机场道面混凝土性能优化设计研究

研究了含气量和掺合料对机场道面混凝土抗弯拉强度、抗冻性和抗盐冻剥蚀性的影响.结果表明:通过引气,可显著提高其抗冻性和抗盐冻剥蚀性,且较明显地提高混凝土的抗弯拉强度;相同含气量下,干硬性混凝土抗冻性和抗盐冻剥蚀性明显低于常态混凝;为了获得较高的后期强度增长,当采用硅酸盐水泥配制混凝土时,建议掺质量分数为15%的低钙粉煤灰或矿渣粉.气泡结构参数分析数据可很好地解释这些试验结果,并证明了干硬性混凝土的引气泡稳定性和气泡结构要显著比常态混凝土差.     

气泡结构特征对混凝土抗盐冻性能的影响

采用快冻法研究普通混凝土、引气混凝土和高性能混凝土在3.5%(质量分数)的NaC l溶液中的抗盐冻性能以及混凝土抗盐冻性能与气泡特征参数间的关系.结果表明:当引气剂的品种确定后,混凝土的气泡平均间距(L-)和气泡平均直径(D-)在很大程度上依赖于含气量,含气量越高,L-和D-越小;矿物掺合料对混凝土的气泡结构特征及其规律性并没有明显的影响;掺引气剂是提高混凝土抗冻融破坏能力的有效手段,同一般冻融环境中混凝土的普通抗冻性一样,含气量对抗盐冻性的影响也存在一个临界范围,在普通冻融环境中,混凝土的临界含气量为2.0%～3.0%,盐冻环境下临界含气量提高到4.5%～5.0%;高性能混凝土具有良好抗盐冻性所要求的气泡平均间距与强度等级有关,在强度等级低于C50时,混凝土的气泡平均间距必须小于250μm,当强度等级提高到C60以上时可增大到700μm.     

基于RCM的纤维素纤维引气道面混凝土力学性能研究

在普通道面混凝土中加入纤维素纤维和引气剂,配制纤维素纤维引气道面混凝土,进行抗压强度和抗折强度试验。采用RSM方法,利用Design Expert统计分析软件,对纤维素纤维引气道面混凝土的力学试验结果进行模型拟合,分析含气量和纤维素纤维掺量各自变量及其交互作用对混凝土力学性能的影响。结果表明：含气量对混凝土的抗压强度影响显著,纤维素纤维掺量的影响则较弱;含气量和纤维素纤维掺量对抗压强度的交互作用不显著;含气量对混凝土抗折强度影响的显著程度稍大于纤维素纤维掺量;含气量和纤维素纤维掺量对抗折强度的交互作用显著。     

基于响应面法的纤维素纤维引气道面混凝土力学性能建模分析

在普通道面混凝土中加入纤维素纤维和引气剂,配制纤维素纤维引气道面混凝土,进行抗压强度和抗折强度试验。采用RSM方法,利用Design Expert统计分析软件,对纤维素纤维引气道面混凝土的力学试验结果进行模型拟合,分析含气量和纤维素纤维掺量各自变量及其交互作用对混凝土力学性能的影响。结果表明:含气量对混凝土的抗压强度影响显著,纤维素纤维掺量的影响则较弱;含气量和纤维素纤维掺量对抗压强度的交互作用不显著;含气量对混凝土抗折强度影响的显著程度稍大于纤维素纤维掺量;含气量和纤维素纤维掺量对抗折强度的交互作用显著。     

聚羧酸类混凝土引气剂的工程性能

针对高性能混凝土高施工性、高耐久性要求,通过掺用具有梳型结构的聚羧酸类引气剂实现高性能混凝土,研究了聚羧酸类引气剂对混凝土含气量、气泡间距系数、工作性、强度和抗冻融耐久性的影响及其与减水剂的相容性,分析了聚羧酸类引气剂改善混凝土性能的机理.研究表明:聚羧酸类引气剂在掺量为0.006%时,混凝土含气量和气泡间距系数便可满足高性能混凝土工程使用要求;该类引气剂与常用混凝土减水剂、缓凝剂相容,可与减水剂、缓凝剂复合使用;除引气作用外,聚羧酸类引气剂还具有塑化和保塑作用,尤其适用于低水胶质量比混凝土,可在不降低混凝土强度的情况下,提高混凝土抗冻融耐久性.因此,聚羧酸类引气剂可用于配制高性能混凝土和自密实混凝土.     

基于工业扫描分析混凝土气泡结构与抗盐冻性能

利用工业扫描(CT)技术对混凝土盐冻过程中气泡结构变化进行可视化表征和定量计算.研究发现引气是提高混凝土抗盐冻性能最重要的手段,建议含气量为5%~7%,同时气泡间距系数与混凝土抗盐冻性能有直接关系,气泡间距系数小于238μm时混凝土具有较好的抗盐冻性能.引气混凝土由于内部有大量小而封闭的气泡,其气泡间距系数较小,盐冻过程中气泡能够缓解结冰压,降低盐冻破坏的程度;非引气混凝土由于结冰压无法释放,当结冰压大于混凝土所能承受的膨胀力时,会在表面产生微裂缝并逐渐扩展,最终造成表面浆体剥落,形成盐冻破坏.     

冻融循环条件下引气剂对混凝土抗渗性和抗冻性影响的试验研究

通过电通量试验、表面气体渗透试验和硬化混凝土气泡参数试验,对冻融后混凝土的抗渗性及抗冻性进行了分析研究。试验结果表明引气剂可大范围阻断毛细气孔通路,引气剂对冻融次数越多的混凝土试件抗渗改善效果显著。随着混凝土冻融次数的增加,混凝土的电通量、表面气体渗透深度和表面气体渗透系数均逐渐增大。在相同冻融次数下,随着引气剂掺量的增加,表面气体渗透深度和表面气体渗透系数逐渐减小,抗渗透能力提升。在合理引气的条件下,引气剂掺量越多,引入的小气泡越多,气泡间距系数越小,改善了冻融循环条件下混凝土的抗渗性和抗冻性,提高了混凝土的耐久性。     

引气剂对混凝土气泡特征参数的影响

对比研究了掺6种引气剂混凝土的含气量、气泡间距系数、孔径分布及气泡平均直径等气泡特征参数.结果表明,除个别引气剂外,掺不同引气剂的新拌混凝土,其含气量与硬化混凝土含气量及气泡间距系数之间不存在相关性;即使新拌混凝土含气量相同,掺加不同品种引气剂混凝土的气泡间距系数、孔径分布依然有显著差别.同一品种引气剂,随含气量增加,气泡间距系数先减小后增加,小气泡和气泡总数先增加后减少;含气量过大,气泡结构变差.用含气量来评价掺不同品种引气剂混凝土的抗冻性,可能会产生较大的偏差.     

短切玄武岩纤维增强低导热型加气混凝土的试验研究

对低导热性加气混凝土进行了短切玄武岩纤维增强实验研究.测试5种不同体积掺量的加气混凝土的抗压强度与抗折强度,采用立体变焦显微镜对不同孔径的发气气孔的含量进行统计与计算.采用扫描电子显微镜观察其微观形貌,并与未掺短切玄武岩纤维的加气混凝土做对比.研究结果表明,短切玄武岩纤维能显著提高加气混凝土的强度,尤其是抗折强度.当体积掺量为0.6%时,加气混凝土的抗压强度与抗折强度均达到最大值.     

FC纤维在机场道面混凝土中的应用研究

为了研究不同掺量的FC纤维对道面混凝土抗折强度和抗裂性能的影响,设计了多组不同的混凝土配合比进行试验,对试验现象及结果进行对比,分析不同纤维掺量对抗折强度和抗裂性能的影响。结果表明：不同掺量的FC纤维对混凝土抗折强度略有提高,但效果不明显;当纤维掺量1 kg/m3～1.6 kg/m3,混凝土均未产生裂缝,抗裂效果明显。     

机场道面自密实碱激发混凝土性能研究

针对机场道面混凝土强度、耐久性高性能化的要求,采用"优质矿渣+复合碱激发剂"的技术路线,配制出坍落度≥160 mm,抗折强度7 d达7.6 MPa、28 d达8.5 MPa的自密实碱激发胶凝材料混凝土,并研究了碱激发胶凝材料混凝土的耐久性能、变形性能、施工和经济性.与目前机场道面施工中采用的水泥混凝土进行对比试验,结果表明:其抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性和耐磨性远优于传统水泥混凝土,抗渗等级达到S40以上,抗冻等级达到F300以上,耐硫酸盐和耐磨性能优异;碱激发胶凝材料混凝土属低收缩混凝土,但早期收缩略高,应采取措施加强早期养护.自密实碱激发胶凝材料道面混凝土的和易性、强度、耐久性可以满足机场道面铺筑要求,且具有良好的施工和经济性,可用于机场道面的建设.     

氯盐干湿循环下尾矿球混凝土气体渗透性与孔轴线可靠性

为研究氯盐干湿循环对尾矿球混凝土的影响，分别对普通混凝土(C)、尾矿球混凝土(T)和钢纤维尾矿球混凝土(TF 8)进行气体渗透试验和孔结构试验，得到气体渗透系数、气体体积分数、气泡频率和孔轴线可靠性随氯盐干湿循环侵蚀龄期的变化规律，给出混凝土气体渗透性、孔结构与孔轴线可靠性的关系.结果表明:随氯盐干湿循环侵蚀龄期的增加，C，T和TF 8的气体体积分数、气泡频率均增大，孔轴线可靠性减小，导致气体渗透系数增加;氯盐干湿循环会增加混凝土的渗透性，使孔径分布变差，大孔增加，孔轴线可靠性减小.     

高强合成纤维混凝土机场道面接缝抗冲击性能

针对高强合成纤维对机场道面接缝处的抗冲击性能改善作用进行了研究。研究中采用改制后的混凝土路面轮辙试验机进行轮式抗冲击试验,以混凝土脱落量来衡量其损伤程度。试验试件分为无错台和有错台2组,模拟机场道面接缝处的实际情况。结果表明:对于2组道面试件组,冲击荷载作用次数的增加均会导致混凝土脱落量的增加。对于无错台试件,1 000次冲击作用后,纤维掺量为1.4kg/m3的混凝土脱落量比普通混凝土减少51.1%。对于有错台试件,随着纤维掺量增加至1.4kg/m3,混凝土脱落量分别减少73.3%,72.5%,46.6%。这说明高强合成纤维掺量的增加可以有效减轻接缝两侧边角和错台边角的混凝土受冲击脱落现象,且改善效果越来越明显。     

引气混凝土在冻融循环过程中的氯离子渗透与孔结构

C30和C50引气混凝土在3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土表面和内部的超声声时,混凝土中的氯离子浓度分布及孔结构演变。研究结果表明:超声声时较好反映了混凝土在盐冻过程中的损伤演化,其表面和内部超声声时均先下降,后保持稳定,当混凝土剥落严重时迅速上升;冻融循环过程中的低温环境降低了混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散速度,但冻融损伤程度的增加将导致混凝土中氯离子扩散速度的提高;盐冻循环50,150和400次时,C50混凝土中孔径大于100 nm毛细孔数量由31.85%提高到42.70%和56.60%,孔径大于0.1 mm的微裂纹数量由12.80%降低为8.37%,并最终提高到25.29%。此外,混凝土经过150次冻融循环,相比于C30混凝土,C50混凝土中孔径大于100 nm的毛细孔数量降低20.10%,微裂纹数量降低43.44%。     

超细辅助胶凝材料对透水混凝土性能的影响

透水混凝土被认为是海绵城市建设中管理雨水最佳的路面材料之一,强度和透水性是透水混凝土设计时考虑的两个重要参数,为了平衡透水混凝土强度与透水性能之间关系,本文通过力学和透水试验,研究了四种超细辅助胶凝材料(硅粉、矿粉、乳胶粉、粉煤灰)和四个掺量(5%、7%、9%、11%)对透水混凝土力学性能和透水性能的影响规律。结果表明：掺超细辅助胶凝材料均能提高透水混凝土的抗压、弯拉强度,当硅粉掺量为9%时,透水混凝土28天抗压强度超过35 MPa。透水混凝土的孔隙率和透水率随着超细辅助胶凝材料掺量的增加而降低,当孔隙率控制在18%~19%范围内,可实现透水率和强度的良好平衡。孔隙率与透水率之间呈现指数正相关,与抗压强度和弯拉强度呈现指数负相关,提出了基于孔隙率的透水混凝土力学性能和透水性能评估方程。建立了透水混凝土抗压强度与弯拉强度之间的非线性关系方程,实现了对透水混凝土弯拉强度的预测,通过预测值和实测结果对比验证了方程的可靠性。     

中美机场水泥混凝土道面设计方法对比分析

对中国民航混凝土道面设计方法与美国联邦航空局（Federal Aviation Administration，FAA）混凝土道面设计方法进行对比分析，评价相互之间的差别．对不同飞机类型和交通量（包括单一机型和混合交通）条件下，不同基层厚度和面层强度的60组混凝土道面结构进行了厚度计算分析．结果表明，单一机型条件下FAA弹性层状体系法计算的厚度比我国民航的设计方法要厚，厚度差随交通荷载的增长而增加，随面层弯拉强度的增加而减少；在混合交通条件下，FAA弹性层状体系法计算的厚度比我国的略薄；我国民航的设计方法无法适应新一代大型飞机的荷载要求．     

提高铁路混凝土在盐类结晶环境下的抗侵蚀能力研究

为提高铁路混凝土在盐类结晶环境下的抗侵蚀能力,以隧道衬砌部位混凝土为研究对象,考察了掺入不同加量的纳米SiO2和引气剂GEM对混凝土质量损失率、相对动弹性模量以及抗压强度耐蚀系数的影响。结果表明：在硫酸盐干湿循环实验条件下,纳米SiO2的加入能够有效降低混凝土试件的质量损失率,并使相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数得到提高,纳米SiO2可以有效提高铁路混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力,并且纳米SiO2的加量越大,效果越好。当SiO2的加量20kg/m3时,随着引气剂GEM加量的不断增大,混凝土试件的抗硫酸盐侵蚀能力进一步增强,当引气剂GEM的加量为0.05kg/m3时,混凝土试件在经过180次干湿循环后的质量损失率最小(仅为0.26%),相对动弹性模量(95.9%)和抗压强度耐蚀系数(0.919)最大。纳米SiO2和引气剂GEM的加入能够显著改善铁路混凝土在硫酸盐结晶环境下的抗侵蚀能力。     

高掺量粉煤灰混凝土路面应用性能的试验研究

为了揭示高掺量粉煤灰混凝土性能，加快其在路面工程中的应用，研究了添加粉煤灰、硅粉和引气减水剂的混凝土性能，包括力学性能、部分耐久性、干缩性及耐磨性．通过对13种配合比混凝土性能评价，得出粉煤灰取代率为30％、硅粉掺入率为7％和引气减水剂为1％的混凝土，具有较高的抗折强度、抗压强度、低渗透性、高抗冻性、低干缩性、高耐磨性及良好的经济效益，建议该配合比为路面设计配合比．