機場跑道FC纖維道面混凝土的試驗研究

毛汗青

摘 要：北京新機場作為我國本世紀國家重大基礎設施建設工程，本期將建設4條跑道，將新建近1000萬平方米的混凝土道面，澆筑400萬立方的混凝土。北京新機場作為世界范圍內首個1000萬平米機場道面、四條跑道同時開工建設的水泥混凝土道面新建機場，世界范圍內尚屬首次，因此，確保在北京新機場建設工期內“超大面積與超大體量”機場道面工程的質量控制是迫切需解決的關鍵技術難題。

關鍵詞：FC纖維混凝土;抗彎拉強度;抗裂;試驗段

混凝土道面開裂劣化現象較為普遍，道面開裂會使混凝土耐久性下降，造成道面劣化，影響道面的結構安全與使用安全。開裂原因多方面，包括材料本身的收縮開裂，凍脹開裂，溫度梯度應力造成的溫度開裂等原因。以首都機場東跑道為例，2014年出現3塊斷裂板，2015年增加到43塊。道面受到凍融循環、鹽凍及腐蝕等耐久損傷導致機場產生大量FOD損壞，這些道面剝落物極大影響道面抗滑性能與平整度極易引起飛機失穩沖出跑道，造成飛機發動機、輪胎等重要部件的損壞。

一、道面混凝土施工流程

關于道面混凝土施工方法及其技術操作，應具體結合工程項目特點以及所在施工地點的實際情況，包括地形地貌、環境條件、施工組織結構等。基本流程如下：第一步，施工前的準備工作;第二步，測量放樣與復測高程;第三步，清理道面基層;第四步，安裝模板;第五步，對道面混凝土進行澆筑;第六步，使用機械設備將澆筑過的混凝土振搗密實提漿并將混凝土表面抹平、拉毛;第七步，拆除之前安裝好的模板;第八步，切縫，養生。

二、FC纖維混凝土的試驗段研究

（一）施工現場試驗段施工：

時間：2018年7月21日;

地點：北京新機場飛行區9標四川場道施工現場：FC纖維混凝土面層試驗段選定在東跑道本標段南端位置處，坐標：A6040-A6192/B7400-B7405，面積760㎡，跑道面層混凝土厚度為42cm.

（二）原材料及試驗配合比

（1）水泥采用唐山圣龍水泥有限公司生產的P.O42.5水泥;

（2）碎石選用的淶水地區生產的4.75～19.5mm碎石和9.5～31.5mm碎石，壓碎值20.0%，含泥量：0.67% ，堆積密度1.67g/cm3，表觀密度2.75 g/cm3;

（3）砂選用的河北曲陽生產的中砂，細度模數2.78，含泥量0.7%，表觀密度2.67 g/cm3，堆積密度1.60 g/cm3;

（4）外加劑選用重慶迪翔建材有限公司生產的DXT-V1引氣型減水劑，摻量為2.0%;

（5）FC纖維：采用杜強華微（北京）高新材料科技有限公司生產的國家863項目超高強改性聚酯合成纖維，簡稱FC纖維。其外觀為白色細絨絲狀，線密度為8.06，斷裂強度為1319MPa，斷裂伸長率為21%，初始模量為11GPa，耐堿性能為98.6%配合比（kg/m3）：

（1）普通組

水泥：水：砂：碎石（4.75-19.5mm）：碎石（9.5-31.5mm）：外加劑：FC纖維? ? =330：130：591.6：434.5：1013.9：6.6：0

（2）纖維組

水泥：水：砂：碎石（4.75-19.5mm）：碎石（9.5-31.5mm）：外加劑：FC纖維? ? =330：130：591.6：434.5：1013.9：6.6：1.4

（三）試驗結果及分析

（1）纖維混凝土的抗彎拉強度

攪拌站出料后，將普通機場道面混凝土與FC纖維混凝土各自現場取樣，并在試驗室成型抗折試件4組，用于比較試驗段普通組、纖維組混凝土的7d及28d抗彎拉強度。對于7d齡期時，普通組的試件抗彎拉強度分別為4.90MPa、4.85MPa、4.70MPa，均值為4.82MPa，纖維組的試件抗彎拉強度分別為5.00MPa、5.30MPa、5.10MPa，均值為5.13MPa，即7d齡期時纖維組比普通組抗彎拉強度值略高;對于28d齡期時，普通組的抗彎拉強度分別為5.77MPa、5.82MPa、5.78MPa，均值為5.79MPa，纖維組的試件抗彎拉強度分別為6.05MPa、5.98MPa、6.06MPa，均值為6.03MPa，即28d齡期時纖維組比普通組抗彎拉強度值有提高。

因此，試驗結果表明，摻入FC超高強改性合成纖維，機場道面混凝土的7d及28d抗彎拉強度略有提高。

（2）FC纖維混凝土抗凍耐久性

試驗段攤鋪時現場取樣并在試驗室成型抗凍試件2組，將普通機場道面混凝土與FC纖維混凝土這兩種混凝土試件進行300次凍融循環，用于試驗混凝土抗凍性能。

試件完成300次凍融循環后：

普通組混凝土質量損失率為3.96%，相對動彈性模量為85.2%，

纖維組混凝土質量損失率為1.08%，相對動彈性模量為94.3%，

因此，試驗結果表明纖維對機場道面混凝土的抗凍耐久性提高9.1%。

（3）FC纖維混凝土抗沖擊性能

現場取樣FC纖維混凝土，養護到規定的齡期，采用自然落錘沖擊裝置測定纖維混凝土的抗沖擊性能。依據GB/T 21120-2007《水泥混凝土和砂漿合成纖維》，28d齡期的抗沖擊次數比要求≥1.5，FC纖維混凝土抗沖擊測試結果為1.56，即抗沖擊性能滿足技術要求。

（4）FC纖維混凝土抗裂性能

采用標準測試方法，普通組在4.5h出現開裂，即該混凝土的最早開裂時間為4.3小時，在24h測試結束時，普通組總共有3條裂縫，纖維組均為表現出任何開裂現象。

三、試驗段總結

（一）施工性能方面：

FC纖維的摻入在不改變配合比的情況下對混凝土的流動性基本沒有影響，纖維在混凝土中分散較為均勻，對道面的拉毛和做面基本無影響;

（二）抗彎拉強度方面

摻入FC纖維沒有降低混凝土力學強度，對強度沒有不良影響;

（三）抗凍耐久性方面

摻加FC纖維能夠提高機場道面混凝土抗凍耐久性

（四）抗裂性能方面

摻加FC纖維能夠明顯提高機場道面混凝土抗裂性能

四、結語

FC纖維是混凝土中除外加劑、摻合料之外重要的組成部分，它能均勻地分散在道面混凝土中，相互有效的搭接，形成網狀立體分布，可以有效改善道面混凝土由于自身水化熱反應所引起的開裂，降低相關混凝土病害的產生，在冬季嚴寒存在反復凍融的地區，FC纖維可以在混凝土內對自由水的反復凍融應力形成有效的抑制作用，降低混凝土的內部應力;同時FC纖維的摻入還可以有效的阻止混凝土內部細微自由水空隙，因此混凝土內部產生的反復凍融應力也隨之明顯減小。

綜上所述，FC纖維是目前能有效的解決機場道面混凝土開裂等不良病害、提高長期性和耐久性最重要的功能性材料。

參考文獻

[1]《民用機場水泥混凝土面層施工技術規范》（MH 5006-2015）.

[2]《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》（GB/T 21120-2007）

[3]《北京新機場預可研報告》

[4]《民用機場飛行區場道工程質量檢驗評定標準》（MH 5007-2017）