机场跑道FC纤维道面混凝土的试验研究

毛汗青

摘 要：北京新机场作为我国本世纪国家重大基础设施建设工程，本期将建设4条跑道，将新建近1000万平方米的混凝土道面，浇筑400万立方的混凝土。北京新机场作为世界范围内首个1000万平米机场道面、四条跑道同时开工建设的水泥混凝土道面新建机场，世界范围内尚属首次，因此，确保在北京新机场建设工期内“超大面积与超大体量”机场道面工程的质量控制是迫切需解决的关键技术难题。

关键词：FC纤维混凝土;抗弯拉强度;抗裂;试验段

混凝土道面开裂劣化现象较为普遍，道面开裂会使混凝土耐久性下降，造成道面劣化，影响道面的结构安全与使用安全。开裂原因多方面，包括材料本身的收缩开裂，冻胀开裂，温度梯度应力造成的温度开裂等原因。以首都机场东跑道为例，2014年出现3块断裂板，2015年增加到43块。道面受到冻融循环、盐冻及腐蚀等耐久损伤导致机场产生大量FOD损坏，这些道面剥落物极大影响道面抗滑性能与平整度极易引起飞机失稳冲出跑道，造成飞机发动机、轮胎等重要部件的损坏。

一、道面混凝土施工流程

关于道面混凝土施工方法及其技术操作，应具体结合工程项目特点以及所在施工地点的实际情况，包括地形地貌、环境条件、施工组织结构等。基本流程如下：第一步，施工前的准备工作;第二步，测量放样与复测高程;第三步，清理道面基层;第四步，安装模板;第五步，对道面混凝土进行浇筑;第六步，使用机械设备将浇筑过的混凝土振捣密实提浆并将混凝土表面抹平、拉毛;第七步，拆除之前安装好的模板;第八步，切缝，养生。

二、FC纤维混凝土的试验段研究

（一）施工现场试验段施工：

时间：2018年7月21日;

地点：北京新机场飞行区9标四川场道施工现场：FC纤维混凝土面层试验段选定在东跑道本标段南端位置处，坐标：A6040-A6192/B7400-B7405，面积760㎡，跑道面层混凝土厚度为42cm.

（二）原材料及试验配合比

（1）水泥采用唐山圣龙水泥有限公司生产的P.O42.5水泥;

（2）碎石选用的涞水地区生产的4.75～19.5mm碎石和9.5～31.5mm碎石，压碎值20.0%，含泥量：0.67% ，堆积密度1.67g/cm3，表观密度2.75 g/cm3;

（3）砂选用的河北曲阳生产的中砂，细度模数2.78，含泥量0.7%，表观密度2.67 g/cm3，堆积密度1.60 g/cm3;

（4）外加剂选用重庆迪翔建材有限公司生产的DXT-V1引气型减水剂，掺量为2.0%;

（5）FC纤维：采用杜强华微（北京）高新材料科技有限公司生产的国家863项目超高强改性聚酯合成纤维，简称FC纤维。其外观为白色细绒丝状，线密度为8.06，断裂强度为1319MPa，断裂伸长率为21%，初始模量为11GPa，耐碱性能为98.6%配合比（kg/m3）：

（1）普通组

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

（2）纤维组

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

（三）试验结果及分析

（1）纤维混凝土的抗弯拉强度

搅拌站出料后，将普通机场道面混凝土与FC纤维混凝土各自现场取样，并在试验室成型抗折试件4组，用于比较试验段普通组、纤维组混凝土的7d及28d抗弯拉强度。对于7d龄期时，普通组的试件抗弯拉强度分别为4.90MPa、4.85MPa、4.70MPa，均值为4.82MPa，纤维组的试件抗弯拉强度分别为5.00MPa、5.30MPa、5.10MPa，均值为5.13MPa，即7d龄期时纤维组比普通组抗弯拉强度值略高;对于28d龄期时，普通组的抗弯拉强度分别为5.77MPa、5.82MPa、5.78MPa，均值為5.79MPa，纤维组的试件抗弯拉强度分别为6.05MPa、5.98MPa、6.06MPa，均值为6.03MPa，即28d龄期时纤维组比普通组抗弯拉强度值有提高。

因此，试验结果表明，掺入FC超高强改性合成纤维，机场道面混凝土的7d及28d抗弯拉强度略有提高。

（2）FC纤维混凝土抗冻耐久性

试验段摊铺时现场取样并在试验室成型抗冻试件2组，将普通机场道面混凝土与FC纤维混凝土这两种混凝土试件进行300次冻融循环，用于试验混凝土抗冻性能。

试件完成300次冻融循环后：

普通组混凝土质量损失率为3.96%，相对动弹性模量为85.2%，

纤维组混凝土质量损失率为1.08%，相对动弹性模量为94.3%，

因此，试验结果表明纤维对机场道面混凝土的抗冻耐久性提高9.1%。

（3）FC纤维混凝土抗冲击性能

现场取样FC纤维混凝土，养护到规定的龄期，采用自然落锤冲击装置测定纤维混凝土的抗冲击性能。依据GB/T 21120-2007《水泥混凝土和砂浆合成纤维》，28d龄期的抗冲击次数比要求≥1.5，FC纤维混凝土抗冲击测试结果为1.56，即抗冲击性能满足技术要求。

（4）FC纤维混凝土抗裂性能

采用标准测试方法，普通组在4.5h出现开裂，即该混凝土的最早开裂时间为4.3小时，在24h测试结束时，普通组总共有3条裂缝，纤维组均为表现出任何开裂现象。

三、试验段总结

（一）施工性能方面：

FC纤维的掺入在不改变配合比的情况下对混凝土的流动性基本没有影响，纤维在混凝土中分散较为均匀，对道面的拉毛和做面基本无影响;

（二）抗弯拉强度方面

掺入FC纤维没有降低混凝土力学强度，对强度没有不良影响;

（三）抗冻耐久性方面

掺加FC纤维能够提高机场道面混凝土抗冻耐久性

（四）抗裂性能方面

掺加FC纤维能够明显提高机场道面混凝土抗裂性能

四、结语

FC纤维是混凝土中除外加剂、掺合料之外重要的组成部分，它能均匀地分散在道面混凝土中，相互有效的搭接，形成网状立体分布，可以有效改善道面混凝土由于自身水化热反应所引起的开裂，降低相关混凝土病害的产生，在冬季严寒存在反复冻融的地区，FC纤维可以在混凝土内对自由水的反复冻融应力形成有效的抑制作用，降低混凝土的内部应力;同时FC纤维的掺入还可以有效的阻止混凝土内部细微自由水空隙，因此混凝土内部产生的反复冻融应力也随之明显减小。

综上所述，FC纤维是目前能有效的解决机场道面混凝土开裂等不良病害、提高长期性和耐久性最重要的功能性材料。

参考文献

[1]《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》（MH 5006-2015）.

[2]《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》（GB/T 21120-2007）

[3]《北京新机场预可研报告》

[4]《民用机场飞行区场道工程质量检验评定标准》（MH 5007-2017）