飞机场混凝土耐磨性和抗冲击性能研究.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 0年第 7期 ( 总第 1 4 5期 ) 飞机场混凝土耐磨性和抗冲击性能研究 李巧生 ， 卢俊 ， 冯长伟 ( 1 9 4 9 6 8部 队。 南京2 1 0 0 0 0； 2 昆山市建筑 - r 程质量检测中心 江苏苏州2 1 5 3 3 7) 【 摘要】 分别考察了粉煤灰、 纤维和膨胀型减水剂对飞机场混凝土耐磨性能和抗冲击性能的影响。研究 表明混凝土的耐磨性随着抗压强度的增加而提高， 即在减水剂 、 纤维和粉煤灰掺量三个因素中， 减水剂掺量是影 响混凝土耐撞磨性显著 因素， 此次为粉煤灰。聚丙烯纤维掺入 明显提高混凝土早期塑性开裂性能， 在掺量为 0 9 k g m 时相对具有较好耐撞磨性能。混凝土抗冲击强度随粉煤灰掺量( O 一 2 0 ) 的增加而增加， 在纤维掺量 0 9 k g m 时， 混凝土的抗冲击强度较高。在粉煤灰、 纤维和减水剂三个影响因素中， 纤维对混凝土的抗冲击性能 影响较大。 【 关键词】 飞机场混凝土； 耐磨性能； 抗冲击性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 7 一 O O O 6 0 2 飞机场混凝土属于耐磨、 耐冲击的地面， 需要承受较大 负荷或较频繁的作业， 对混凝土要求具有较高的强度、 耐磨 性和冲击性， 本文重点研究飞机场混凝土的耐磨性能和抗 冲击性能。X G Hu 等研究了素混凝土和钢纤维增强混 凝土两种水工混凝土在4 4 、 9 0 、 1 4 0 、 1 9 7、 2 3 4 m s的不同高速 水流下和 l 5 。 和 9 0 。 两种不 同角度 冲刷下的耐磨性 能。 C D A t i s L 2 等进行了普通硅酸盐混凝土( N P C) 和高粉煤灰 掺量混凝土( HV F C) 的性能试验 ， 发现了不同混凝土的耐磨 损性能和其抗弯强度之 间的关系， 抗弯强度每 提高 4 5 MP a 。 1 实验配比 基准配合比， 进行原材料对混凝土耐撞磨和抗冲击性 能影响的试验。 表 1 试验 基准配合 比 在基准配合比的基础上分别改变粉煤灰、 纤维、 膨胀型 减水剂， 来研究原材料对混凝土抗压强度、 耐撞磨、 抗 冲击 和抗裂性的影响。研究中， 粉煤灰选用 I级粉煤灰， 采用等 量取代， 取代量为 1 0 ， 2 0 ； 外加剂为复配型膨胀萘系减 水剂； 纤维为聚丙烯纤维( P P F ) ； 不同原材料品种和掺量下 的混凝土配合 比如下表所示。 表 2 影响因素与水平 注 ： 以上膨胀 型减水剂和纤维均为南京润方建筑技 术工程有限 公 司提供。 2 试验 方法 2 1 耐撞磨试验 2 1 1 仪器与试件 耐撞磨试验方法参考洛杉矶撞磨法， 洛杉矶磨耗试验 机 ： 圆桶内径7 1 0 5 ra m， 内侧长 5 1 0 5 m m， 两端封闭， 投料 13的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢桶紧闭密封。钢桶的 转速为 3 0 3 3 r ra i n 。 耐撞磨试验试件： 尺寸直径为 1 0 0 ra m和高度为 1 0 0 ram 圆柱体， 成型后放人温度为 2 02 C， 相对湿度大于 9 o 的 标准养护室养护。 2 1 2试验步骤 将 2 8 d龄期的试件从标准养护室取出， 烘干， 称质量 ， 分 别测量磨耗机旋转 3 0 0次和 5 0 0次后试件的质量损失百分 比， 作为评价混凝土抗撞磨能力的指标。 2 2 抗 冲击试验 2 2 1 试验方法 试件尺寸： 直径 1 5 0 mm、 高度6 0 m m的圆柱体试件。 成型 ： 按标准方法成型。 养护： 标准养护条件下养护2 8 d 。 试验器材 ： 冲击锤重4 5 k g ， 下落高度为4 5 7 mm。 2 2 2 实验结果评 价 实验评价方法共有四项指标 ： 第一， 出现第一条裂缝的 冲击次数； 第二， 初裂后试件体积膨胀， 当试件与试验仪中 四块挡板的任意三块接触时的冲击次数 ( 破坏时的冲击次 数) ； 第三， 冲击韧性； 第四， 初裂及破坏冲击次数的差值。 ： N m g h 式中， 为试件达规定破坏指标时所吸收的全部冲击 能量； J7 、 r 为冲击次数； h为冲击锤下落的高度， 为 4 5 7 m m； g 为 9 8 1 m s 。 3实验结果及分析 3 1 实验结果 3 2 耐磨结果分析 李巧生等 ： 飞机场混凝土耐磨性和抗 冲击性能研究 7 表 3 混凝土性能测试 结果 注 ： 混凝 土试件撞磨试 验结 果 中， 撞 磨 质量损 失为 换算成 等强 度时撞磨 的质量损失率 。 ( 1 ) 粉煤 灰掺 量对混 凝 土撞磨 性 能影 响。对 比上面 数据可以看出， 掺 1 0 2 0 粉煤灰可改善混凝土的耐撞 磨性能， 质量损失随掺量的增加而增加， 混凝土的撞磨性与 抗压强度之间存在较好的相关性， 可能由于粉煤灰的掺人 延缓了水泥的水化过程， 从而降低了混凝土的2 8 d强度， 因 此就降低了其耐撞磨能力 ， 但在相同抗压强度下， 掺加粉煤 灰混凝土的耐撞磨性能仍高于不掺粉煤灰的混凝土， 其原 因可能为粉煤灰提高了混凝土表面的致密性， 从而提高了 混凝土的表面耐撞磨性能。 ( 2 ) 纤维掺量对混凝土撞磨性能影响。首先， 掺 P P F 纤维的混凝土， 其撞磨性能不是随着纤维掺量的增加而增 加 ； 其次 ， P V A纤维掺量在 0 9 k g m 时， 抗撞磨性能相对较 好 ， 且不同掺量的变化幅度不是很大 ， 即纤维掺量不是影响 混 凝土撞磨性能的主要 因素 。 ( 3 ) 外加剂掺量对混凝土撞磨性能影响。随着减水 剂掺量的增加 ， 3 0 0次和 5 0 0次撞磨后质量损失都有所降 低 ， 即混凝土的耐撞磨能力随减水剂掺量的增加有增长的 趋势。这主要一方面 由于减水剂， 减水率高、 保坍性能好、 增强效果好、 而且能有效降低混凝土的干燥收缩等特点， 增 加 了混凝土的强度 。同时膨 胀型 减水剂 可能增加 了混凝 土 的密实性， 使得混凝土的耐撞磨性能提高。从极差分析表 中可以看出， 减水剂是影响混凝土撞磨性能的主要因素。 表 4 混凝 土性能测试结果极差分析 粉煤灰掺量， 0 薹 暑 冀 5 g 0 粉煤灰掺量， 减水剂掺量， ( a ) 3 0 o 次撞磨质量损失 ( b ) 5 o 0 次撞磨质量损失 ( a ) 3 o o 次撞磨质量损失 图 1 粉煤灰掺量对混凝土撞磨性能影响 3 3 抗 冲击结果分析 ( 1 ) 粉煤灰掺量对混凝土抗冲击性能影响。从上图 可知， 随着粉煤灰掺量的增加 ， 混凝土的抗 冲击性能增强 ， 主要是由于粉煤灰 的三个基本效应， 提高了混凝土的密实 程度， 减少了混凝土内部缺陷， 并且粉煤灰的掺入， 降低了 混凝土的抗压强度 ， 而在 一定程 度上增 加其 抗拉 强度 J ， 亦 即降低了混凝土的脆性 ， 也就是增加 了其 韧性。 ( 2 ) 纤维掺量对混凝土抗冲击性能影响。纤维 的掺 堡 誊 啊 羹 量 图2纤维掺量对混凝土撞磨性能影响 人有效地 提高了冲击破坏次 数 ， 阻止 了混凝土 的 冲击 破坏 。 纤维分散在混凝土 中， 降低 了由于混凝土内部缺陷而导致 其很快遭到冲击破坏的可能性 ， 并且 冲击过程中， 纤维断 裂、 拔出会吸收冲击功 ， 从而增加混凝土的冲击韧性。 ( 3 ) 外加剂掺量对混凝土抗冲击性能影响。随着膨 胀型减水剂掺量的增加 ， 混凝土的冲击韧性有先增大后下 降的趋势。 ( 下转第 1 5页) 贶 度 损 强 量 - 一 压 质 一 抗 恢 一 一 一 一 墨 f 度 损 一 一 H 强 量 一 一 压 质 一 2 抗 吹 一 擞 B d 要 瞍 P g 一 度 损 强 量 压 质 f= 澈 I o B d w， 嘿 P g 柯江： 不同加载角下T形柱承载力与延性分析 1 5 c r e t e d a m a g e p l a s t i c i t y mo d e 1 ) 分析混凝 土的非线性 ， 计算结 果与试验值符合良好 ， 计算速度快且容易收敛。 ( 2 ) 影响 T形柱的承载力与延性的因素较多， 比如加 载角度 、 材料强 度 、 轴压 比、 配 筋率 等 。本 文 只考 虑单 一 因 素的影 响 ， 即加载 角度的不 同 ， 通 过分析 发现 T形 柱在不 同 加载 角下 的承载力 与 延性 是 不 同的 ， 加载 角为 4 5 。 时 ， 承 载 力是最大的； 加载角为0 。 时， 承载力是最小的； 加载角为 0 。 、 4 5 。 、 2 2 5 。 、 2 7 0 。 时 ， 延性相差不大， 加载角为9 0 。 时， 延性是最 好的。 表 4 T形柱在 不同加载角下 的承载 力与延性 注 ： F y 为屈服荷载 ； F 为极 限荷 载 ； U y为屈服 位移 ； U O为极 限 位移， 取图4曲线下降段的极限荷载的0 8 5倍所对应点； 为延性 比， = U 。 参考文献 陈云霞 ， 刘超 ， 赵艳静 ， 高云海 T形 、 L形截 面钢筋砼 双向压 弯构件正截面承载力 的研究 J 建筑结 构， 1 9 9 9 ， 2 9( 1 ) ： 1 1 1 5 王丹 。 黄承逵 ， 刘明 ， 高政维 异形柱 双偏压构 件正截 面承载 力试验及设计方法研究 J 建筑结 构学 报 ， 2 0 0 1 ， 2 2( 5) ： 3 7 4 2 赵艳静 ， 陈云霞 ， 王玲勇 钢筋砼 异形 截面双 向压弯 柱延性性 能 的理论研究 J 建筑结构 ， 1 9 9 9， 2 9 ( 1 ) ： 1 6 2 1 杨溥 ， 唐剑 ， 陈名弟 ， 黄宗 明 钢筋砼 异形柱 在不 同加 载方 向 的受力性能分析 J 重 庆大学学 报 ( 自然 科学版 ) ， 2 0 0 5， 2 8 ( 8 ) ： 1 1 71 2 1 张新培 ， 陈伟 ， 张 翼 不 等肢异形 柱截 面 曲率延性 分析 J 四川大学学报 ( 工程科学版 ) ， 2 0 0 6 ， 3 8 ( 4 )： 4 44 7 柯江 异形柱框架 结构 的抗 震性能 分析 J 四川建 筑科学 研究 ， 2 0 0 6， 3 2 ( 6 ) ： 1 5 61 5 8 江见鲸 ， 陆新征 ， 叶列平 混凝 土结构 有限元分析 M 北京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 5： 4 75 1 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 1 作者简介 柯江 ( 1 9 7 6一) ， 男 ， 陕西 白河人 ， 讲 师 ， 硕士 ， 研 究方 向： 结构抗震 ， 非线性数值分析 。 ( 上接 第 7页) 减水剂掺量， ( b ) 5 0 0 次撞磨质量损失 图2纤维掺量对混凝土撞磨性能影响 ne 1 0 5 1 0 O 9 5 Z 童9 0 霜 s s 量8 0 0 5 1 O 1 5 2 O 粉煤灰掺量， 图3 粉煤灰掺量对混凝土抗 冲击性能影响 4结 语 ( 1 ) 在减水剂 、 纤维 和粉 煤灰 掺量 三个 因 素 中， 减 水 剂掺量是影 响混凝土耐撞磨 性显著 因素 ， 此 次为粉煤灰 。 ( 2 ) 粉煤灰的掺入会影响到混凝土的早期抗压强度 ， 从而影响了早期耐撞性能， 但 同强度下， 粉煤灰掺入会提高 混凝土表面密实度， 降低水化热， 降低混凝土早期塑性开 裂 。 建议在飞机场混 凝土配 比设计 时适 当考虑粉煤灰掺 量。 ( 3 ) 聚丙烯纤 维 掺人 明显 提高 混凝 土 的抗塑 性裂 性 能， 对抗压强度没有太大明显 的影响， 增加太多反而会降低 耐撞磨性 ， 建议在飞机场混凝土设计时掺量为 0 9 k ： g m 。 ( 4 ) 研究表明混凝土抗冲击强度随粉煤灰掺量( 0 2 0 ) 的增加而增加， 在纤维掺量0 9 k g m 时， 混凝土的抗 冲击强度 较高 。减水 剂 能够 有 效提 高 混凝 土 的强度 ， 但 是 混凝 土韧 性受纤维影 响较大。 1 I 0 0 1 O0 堇9 0 霜8 0 量7 0 06 0 8 1 0 1 2 纤维掺量h t g i n 图4 纤维掺量对混凝土抗 冲击性能影响 参考文献 1 x G H u ，A W Mo mb e r ，Y Y i n H i g hs p e e d h y d r o d y n a m i c w e a l o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h y d r a u l i c c o n c r e t e J W e a r ， 2 0 0 4 ， 4 414 5 0 2 C D A t i s ， 0 N C e l i k R e l a t i o n b e tw e e n a b r a s i o n re s i s t a n c e a n d fl e x u r a l s t re n g t h of h i g h v o lu m e fl y a s h c o n c re t e J M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 5 )： 2 5 72 6 0 3 刘数华 ， 方坤河 粉煤灰对水工混凝土抗裂性能 的影响 J 水力发电学报 ， 2 0 0 5 ， ( 4 ) 收稿 日期 2 0 1 0 0 3一O 1 作者简介】 李巧生( 1 9 6 6一) ， 男， 江苏镇江人， 高级工程师， 博士 ， 从事军事项 目管理工作 。 1J 1 J 1 J 1J 1 -二