機場專用水泥研究與應用

曾飛，陳俊華，王剛，黃英姿，文強，熊義俊，劉愛云

（中國葛洲壩集團水泥有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

飛機是人們出行經常使用的交通工具，隨著國家經濟的發展，基礎設施建設不斷完善，新建機場數量也在逐年增加[1]。現階段，水泥混凝土道面廣泛應用于機場，要嚴格控制機場混凝土質量，從而為飛機的起飛和降落平穩性提供保障，同時也保障了起飛和降落的安全性。機場的混凝土道面如果耐久性差，會對飛機的安全造成隱患，且翻修也會造成巨大的浪費，因此在建設之初，應充分考慮機場混凝土的耐久性問題，開發具有高韌性與耐磨性的機場專用混凝土。

我國未來還會有較大規模機場建設，機場水泥混凝土市場前景廣闊，水泥需求量巨大，我公司作為國內大型水泥生產企業，研究符合機場混凝土道面高韌性與耐磨性等需求特征的水泥產品具有重要的意義，一方面可儲備機場水泥生產技術，提升企業技術實力，另一方面能鞏固企業在機場領域內品牌地位，增強品牌影響力。

1 產品主要質量控制指標

通過了解水泥混凝土機場道面項目客戶需求，結合國家相關標準要求，確定了機場道面專用水泥質量控制指標：

（1）抗折強度和耐磨性是機場水泥混凝土道面關鍵指標，良好的抗折強度和耐磨性能提升機場混凝土道面韌性，延長跑道使用壽命。具體指標：水泥抗折強度28d≥8.0MPa，耐磨性 28d 磨耗量≤2.5kg/m2。

（2）水泥凝結時間直接影響混凝土強度及混凝土工作性能，因此要提高水泥凝結時間的穩定性。具體指標：水泥初凝時間≥1.5h，終凝時間≤10h。

（3）降低水泥需水量對降低混凝土用水量、提高混凝土強度、降低水泥用量有重要意義。具體指標：水泥需水量≤28%。

（4）水泥的化學成分和物理指標符合表 1 要求。

表 1 化學成分和物理指標技術要求 %

2 研究過程

2.1 原燃材料選擇

結合產品質量技術要求及公司周邊地材資源情況綜合考慮，鈣質材料選用公司自有礦山生產和均化的石灰石，硅質材料選用公司附近頁巖及紅砂巖，鐵質材料選用公司附近鐵礦石，鋁質材料選用公司附近濕粉煤灰，燃料選擇穩定性較好的陜西原煤。原材料質量控制指標見表 2。

2.2 分析不同配比熟料中化學成分以及對熟料強度的影響

不同配比熟料成分化學分析見表 3，熟料物理性能檢驗結果見表 4。

表 2 原材料主要質量控制指標

表 3 不同生料配比熟料成分化學分析

表 4 熟料物理性能檢驗結果

通過分析不同礦物組成含量熟料物理性能，可以看出隨著 C4AF 含量的增加，熟料 28d 抗折強度逐漸提高，表明 C4AF 有助于提高熟料抗折強度，增加結構韌性，應適當提高 C4AF 含量。隨著 C3A 含量的增加，熟料早期強度逐漸增加，熟料后期強度變化不明顯。

2.3 制定生料配料方案和驗證熟料性能

根據原材料質量控制要求，現場取樣測定各材料化學組分，同時考慮熟料化學成分對熟料強度的影響，初步擬定生熟料配料方案見表 5，擬定生熟料三率值控制指標見表 6，生產出的熟料化學分析和物理分析見表 7和表 8。

表 5 生熟料化學成分及配料 %

表 6 生熟料三率值控制指標

從以上配料方案可以看出，所選原材料各項指標滿足生產機場水泥各項控制指標要求，熟料三率值控制相對合理，C3A、C4AF 等指標均在控制指標范圍內。

從熟料化學分析和物理檢驗結果可以看出，熟料化學組成及礦物組成在控制指標范圍內，熟料 28d 抗壓強度和抗折強度較高，為提高生產水泥抗壓強度和抗折強度提供了保障。

2.4 確定助磨劑、混合材、緩凝材料種類和摻量

通過小磨和大磨工業試驗，尋找合適品質的助磨劑、混合材和緩凝材料，確定其摻量，控制好水泥細度與比表面積，提高水泥的適應性，同時對試生產水泥進行干縮率和耐磨性檢測。

2.4.1 助磨劑的選擇

選用助磨劑廠家為湖北荊門某生產廠家，根據前期生產使用經驗，通過小磨試驗，確定助磨劑最佳摻比。助磨劑小磨試驗配比及試驗結果如表 9。

對比未添加助磨劑空白樣與添加了 0.05% 助磨劑的試驗樣，熟料摻量下降了 5%，3d 抗折強度增長了0.4MPa，3d 抗壓強度增長了 3MPa，28d 抗折強度增長了 0.1MPa，28d 抗壓強度增長了 1.3MPa，結果表明摻了 0.05% 助磨劑后，在熟料摻比下降 5% 情況下，抗壓強度與抗折強度均有增長，因此該品種助磨劑對抗壓強度與抗折強度均有較好的提升作用。

表 7 熟料化學分析

表 8 熟料物理性能

表 9 助磨劑小磨試驗配比及結果

2.4.2 混合材、緩凝材料的選擇

根據機場水泥技術要求，混合材不得摻窯灰、煤矸石、火山灰、黏土、煤渣。當前公司附近可用混合材有鋼渣和石灰石粉末，考慮到鋼渣成本高、易磨性差、供應緊張采購難度大，因此選用石灰石粉末作為混合材單摻，緩凝材料選擇天然石膏和磷石膏雙摻。石灰石粉末活性試驗結果如表 10。熟料、石灰石粉末、磷石膏、天然石膏小磨試驗配比如表 11，試驗結果如表 12。

表 10 石灰石粉末活性試驗結果

通過小磨試驗發現，當石灰石粉末摻量在 5%～7%時，水泥 28d 抗折強度均超過了 8.0MPa，其中石灰石粉末摻量在 5% 時抗折強度最高為 9.2MPa，因此確定石灰石粉末最佳摻量為 5%～7%。

表 11 小磨試驗配比 %

表 12 小磨試驗結果

表 13 大磨試驗配比 %

2.4.3 大磨工業試驗

通過小磨試驗大致確定水泥配比后，進行大磨工業試驗進一步確定最佳方案。

熟料、石灰石粉末、磷石膏、天然石膏大磨工業試驗配比見表 13，試驗結果見表 14。

通過大磨工業試驗顯示，在磷石膏摻量在 1.5%～2.0% 時，水泥 28d 抗折強度較高，均超過了 8.0MPa，且凝結時間合適，標準稠度用水量低，所有指標均可滿足目標控制區間。

表 14 大磨試驗結果

2.4.4 干縮率和耐磨性檢測

根據試驗情況組織水泥生產，取生產樣進行干縮率和耐磨性檢測，數據見表 15。

表 15 生產水泥干縮率和耐磨性試驗結果

機場水泥要求干縮率控制指標≤0.09%，實測值為 0.076%，磨耗量控制指標≤2.5kg/m2，實測值為0.441kg/m2，滿足產品質量控制要求。

2.5 混凝土試配驗證試驗

通過開展混凝土試配試驗，研究新拌混凝土及硬化混凝土工作性能，防止新拌混凝土泌水，硬化混凝土產生裂紋。

按照機場水泥混凝土道面客戶當前施工配比（水 133kg/m3，水泥 325kg/m3，河砂 639kg/m3，碎石1423kg/m3）試拌混凝土，觀察新拌混凝土及硬化混凝土工作性能，檢測混凝土 7d 及 28d 抗壓強度和抗折強度。試驗結果見表 16。

通過混凝土試拌試驗，新拌混凝土工作性能良好，未出現泌水現象，硬化混凝土未出現明顯裂紋，抗折強度達到客戶質量控制標準。

表 16 混凝土抗壓強度及抗折強度試驗結果

3 結論

本文通過大量試驗數據及生產過程驗證，對機場專用水泥研發與生產做了詳細研究，產品成功應用于實際生產，公司生產的機場專用水泥具有抗折強度高、耐磨性好、凝結時間穩定、適應性好等優點，能滿足客戶個性化需要，后期公司將繼續加大科技研發力度，不斷提升產品質量。