机场道面混凝土设计与优化.docx

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1、引言近年来，随着经济的发展，我国交通业迅猛发展。为了给人们提供更加便捷的交通服务，截至“十三五”期间，我国新建和迁建机场多达43座，新建跑道41条。机场修建之际，机场道面作为机场最重要的组成部分之一，其质量决定了飞机的安全平稳运行，因此提高机场道面的质量就变得尤为重要。本文以成都温江某机场飞行区跑道为例，通过改变项目的水胶比及粗骨料级配，测试混凝土的碎石松堆孔隙率、维勃稠度及抗折强度，以寻求最佳混凝土配合比。1工程概况温江某机场飞行区跑道，跑道呈南北布置，跑道长60m,南北两端宽2500m,跑道设计等级为4C级，要求混凝土拌合物的维勃稠度在2045s之间，同时对抗折强度及耐磨性提出了较高的要求

2、；为了达到项目的要求，优化两级配粗骨料的比例来保证抗折强度，进一步采用改变水胶比和水泥用量的方法进行配合比设计。2、试验部分2.1 试验材料水泥：峨胜P-O42.5水泥，其基本性能见表1。表1水泥基本性能标准稠度需水量比表面积/%/(m2kg)凝结时间min抗折强度/MPa抗压强度/MPa安定性初凝终凝7d28d7d28d26.8360合格1702235.88.125.352.1细集料：砂的质量对混凝土做面拉毛有重要的作用，需要选取细度模数处于2.63.0之间的优质中粗砂，目前试验所用的细集料主要为机制砂，机制砂石粉含量多且粒形多为扁平状，不能满足机场道面混凝土的耐磨性；河砂由于其长时间被水流

3、冲洗，粒形较为圆润且干净，因此细集料选用干净、坚硬的天然砂，细度模数为2.8。粗集料：碎石采用质地坚硬、干净以及耐磨性好的4.7519mm和1631.5mm粒径粗集料进行复配，其中4.7519mm碎石泥块含量为0.3%,针片状含量为5%；1631.5mm碎石泥块含量为0.1%,针片状含量为3%。水：使用符合GB5749-2023生活饮用水卫生标准的饮用水。2.2 配合比的设计流程依据JTGTF30-2014公路水泥混凝土路面施工细则、MH50062015民用机场水泥混凝土面层施工技术规范及MHT5004-2010民用机场水泥混凝土道面设计规范进行机场道面混凝土配合比设计，具体设计流程如下：确定

4、28d配制弯拉强度，见式（1）：fc=1-1.04Cv+ts式中：fe28d弯拉强度均值，MPa;fr设计弯拉强度,设计值为5.OMPa;Cv弯拉强度变异系数，取0.06；t保证率系数，取0.91；S弯拉强度试验样本的标准差，0.25MPao将数值代入式（1）得,f=5.5MPa确定水胶比，见式（2）：1.5684（2）C-X+1.0097-0.3595式中：水泥28d实测抗折强度，测试值为8.1MPa0将数值代入式（2）得，水胶比WC=0.43确定单位用水量，为了保证机场道面混凝土维勃稠度满足要求，且成都冬季温度较高，对混凝土的防冻要求小，因此配合比设计过程中未掺加外加剂，单位用水量的计算见

5、式（3）：Wq=104.97+0.309S1+11.270.615p（3）W式中：S1混凝土设计坍落度,设计值为10mm;S1.混凝土砂率，根据砂子的细度模数选取砂确定单位水泥用量，见式(4)：CO=%)(4)W将水胶比和单位用水量代入式(4)得，水泥用量Co=316kgm30确定砂石用量,砂石用量的确定使用绝对体积法,计算见式(5)：rwaW.Ia=I(5)PcPWPSPg式中：PC水泥的表观密度，取3.1kgm;pw水的密度，K1.0kgm3;PS碎石的表观密度，取2.7kg/n/；Pc砂子的表观密度，取2.6kgn由于未添加引气组分，取1,将上述数值代入式(5)得，砂子用量=693kgm

6、碎石用量=1316kgm2.3 试验配合比的确定根据计算所得配合比，调整水胶比确定试验配合比，具体的试配混凝土配合比见表2。表2试配混凝土配合比编号水胶比砂率/%水/(kgm3)水泥/(kgm3)砂/(kgm3)4.7519mm碎石/(kgm3)1631.5mm碎石/(kgm3)10.3934122.931569339592120.3934124.832069339592130.3934126.832569339592140.4134129.231569339592150.4134131.232069339592160.4134133.332569339592170.4334135.53156

7、9339592180.4334137.632069339592190.4334139.83256933959212. 4试验方法碎石最小松堆孔隙率:将4.75-19mm碎石和16-31.5mm碎石按照不同的比例进行混合，按照JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准进行试验。混凝土拌合物维勃稠度测试:试验选用无锡建仪HVA-BR型维勃稠度仪,按照GB/T50080-2016普通混凝土拌合物性能测试方法标准进行试验。混凝土抗折强度：试验成型150mm150mmX55Omm的标准试件，依据GB/T500812016普通混凝土力学性能试验方法标准进行试验。3、结果与讨论3.1 不同复配

8、比例对碎石松堆孔隙率的影响骨料级配良好，可使混凝土路面形成密实的骨架结构，可以提高混凝土强度；且较小的孔隙率不会降低混凝土砂浆保护层的厚度，不影响最终面层的耐磨性。因此选取4.7519mm碎石：1631.5mm碎石的匆配比例为1：9、2：8、3：7、4：6及5：5,以最小松堆孔隙率为指标，确定最优的复配比例，试验结果见表3。表3不同比例粗集料松堆孔隙率序号4.7519mm碎石：1631.5mm碎石松堆孔隙率/%11：940.322：839.133：736.744：636.955：540.6由表3可知，随着4.7519mm粒径碎石用量的增加，复配碎石的松堆孔隙率呈现出先增加后降低的趋势；当4.7

9、5-19mm：16-31.5mm的比例为3：7时，松堆孔隙率最小，为36.7%,因此选定2种碎石的复配比例为3：7。3.2 水胶比对混凝土维勃稠度的影响按照表2的试配配合比进行试验，并对混凝土拌合物的维勃稠度进行测试，测试结果见表4。由表4可以看出，当水泥用量相同时，随着水胶比的增大，维勃稠度降低，当水胶比为0.43时，混凝土拌合物的维勃稠度最小，仅有17s,比水胶比为0.39的混凝土拌合物维勃稠度提升了约55.6%；在水胶比相同的情况下，随着胶凝材料的增加，其维勃稠度变化不大，这说明了水胶比对拌合物维勃稠度有较大的影响。机场道面混凝土性能要求其具有良好的施工性、抗裂性、耐磨性、耐久性，为了保

10、证其施工性，在配合比设计的过程中水胶比不宜过小。表4机场道面混凝土的维勃稠度编号维勃稠度/S1372363404325336327198209173.3 水胶比对混凝土抗折强度的影响图1为水泥用量分别为315kg320kgm325kgm3时，不同水胶比对混凝土抗折强度的影响.由图1可知，随着水胶比的增大，混凝土的抗折强度呈现降低的趋势；其中当水胶比为0.43时，混凝土的28d抗折强度分别为5.5MPa、5.8MPa及5.9MPa；相比之下，水胶比为0.39的混凝土试件其抗折强度分别增长了14.5%、10.8%及8.5%；对于水胶比为0.39的混凝土试件，其7d抗压强度都已经达到了设计标准的10

11、1%,影响干硬性混凝土抗压强度的主要因素是水胶比，因此，为了保证混凝土的强度能够达到要求，在配合比的设计过程中，水胶比不宜过大。水泥用量315kgn(b)水泥用量320kgm(C)水泥用325kgm图1水胶比对混凝土抗折强度的影响3.4 水泥用量对混凝土抗折强度的影响图2为水胶比分别为0.39、0.41、0.43时不同水泥用量对混凝土抗折强度的影响。由图2可以看出，无论是水胶比为0.39、0.41还是0.43的配合比，当水泥用量由315kg/增加到320kg?时，其抗折强度有所增长，但增长幅度并不明显，其中，水胶比为0.43的配比增长速率最快，增长了5.2%；继续增加水泥用量可以发现，所有配比

12、抗折强度不再增长。因此，在满足设计要求的前提下，结合成本考虑，本配合比水泥用量宜为320kgm765432水泥用/(kQm,I(a)水胶比0.39O315320325水泥用(%mj)(b)水股比0.41765432BdnK率归315320325水泥用/(kQ?I(C)水股比0.43765432Bdmi归图2水泥用量对混凝土抗折强度的影响4、工程应用效果为了达到项目要求，结合站点上生产当天原材料性能检测，在最终生产的过程中对试验室配合比进行了一定的调整，调整后的配合比及其性能见表5。表5混凝土生产配合比及其性能水胶比砂率/%水泥/(kgm3)砂/(kgm3)4.7519mm碎石/(kgm3)16

13、31.5mm碎石/(kgm3)维勃稠度/S28d抗折强度/MPa0.4034325693395921366.1图3为生产过程中留样道面混凝土拌合物的状态。由图3可知，拌合物的状态较为干燥，符合道面混凝土拌合物状态要求的；结合表5的数据，测得施工配合比的维勃稠度为36s,在施工过程中，混凝土的工作性能和强度等都达到了项目的要求。图3生产过程中拌合物状态结论本文通过研究0.39、0.41、0.43不同水胶比和3种水泥用量对机场道面混凝土拌合物的状态和力学性能的影响规律，得出以下结论：(1)水胶比对机场道面混凝土拌合物的状态和力学性能影响较大，随着水胶比的增大，混凝土拌合物的维勃稠度降低，抗折强度也有所下降；当水胶比为O.39时，拌合物的维勃稠度最快为36s,拌合物干，不利于施工；当水胶比为0.43时，道面混凝土抗折强度最高也仅为5.9MPa,不满足要求，所以综合选定水胶比为0.41。(2)当水胶比为0.41时，水泥用量对机场道面混凝土影响较小，随着水泥用量的增加，维勃稠度几乎一致，抗折强度略有增长，因此综合选定水泥用量为325kg(3)通过理论计算及试验室验证，最终确定生产配合比为水胶比040,砂率34%,水泥用量325kgm砂子用量693kgm4.7519mm碎石用量395kgm1631.5mm碎石用量921kgm3