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    新桥机场道面混凝土耐久性试验研究.pdf

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    新桥机场道面混凝土耐久性试验研究.pdf

    2012年第4期总侣5期 安徽建筑 虽 检 澳4 、 试 验 与 测 量 技 术 目 新桥机场道面混凝土耐久性试验研究 Experimental Study on Durability of Concrete of Xinqiao Airfield Pavement 项炳泉t,廖绍锋z,王爱国。,孙道胜 ,徐乐 ,翟红侠 1.安徽省建筑科学研究设计院,安徽合肥230001;2.安徽建工建设科技有限公司,安徽合肥230001; 3.安徽建筑工业学院,安徽合肥230022 摘 要以提高合肥新桥国际机场道面混凝土耐久性为目标,详细阐 述了研究思路.通过实验室的原材料选择、配合比正交实验、力学及耐 久性研究,配制出了道面混凝土耐久性最佳配合比 关键词机场;道面混凝土;耐久性;配合比 中图分类号TU279 7 1 文献标识码A 文章编号100773592O1204一O172O5 1 项目概述 合肥新桥国际机场是国家和我省‘十一五’重点规划建设 项目,也是国内重要干线机场,建成后将大大提升我省空港等 级和营运能力。 合肥新桥机场为国内干线机场,位于肥西县高刘镇和寿县 刘岗镇交界处,距合肥市中心直线距离31.8kin,附近有合叶、 合淮阜高速公路、312国道和宁西、淮南、合九铁路通过。 新桥机场将满足近期2020年旅客流量1100万人次,货 邮吞吐量15 X 104t,飞机年起降架次11万架次的需求;远期 2040年旅客4200万人次,货邮吞吐量58104t,飞机年起降架 次28万架次的需求。而合肥骆岗机场年设计旅客吞吐量才为 150万人次,到2020年,新桥机场的旅客流量将是骆岗机场的 7倍多。 新桥机场设计抗震设防烈度7o,它的建设将按照统一规 划、分步实施进行。新桥机场在一期建设中将建设第一条跑道, 在吞吐量高达1 500万人次的时候,机场将建设第二条跑道,最 终将建设4条跑道,完成新机场全部建设。本期建设中,飞行区 技术等级指标为4E级,飞行区跑道长度3400m,道面宽45m, 两侧道肩各宽7.5m,能满足B747400飞机全重起飞,跑道西 侧设置一条与跑道等长的E类平行滑行道,道面工程设计使用 年限30年。同时,新建一座建筑面积l0.85 X 1 nz的航站楼, 航站楼位于基地北侧,地上3层,局部4层,地下局部1层。主 楼的首层部分用作迎客厅、行李提取厅、行李分检厅及相应的 配套设施和设备用房等,东翼设置了国内远机位候机室及VIP 候机室,西翼设国际联检大厅和国际远机位入口。站坪客机位 27个,站坪沿航站楼指廊布置,呈弧线形。与之配套还将建设 通信、导航、气象、供油、供电、供气、供热、航空公司基地等生产 保障设施,以及相应的行政办公生活设施。 2立项背景和意义 收稿日期2o120703 作者简介项炳泉1966-,男,安徽歙县人,教授级高级工程师,主要 从事建筑工程技术和企业管理工作。 合肥新桥国际机场的建设设计等级为4E级,具备国内目 前最高飞行区等级,是关系到国计民生的工程,需要非常优良 的工程质量。 机场场道工程特别是跑道工程是机场的主体工程之一, 确保机场场道工程的混凝土质量是关系到百年大计的大事。根 据民用机场飞行区工程竣工验收质量检验评定标准,评定 混凝土道面有多项指标,其中,机场道面混凝土抗折强度、道面 板厚度、纹理深度及平整度等四项质量指标规定为验收保证质 量指标。其中第一项指标是反映道面混凝土质量的最重要指 标,也是机场跑道混凝土的最基本要求之一,作为4E级设计要 求的新桥国际机场跑道,其跑道混凝土抗折性也应达到国内先 进水平。 对于国内多数机场的混凝土道面陆续出现的破坏现象,据 相关研究文献报道,这些破坏均不是由荷载引起,而是由于混 凝土耐久性不良引起,这严重影响飞机安全起降,也必须在新 桥国际机场的建设中得以解决。 此外,考虑到安徽省是亚热带季风气候,属于夏热冬冷地 区,不仅雨量充足,冬季还会有霜冻结冰的现象,因此所使用的 混凝土还必须满足抗冷性、抗渗性等要求。 从施工性方面考虑,混凝土的实际施工过程是个复杂的系 统工程,其性能不仅与自身各种材料的性质、材料的选择、配合 比的优化设计相关,而且与现场环境温度、湿度条件密切联系。 目前普通混凝土均靠振捣来达到密实,以满足所需要的强度和 耐久性,然而振捣时间和操作的误差会带来许多问题,大大降 低混凝土的最终性能,对于高标准、高效率要求的新桥机场跑 道建设必须加以改进。 因此,如何结合该工程实际情况,选择符合要求的混凝土 种类,优选原材料,设计其配比,优化其施工、养护和后续处理 方案,在不影响工程进度的前提下,实现工程造价低、施工速度 快,同时大幅度提高工程质量,提高耐久性,是当前合肥新桥国 际机场建设中急待解决的技术难题。 3项目研究方案 3.1总体思路、研究目标、研究内容和关键技术 3.1.1总体思路 在广泛收集分析国内、外相关资料的基础上,了解和掌握 当前机场跑道混凝土设计与施工的新理论、新技术、新材料发 展前沿;以机场跑道混凝土耐久性为对象,新桥机场跑道混凝 土为工程背景,解决该工程施工中遇到的关键技术问题;研究 耐久性混凝土配合比设计与施工共性理论与技术,为新桥机场 跑道混凝土工程的设计与施工提供技术支持。 安徽建筑 2012年第4期总185期 本项目研究对象为机场跑道混凝土耐久性,具有工程重 要、工程环境恶劣、施工工期要求紧等特点。因此,研究重点将 围绕耐久性机理及控制技术,原材料优化与控制,配合比方案 设计、实验与优化,混凝土施工技术、混凝土养护技术等方面展 开,旨在提高新桥机场跑道混凝土耐久性,并研究机场跑道混 凝土工程的设计与施工共性理论与技术。 3.1.2研究目标 ①混凝土抗折强度不低于5.0MPa。跑道采用普通施工方 法的耐久混凝土,和易性大于20s,小于0.5cm。 ②耐久年限由30年提高到5O年。 ③性能提高混凝土中的氯离子扩散系数DRCM28d小 于1010 2mVs,或混凝土的电通量56d小于2O0o,渗透性极 低;混凝土抗冻性的耐久性指数DF不低于60%。 ④节约水泥掺入工业废渣粉煤灰约15%,减少水泥用 量,节能环保。 ⑤改善微观结构通过微观分析,研究矿物掺合料和高效 减水剂双掺的混凝土与干硬性混凝土内部结构特别是过渡层 结构的情况,提出诸如影响混凝土强度和耐久性的ca0H 晶 体尺寸及有害孔隙率的技术改进措施。消除空洞、蜂窝,做到了 密实匀质。 ⑥抑制混凝土碱一骨料反应,符合国际标准膨胀率要求。 ⑦针对工程实际,提出施工优化方案以及可有效控制混 凝土质量波动施工方法等的建议,保障跑道混凝土质量及快速 施工,为今后安徽地区类似工程提供成功工程经验。 ⑧获得安徽省科技进步奖,争取获得二等奖。 3.1.3研究内容 ①骆岗机场现有水泥混凝土旧道面和新桥新道面的分析 调研。 。 ②采用矿物掺合料和高效减水剂双掺的混凝土、普通施 工耐久混凝土实验研究,优选最佳方案。 ③采用混凝土正交设计理论,研究原材料、配合比因素对 性能的影响,模拟各种工况条件下的混凝土性能变化规律,为 优化 【程施工方案提供理论依据。 ④基于混凝土配合比设计的强度、耐久性、施工性及经济 性四原则,采用试验方法,理论并试验设计出具有科学性、安全 性、经济性的混凝土配合比。 ⑤根据工程施工条件和周围工程环境,以提高混凝土耐 久性为核心,结合合肥市材料特点,研究、评价耐久性混凝土施 工可靠性。 ⑥研究建立现场施工过程监测系统。通过对混凝土原材 料、计量、运输、浇筑、振捣、养护等重要信息的监控与量测,将 量测数据及时反馈施工,为机场跑道施工提供重要依据。 3.1.4关键技术 ①耐久年限50年的技术指标确定抗折强度、电通量、氯 离子渗透系数、抗冻性、碱一骨料反应、耐磨等,混凝土方案的 优选。 ②建立现场施工过程监测系统。 3.2采用的研究方法和技术路线 3.2.1研究方法 本项目将采取理论分析、室内试验、现场全面监测相结合 的研究方法,以理论分析作为研究基础,以试验作为解决问题 图1技术路线流程图 粉煤灰掺量/% 图2粉煤灰掺量与混凝土强度关系 的技术手段。 3.2.2技术路线 研究技术路线采用对比分析研究、理论分析、现场监测等 多种研究方法相结合、相互验证的技术路线,详见技术路线流 程图图1。 4 混凝土配合比优化设计 通过测定标准稠度用水量,考察了粉煤灰、矿粉和化学外 加剂对胶凝材料流动性的影响;通过研究粉煤灰、矿粉以不同 比例单独掺加时对混凝土强度的影响,并观察新拌混凝土拌合 物的工作性,明确了粉煤灰、矿粉单独掺加时对混凝土强度及 新拌混凝土工作性的影响规律;通过研究粉煤灰、矿粉复合掺 加时,两者不同比例对混凝土强度的影响,并同时观察新拌混 凝土拌合物的工作性,探索出复合矿物掺合料对混凝土强度和 工作性的影响规律;据此,明确了复合掺加粉煤灰、矿粉的适宜 比例。 一 l11 -●● 检 测 、 试 验 与 测 量 技 术 安 徽 建 筑 U墨 2012年第4期总185期 安徽建筑 冒 _一 检 钡 、 试 验 与 测 量 技 术 圜 图3 矿粉掺量与混凝土强度关系 粉煤灰掺影% a7d 粉煤灰掺量 图4不同总掺量情况下粉煤灰含量与28d抗折强度关系 图5不同总掺量情况下粉煤灰含量与抗压强度关系 龄期 图6混凝土抗折强度随龄期的变化 4.1矿物掺合料对胶凝材料流动性的影响见表1 4.2单掺矿物掺合料对混凝土强度的影响见图2一图3 4.3双掺矿物掺合料对混凝土强度的影响见图4~图5 研究结果显示单独掺加粉煤灰时,粉煤灰掺量在20%之 内有助于改善混凝土的拌和物性能,不影响混凝土中后期强 度;掺量大于30%,对混凝土强度和拌合物性能无益;随着粉煤 粉I{i嗷掺曩l/% b28d 冻融循环/次 图7冻融循环后质量损失率的变化 灰掺量的增加,浆体凝结时间的延长幅度增大。单独掺加矿粉 时,矿粉掺量在30%之内有助于改善混凝土的拌和物性能,混 凝土中后期强度得到少量提高;掺量大于30%,会降低混凝土 强度,随着矿渣微粉掺量的增加,浆体凝结时间的延长幅度增 大,但对浆体凝结时间的延长幅度小于粉煤灰。粉煤灰与矿渣 微粉复合掺加时,在不影响{昆凝土拌合物性能和中后期强度的 ,j飓耀蜒 专巡骥出 印∞∞ ∞ 娼诣盯拍帖 ∞鹕揭耵拍稻私船舱甜柏暑;∞ ∞ PdI2、 戆王f蜒 墨l、 飘辖堰 安徽建筑 2012年第4期总185期 冻融锤zg/次 图8冻融循环后相对动弹性模量的变化 混凝种类 图9 300次冻融循环后的相对动弹性模量 混凝种类 图1 0相对渗水高度和相对磨耗 情况下,粉煤灰与矿渣微粉复合掺加总量最大可达50%;粉煤 灰在掺合料中的比例不宜大于70%。 从技术性、经济性两方面考虑,确定采用复合掺加粉煤灰、 矿粉两种矿物掺合料的i元胶凝材料体系混凝土。以混凝土配 合比设计所得到的不掺掺合料的混凝土为基准,复合掺加粉煤 灰和矿粉,采用超量取代法,超量取代系数为1.2,其中粉煤灰、 矿粉各占50%,优化设计的混凝土实验室配合比见表2。 5混凝土力学性能和耐久性能研究 5.1原材料 矿物掺合料对胶凝材料流动性的影响 表1 胶凝材料组成 标准稠度用水量 100%C 80%C20%Fs 70%C30%FS 80%C20%F 70%C30%F 60%C20%FS20F 6O%C40%FS0.6%A 60%C20%FS20%F0.6%A 50%C25%FS25%FO.6%A 注C为水泥,F为粉煤灰,Fs为磨细矿粉,A为减水荆 混凝土实验室配合比 表2 水泥安徽海螺水泥有限公司产P.042.5;碎石安徽巢湖 产的5mm~20mm和20mm~40mm二级配碎石;砂安徽六安 产河砂;粉煤灰淮南平圩I级粉煤灰;减水剂江苏博特有限 公司产的高效减水剂;矿粉安徽清雅公司产超细矿粉。 5.2试验内容与试验方法 混凝土力学性能试验内容包括抗压强度3d、28d、抗折强 度f3d、28d和90d和抗冲击性能28d。抗压强度、抗折强度试 验,根据公路工程水泥及水泥混凝土试验规程0TG E302005规定的试验方法进行。抗冲击性能试验按ACI一544 委员会推荐的落重法Dropweight 进行。 混凝土耐久性试验内容包括抗冻性、抗渗性、耐磨性和氯 离子快速渗透试验,试验龄期均为28d。抗冻性、抗渗性和耐磨 性试验,根据公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG E302005进行,氯离子快速渗透试验采用ASTM 12021994 的试验方法。 5.3混凝土配合比见表3 5.4主要研究结果 混凝土抗压强度、抗折强度试验结果列于表4。试验结果 显示,相对于普通混凝土,掺掺合料混凝土3d抗折强度均有所 降低,单掺矿粉和矿粉与粉煤灰复合掺加时,降低微小小于 10%;单掺粉煤灰时降低明显,达17%。掺掺合料混凝土28d 抗折强度与普通混凝土基本相当,90d抗折强度比基准混凝土 略有增加,且复合掺加时增加幅度最大。掺加掺合料对混凝土 抗压强度的影响规律,与对抗折强度的影响基本相同,3d强度 有所降低,28d强度基本持平。其中单掺粉煤灰时3d强度降低 最大,达15%。 矿粉对混凝土早期强度的贡献大于粉煤灰,并且矿粉与粉 煤灰复合掺加时,抵消了粉煤灰对混凝土早期强度的降低效 应。单掺粉煤灰时,28d后的强度增长幅度最大,粉煤灰与矿粉 复合掺加时,28d后的强度增长幅度变小,说明矿粉促进了粉 煤灰28d前的水化活性。从表4中计算的混凝土压折比可以看 出,无论是单掺还是复合掺加,掺加掺合料对混凝土压折比基 本无影响。 检 钡q 、 试 验 与 测 量 技 术 安 徽 建 筑 im 重 5 4 2 1 8 7 2 4 1 拍 o石 嚣一默擂葭靶 /銎磕嚣谢挺篙舷牿隘 2012年第4期总185期 安徽建筑 检 测 、 试 验 与 测 量 技 术 圜 混凝土配合比 表3 FSF 4.I1 6.48 6.68 27.5 51.9 8.O1 试验编号 c FS F FSF 一 2O0o~4OO 1O0020o O O 100~10o0 loo k 水 g/ 泥m/k ,k , 銮 }2 乏磐水胶比 248 576 1409 0.6% 61 61 0.41 场 筠 窬 尔 出乖 尜 乖 帝 带 绵 矫 {; 上接第167页 3。 混凝土抗冻性试验结果见图7和图8,图7为冻融循环4 种混凝士的质量损失率,图8为冻融循环四种混凝土的相对动 弹性模量。从混凝土经冻融循环后的质量损失率来看,掺粉煤 灰混凝土质量损失率相对较大,其它3种在200次冻融循环前 的质量损失率基本相近。经200次冻融循环后,普通混凝土质 量损失率呈现较大增加,掺矿粉混凝土和复合掺加粉煤灰和矿 粉混凝土经300次冻融循环的质量损失率相近,但在250次时 前者明显大于后者。 从相对动弹性模量的变化来看,图9显示,动弹性模量的 损失速率,普通混凝土和粉煤灰混凝土近似直线,矿粉混凝土 和双掺混凝土100次前损失缓慢。300次循环后的相对动弹性 模量,掺加掺合料混凝土均比普通混凝土高,其中双掺混凝土 比基准混凝土高约13%。 抗渗和耐磨性试验结果列于表5,图l0为4种混凝土相 对渗水高度和相对磨耗。 与基准混凝土相比,掺加掺合料混凝土渗水高度均比基准 混凝土低,其中复合掺加矿粉和粉煤灰混凝土渗水高度最低, 为基准混凝土的63%。 与基准混凝土相比,掺加掺合料混凝土单位面积磨耗比基 准混凝土均略有增加,其中粉煤灰混凝土单位面积磨损量最 大,比基准混凝土大15%。 氯离子渗透性试验结果列于表6。结果显示,掺加掺合料 混凝土通过电极的电量均有不同程度降低,单掺矿粉和单掺粉 煤灰电通量基本相同,复合掺加粉煤灰和矿粉时电通量为基准 混凝土的75%。表7为美国混凝土协会ACI推荐的混凝土氯 离子渗透性评价标准,对照此标准,双掺混凝土的氯离子渗透 性属低水平。 6结论 通过前期试验研究发现,采用复合掺加粉煤灰、矿粉两种 矿物掺合料和使用高效减水剂复合技术路线可以制备出符合 要求的高性能混凝土,其混凝土实验室配合比见表8。现场试 验段选择此配合比。 可以考虑先使用机场原材料经现场实验室试拌,调整新拌 混凝土的工作性能,在不太重要的部位试打,然后再在试验段 工程应用。 在图所示中,双层窗关闭时,内外层窗户之间形成一个存 有空气的空间,受太阳光的辐射使空气加热,当同时开启内层 左上角活动窗口1和内层右下角活动窗口7时,室内的空气 经过内外层窗之间被太阳辐射加热,通过内层左上角可以开启 的小窗口1和右下角可以开启的窗口7在室内循环,室内温 度上升。 3.2强制通风换气工作过程 当同时开启外层左上角可以开启的小窗口1和内层右下 角可以开启的小窗口7时,室内的空气经过内外层窗之间被 勿 s s J, 太阳辐射加热,通过外层左上角可以开启的小窗El3和内层 右下角可以开启的小窗口7将室内的空气排出室外,达到通 风换气的目的。 4结论与说明 综上所述,太阳能在建筑自然通风设计中应用的设计方 案,其特点是结构简单,可以利用窗户在采光的同时,通过太阳 光的辐射作用,使双层窗内的空气被加热对流,通过开启设置 在对角线位置的小窗El实现对室内空气加热或者通风换气。 虽 兮 ∞ ∞ 8 7 8 8 6 0 骢 船 4 7 1 加 ∞ 6 6 6 2 ∞ 6 6 6 4 4 3 c F

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