效 的抑制混凝土表面的水分蒸发， 同时能够大幅度降低 昆 凝土的 氯离子渗透系数。 试验和实践的结果证明， 使用该化学成膜养护 剂完全可以取代传统的薄膜养护和湿覆盖物养护， 尤其是在我 国西部地区， 具有重要的意义和应用价值。 参考文献 ： 1 钱觉日 寸 ， 唐祖全， 卢忠远， 等译混凝土设计与控制【 M J 重庆： 重庆大 学出版社， 2 0 0 5 【 2 】A C I 3 O 8 R 0l ， G u i d e t o c u ri n g c o n c r e t e S 3 AS T M C l 5 6 o 3 ， S t a n d a r d t e s t me t h o d f o r w a t e r r e t e n t i o n b y c o n c r e t e c u r i n g m a t e ri a l s S 【 4 1 A S T M C 3 0 9 - - O 3 ， S t a n d a r d s p e c i f i c a t i o n f o r l i q u i d me mb r a n e f o r mi n g 1 4 2 【 3 13 G J B 1 2 7 8 A -2 0 0 8 ， 军用机场水泥混凝土道面设计规 范 s 【 4 】 G J B l 5 7 8 9 2 ， 机场道面水泥混凝土配合比设计技术标准 s J 5 刘厌涛 ， 王硕太 ， 孔祥海 ， 等机场道面混凝土耐久性研究 J 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 6 ) 【 6 G J B 1 1 1 2 A -2 0 0 4 ， 军用机场场道工程施工及验收规范【 s 】 7 1李金玉， 曹建国 混凝土抗冻性的定量化设计 M 1 北京： 中国建材出 版 社 ， 2 0 0 1 8 】李金玉， 曹建国 水工混凝土耐久性的研究和应用f M 北京： 中国电 力出版 社 ， 2 0 0 4 作者简介： 蒋政( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 工程师， 主要研究方向： 机场建筑工程。 联系地址： 江苏省徐州市鼓楼区 7 2 7 1 9 部队( 2 2 l 0 0 5 ) 联 系电话 ： 1 5 3 3 6 3 8 9 9 9 8 c o m p o u n d for c u ri n g c o n c r e t e S 【 5 5 杨兴存混凝土养护剂的开发及应用l J 山东建材， 1 9 9 8 ( 1 ) 2 7 2 9 【 6 6 缪建华 Y M 一 8 4型水泥混凝土养护剂的研制及其应用 新型建筑 材料 ， 1 9 9 5 ( 1 ) 3 4 3 6 【 7 HA N K A N N A， 0 S MAN N O， ME HME T A T E f f e c t s o f wa t e r - c e me n t r a t i o a n d c u r i n g t i me o n t h e c r i t i c a l p o r e wi d t h o f h a r d e n e d c e me n t p a s t e J C o n s t r u c t u r e a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 o 8 ( 2 3 ) ： 1 9 6 2 0 0 【 8 】AR N O N B， KO NS A N T I N K P r e v e n t i o n o f a u t o g e n o u s s h r i n g k a g e i n h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e b y i n t e r n a l c u ri n g u s i n g w e t l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ( 3 1 ) ： 1 5 8 7 - 1 5 9 1 【 9 】博乐峰， 郑柏存N i v i d - 1 0 0 混疑土养护剂叨上灌 建材， 2 0 0 1 ( 6 ) ： 1 2 1 3 【 1 O 1 寿崇琦 ， 张志良， 解竹柏 高分子乳液型水泥混凝土路面养护剂的研 S tj j 公 路交通科技， 2 0 0 4 ( 2 1 ) ： 1 6 一 l 8 作者简介： 李磊( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 博士。 联 系地址 ： 江苏省建筑科学研究院有限公司( 2 1 0 0 0 8 ) 联 系电话 ： 1 5 0 5 1 8 7 6 3 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m