赵兴杰　何付成

摘 要：寒冷干旱地区机场道面铺筑水泥混凝土后会经常出现早期裂缝，针对这一问题，要选用既能减少混凝土早期开裂又能满足设计要求的混凝土材料，采用在普通混凝土中单掺合成纤维或粉煤灰以及合成纤维与粉煤灰复合的技术路线，研究配制高抗裂的高性能道面混凝土，采用平板法对其早期抗裂性进行试验验证，并在多个机场道面工程中进行了应用，取得了不错的抗裂效果。

关键词：混凝土；抗裂性；机场道面；飞行安全

中图分类号：TU528.57 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0086-02

机场水泥混凝土道面板施工时，经常会出现龟裂、裂纹等早期开裂现象，尤其是在西北沙漠、戈壁和西南青藏高原地区更为严重。这些地区均属于典型的干燥大陆性气候，日照充足，紫外线强，冬季寒冷且漫长，夏季炎热而短促，春夏多风沙，昼夜温差大，气候干燥，年降雨量小，蒸发量大，环境条件非常恶劣。机场道面水泥混凝土铺筑后失水较快，更容易发生早期裂缝、裂纹现象，如图1所示。

早期裂缝对道面的使用功能和寿命都产生了极大的影响，主要表现在：①荷载作用后使裂缝继续开裂，改变了板块设计的尺寸、加剧了应力的重分布，从而产生了新的裂缝（又称后期裂缝），降低了道面承载力；②为地表水渗入基层和土基提供通道，降低了基层和土基的强度和稳定性，加速道面板体破坏和其他病害的产生，为道面的抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性等一系列耐久性问题的发生留下隐患；③在环境因素和外力的双重作用下，混凝土结构过早被破坏，道面板极易出现脱皮、碎裂，甚至断板等现象，如图2所示，使道面使用寿命大大降低。因此，研究具有高抗裂性的新型高性能道面混凝土，防止早期裂缝出现，提高道面的表面品质和耐久性，延长道面的使用寿命，保障飞行安全，具有十分重要的军事、经济和社会意义。

1 试验概况

1.1 试验材料

试验材料主要包括：①水泥。P·O42.5R水泥，28 d抗折强度8.8 MPa，抗压强度48.0 MPa，密度3.10 g/cm3。②粉煤灰。Ⅱ级粉煤灰，密度2.3 g/cm3，45 μm筛余量15.5%，需水量比97%，烧失量3.5%，掺量90 kg/m3。③合成纤维。改性聚酯纤维，密度1.4 g/cm3，纤维长度为19 mm，掺量1.4 kg/m3；聚丙烯纤维，密度0.9 g/cm3，纤维长度为19 mm，掺量0.9 kg/m3；④砂子。河砂，细度模数2.9，含泥量1.5%，密度2.63 g/cm3，堆积密度1 520 kg/m3。⑤石子。石灰岩碎石，5～20 mm和20～40 mm两级配，密度2.70 g/cm3，堆积密度1 680 kg/m3。

1.2 试验配合比

依据GJB 1112A《军用机场场道工程施工及验收规范》和GJB 1596《机场道面水泥混凝土配合比设计技术标准》要求，通过原材料、水泥用量、砂率、石子级配、粉煤灰掺量、纤维掺量的优选，最终确定了普通道面混凝土（P1）、掺粉煤灰道面混凝土（P2）、掺改性聚酯纤维道面混凝土（P3）、掺聚丙烯纤维道面混凝土（P4）、改性聚酯纤维与粉煤灰复合的道面混凝土（P5）和聚丙烯纤维与粉煤灰复合的道面混凝土（P6）等6种类型的混凝土。制作了尺寸为150 mm×150 mm×600 mm的抗折试件各3组，并经过28 d的标准养护后，对其进行了抗折强度和抗压强度试验。6种类型混凝土的配合比、和易性（维勃稠度）、抗折强度和抗压强度试验结果见表1.

从表1可以看出，研究配制的6种类型道面混凝土的抗折强度等级都在5.0 MPa以上，均满足当前我军机场道面混凝土较高抗折强度等级的设计要求，下文在此基础上进行抗裂性能对比试验。

1.3 抗裂试验方法

目前，国内外研究混凝土抗裂性所采用的试验方法较多，常见的有平板法、圆环法和棱柱体法等。其中，圆环法适用于研究水泥净浆和砂浆的抗裂性，棱柱体法适用于研究混凝土长龄期的收缩特性。考虑到机场道面混凝土是露天铺筑的大面积混凝土，采用平板试验法进行抗裂性研究，最能反映纤维对道面混凝土的抗裂效果。平板法抗裂性试验就是把混凝土试验板放在一定的温度、湿度和风速的条件下养护，经过一段时间观察裂缝出现的情况，从而评定混凝土包括塑性收缩、温缩和自收缩影响在内的早期开裂倾向。但平板法的装置不尽相同，有在模具四周加钢筋或用钢筋网加以约束的，也有在底部放置波形板加以约束的。

根据机场道面混凝土的施工铺筑工艺和使用环境特点，参照美国混凝土协会ACI—544“纤维增强混凝土的性能测试”技术报告中P.P.Kraai提出的试验方法，采用平板法，并在底部放置弯起的波浪形薄铁板加以约束的方法来进行抗裂性试验研究。此法最大的优点是能明显地反映出混凝土裂缝随龄期的发展变化，且试验操作简单。另外，机场道面是大面积露天铺筑的，采用平板法更接近现场施工情况，能更准确地体现混凝土

的变形特点，更更好地体现材料抗裂性能的好坏，平板试模尺寸为560 mm×465 mm×100 mm。为了模拟夏季施工时铺筑道面混凝土的环境条件，我们采取两种温度进行抗裂试验，高温试验环境温度为（38±1）℃，相对湿度为40%左右；常温试验环境温度为18～20 ℃，相对湿度为60%左右，电风扇直接吹表面，风速为5 m/s。观测方法是用50倍读数显微镜跟踪观测，开始时5 min一次，有裂缝时10 min一次（终凝前），并记录初裂时间（从加水搅拌开始计时）、裂缝尺寸（终凝时最大裂缝宽度和最长裂缝长度）、裂缝数量（终凝时裂缝总长度和长度在5 mm以上的条数），高温观测3 h，常温观测12 h。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

高温与常温条件下，6种类型混凝土的裂缝观测结果如表2所示。

2.2 结果分析

2.2.1 普通道面混凝土（P1）endprint

在高温和常温两种条件下，普通道面混凝土材料初裂时间最早，裂缝数量最多，裂缝宽度和裂缝长度最大，抗裂等级分别为Ⅳ级和Ⅲ级，抗裂性较差。普通道面混凝土的抗折强度为5.8 MPa，与其他几种道面混凝土的抗折强度相比较低。

2.2.2 掺粉煤灰道面混凝土（P2）

在高温和常温两种条件下，初裂时间较普通道面混凝土有所推迟，裂缝数量、裂缝尺寸远远小于普通道面混凝土，裂缝总长度明显减小，抗裂等级均为Ⅱ级，抗裂性明显优于普通道面混凝土。可见，粉煤灰对道面混凝土早期抗裂性有很大帮助，且抗折强度和抗压强度也比普通道面混凝土分别提高12%和14%，这是由于优质粉煤灰在混凝土中发挥的微集料效应、填充效应、火山灰效应和减水效应抑制了混凝土早期裂缝的发生。

2.2.3 掺改性聚酯纤维（P3）和聚丙烯纤维（P4）道面混凝土

在高温和常温两种条件下，初裂时间延长，裂缝数量、总长度和最大宽度都减少，单位平方米面积上的总裂开面积小于10 mm2，抗裂等级均为Ⅱ级，抗裂性显然优于普通道面混凝土。这是由于纤维与集料产生极强的结合力，可以迅速地与混凝土材料黏合，并在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，削弱了混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数细小的纤维丝上，减少了混凝土早期收缩引起的裂缝。

2.2.4 纤维和粉煤灰复合道面混凝土（P5，P6）

在高温和常温两种条件下，该混凝土的抗裂效果都是最好的。初裂时间显著延长，裂缝数量、裂缝尺寸、裂缝总面积显著减少，抗裂等级均达到Ⅰ级，抗折、抗压强度也比普通道面混凝土提高了15%～18%. 优质粉煤灰的掺入，不但发挥了自身的阻裂作用，其减水效应还能大大减少了混凝土拌和物的单位需水量，弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，两者的复合使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1>2”的超叠效应，进一步提高道面混凝土的早期抗裂性是非常值得推广的新型机场道面高性能混凝土。

3 应用情况

近几年，我们在甘肃、青海、新疆、内蒙古等地区的多个机场翻修、扩建工程中，全部或局部铺筑了单掺粉煤灰、单掺合成纤维或合成纤维与粉煤灰复合的高性能道面混凝土。施工时，由于粉煤灰或合成纤维的掺入，所拌制的混凝土拌和物表观很柔和，黏聚性较好，从搅拌站后台运送至前台道仓时不离析、不泌水，用小型挖掘机并辅助人工摊铺速度较快，用自行式混凝土高频振捣机组（多棒）很容易振捣密实，滚杠提浆、找平很快，做面、拉毛很方便，做面后表观质量均匀，平整度好，平均纹理深度容易满足设计要求。由于拌和物保水性增加，做面后混合料表面失水慢，特别是纤维的阻裂作用有效减少了早期塑性收缩裂缝的产生。工程竣工后实测道面表面粗糙度、平整度、邻板差等项目，检验合格率达98%以上，完全满足道面表面使用功能要求。道面混凝土抗折强度均达到6.0 MPa以上，实测道面混凝土抗冻性、抗渗性、耐磨性都大大优于普通道面混凝土。

室内试验和现场实践均表明，在普通道面混凝土中掺入粉煤灰或纤维，都能提高混凝土的抗裂性和耐久性，尤其是合成纤维和优质粉煤灰的复合使用，不但发挥了粉煤灰自身的阻裂作用，还弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1>2”的超叠效应，是一种适合寒冷干旱地区的新型高性能道面混凝土。在纤维和粉煤灰的双掺条件不具备的情况下，也可单掺粉煤灰或单掺纤维，同样也能达到较好的抗裂效果。

参考文献

[1]刘庆涛，王硕太，孔祥海，等.机场道面混凝土耐久性研究[J].混凝土，2007（06）：13-15.

[2]马丽媛，姚燕，田培，等.国内外混凝土的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述[J].中国建材科技，2001（01）：27-31.

[3]朱志远，王硕太，邓可库.新型机场道面混凝土性能研究[J].新型建筑材料，2007（04）：67-69.

〔编辑：李珏〕endprint

在高温和常温两种条件下，普通道面混凝土材料初裂时间最早，裂缝数量最多，裂缝宽度和裂缝长度最大，抗裂等级分别为Ⅳ级和Ⅲ级，抗裂性较差。普通道面混凝土的抗折强度为5.8 MPa，与其他几种道面混凝土的抗折强度相比较低。

2.2.2 掺粉煤灰道面混凝土（P2）

在高温和常温两种条件下，初裂时间较普通道面混凝土有所推迟，裂缝数量、裂缝尺寸远远小于普通道面混凝土，裂缝总长度明显减小，抗裂等级均为Ⅱ级，抗裂性明显优于普通道面混凝土。可见，粉煤灰对道面混凝土早期抗裂性有很大帮助，且抗折强度和抗压强度也比普通道面混凝土分别提高12%和14%，这是由于优质粉煤灰在混凝土中发挥的微集料效应、填充效应、火山灰效应和减水效应抑制了混凝土早期裂缝的发生。

2.2.3 掺改性聚酯纤维（P3）和聚丙烯纤维（P4）道面混凝土

在高温和常温两种条件下，初裂时间延长，裂缝数量、总长度和最大宽度都减少，单位平方米面积上的总裂开面积小于10 mm2，抗裂等级均为Ⅱ级，抗裂性显然优于普通道面混凝土。这是由于纤维与集料产生极强的结合力，可以迅速地与混凝土材料黏合，并在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，削弱了混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数细小的纤维丝上，减少了混凝土早期收缩引起的裂缝。

2.2.4 纤维和粉煤灰复合道面混凝土（P5，P6）

在高温和常温两种条件下，该混凝土的抗裂效果都是最好的。初裂时间显著延长，裂缝数量、裂缝尺寸、裂缝总面积显著减少，抗裂等级均达到Ⅰ级，抗折、抗压强度也比普通道面混凝土提高了15%～18%. 优质粉煤灰的掺入，不但发挥了自身的阻裂作用，其减水效应还能大大减少了混凝土拌和物的单位需水量，弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，两者的复合使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1>2”的超叠效应，进一步提高道面混凝土的早期抗裂性是非常值得推广的新型机场道面高性能混凝土。

3 应用情况

近几年，我们在甘肃、青海、新疆、内蒙古等地区的多个机场翻修、扩建工程中，全部或局部铺筑了单掺粉煤灰、单掺合成纤维或合成纤维与粉煤灰复合的高性能道面混凝土。施工时，由于粉煤灰或合成纤维的掺入，所拌制的混凝土拌和物表观很柔和，黏聚性较好，从搅拌站后台运送至前台道仓时不离析、不泌水，用小型挖掘机并辅助人工摊铺速度较快，用自行式混凝土高频振捣机组（多棒）很容易振捣密实，滚杠提浆、找平很快，做面、拉毛很方便，做面后表观质量均匀，平整度好，平均纹理深度容易满足设计要求。由于拌和物保水性增加，做面后混合料表面失水慢，特别是纤维的阻裂作用有效减少了早期塑性收缩裂缝的产生。工程竣工后实测道面表面粗糙度、平整度、邻板差等项目，检验合格率达98%以上，完全满足道面表面使用功能要求。道面混凝土抗折强度均达到6.0 MPa以上，实测道面混凝土抗冻性、抗渗性、耐磨性都大大优于普通道面混凝土。

室内试验和现场实践均表明，在普通道面混凝土中掺入粉煤灰或纤维，都能提高混凝土的抗裂性和耐久性，尤其是合成纤维和优质粉煤灰的复合使用，不但发挥了粉煤灰自身的阻裂作用，还弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1>2”的超叠效应，是一种适合寒冷干旱地区的新型高性能道面混凝土。在纤维和粉煤灰的双掺条件不具备的情况下，也可单掺粉煤灰或单掺纤维，同样也能达到较好的抗裂效果。

参考文献

[1]刘庆涛，王硕太，孔祥海，等.机场道面混凝土耐久性研究[J].混凝土，2007（06）：13-15.

[2]马丽媛，姚燕，田培，等.国内外混凝土的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述[J].中国建材科技，2001（01）：27-31.

[3]朱志远，王硕太，邓可库.新型机场道面混凝土性能研究[J].新型建筑材料，2007（04）：67-69.

〔编辑：李珏〕endprint

在高温和常温两种条件下，普通道面混凝土材料初裂时间最早，裂缝数量最多，裂缝宽度和裂缝长度最大，抗裂等级分别为Ⅳ级和Ⅲ级，抗裂性较差。普通道面混凝土的抗折强度为5.8 MPa，与其他几种道面混凝土的抗折强度相比较低。

2.2.2 掺粉煤灰道面混凝土（P2）

在高温和常温两种条件下，初裂时间较普通道面混凝土有所推迟，裂缝数量、裂缝尺寸远远小于普通道面混凝土，裂缝总长度明显减小，抗裂等级均为Ⅱ级，抗裂性明显优于普通道面混凝土。可见，粉煤灰对道面混凝土早期抗裂性有很大帮助，且抗折强度和抗压强度也比普通道面混凝土分别提高12%和14%，这是由于优质粉煤灰在混凝土中发挥的微集料效应、填充效应、火山灰效应和减水效应抑制了混凝土早期裂缝的发生。

2.2.3 掺改性聚酯纤维（P3）和聚丙烯纤维（P4）道面混凝土

在高温和常温两种条件下，初裂时间延长，裂缝数量、总长度和最大宽度都减少，单位平方米面积上的总裂开面积小于10 mm2，抗裂等级均为Ⅱ级，抗裂性显然优于普通道面混凝土。这是由于纤维与集料产生极强的结合力，可以迅速地与混凝土材料黏合，并在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，削弱了混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数细小的纤维丝上，减少了混凝土早期收缩引起的裂缝。

2.2.4 纤维和粉煤灰复合道面混凝土（P5，P6）

在高温和常温两种条件下，该混凝土的抗裂效果都是最好的。初裂时间显著延长，裂缝数量、裂缝尺寸、裂缝总面积显著减少，抗裂等级均达到Ⅰ级，抗折、抗压强度也比普通道面混凝土提高了15%～18%. 优质粉煤灰的掺入，不但发挥了自身的阻裂作用，其减水效应还能大大减少了混凝土拌和物的单位需水量，弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，两者的复合使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1>2”的超叠效应，进一步提高道面混凝土的早期抗裂性是非常值得推广的新型机场道面高性能混凝土。

3 应用情况

近几年，我们在甘肃、青海、新疆、内蒙古等地区的多个机场翻修、扩建工程中，全部或局部铺筑了单掺粉煤灰、单掺合成纤维或合成纤维与粉煤灰复合的高性能道面混凝土。施工时，由于粉煤灰或合成纤维的掺入，所拌制的混凝土拌和物表观很柔和，黏聚性较好，从搅拌站后台运送至前台道仓时不离析、不泌水，用小型挖掘机并辅助人工摊铺速度较快，用自行式混凝土高频振捣机组（多棒）很容易振捣密实，滚杠提浆、找平很快，做面、拉毛很方便，做面后表观质量均匀，平整度好，平均纹理深度容易满足设计要求。由于拌和物保水性增加，做面后混合料表面失水慢，特别是纤维的阻裂作用有效减少了早期塑性收缩裂缝的产生。工程竣工后实测道面表面粗糙度、平整度、邻板差等项目，检验合格率达98%以上，完全满足道面表面使用功能要求。道面混凝土抗折强度均达到6.0 MPa以上，实测道面混凝土抗冻性、抗渗性、耐磨性都大大优于普通道面混凝土。

室内试验和现场实践均表明，在普通道面混凝土中掺入粉煤灰或纤维，都能提高混凝土的抗裂性和耐久性，尤其是合成纤维和优质粉煤灰的复合使用，不但发挥了粉煤灰自身的阻裂作用，还弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1>2”的超叠效应，是一种适合寒冷干旱地区的新型高性能道面混凝土。在纤维和粉煤灰的双掺条件不具备的情况下，也可单掺粉煤灰或单掺纤维，同样也能达到较好的抗裂效果。

参考文献

[1]刘庆涛，王硕太，孔祥海，等.机场道面混凝土耐久性研究[J].混凝土，2007（06）：13-15.

[2]马丽媛，姚燕，田培，等.国内外混凝土的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述[J].中国建材科技，2001（01）：27-31.

[3]朱志远，王硕太，邓可库.新型机场道面混凝土性能研究[J].新型建筑材料，2007（04）：67-69.

〔编辑：李珏〕endprint