Chp 09 刚性道面

第九章水泥混凝土道面面层第一节对道面水泥混凝土的要求一、水泥混凝土的设计强度混凝土板在机轮荷载以及温度变化等因素作用下，将产生压应力和弯拉应力。

混凝土板受到的压应力与混凝土抗压强度相比很小，而所受的弯拉应力与其抗弯拉强度的比值则较大，可能导致混凝土板的开裂破坏。

因此，在水泥混凝土道面设计中，混凝土强度以弯拉强度为设计标准。

混凝土的强度随龄期而增长。

机场混凝土道面设计通常以90d龄期的强度为标准，这一方面是由于机场水泥混凝土道面在完工90d内往往不会正式开放运行；另一方面也由于即使在90d内开放运行，其使用飞机可能较轻（与设计飞机相比），并且这期间如有设计飞机运行，其作用次数也很少（与设计使用年限内累计作用次数相比），因此对混凝土强度的疲劳消耗很少。

混凝土配合比试验及施工过程中的强度测试通常以28d强度为基准。

90d 龄期的强度是28d强度的1.l倍。

混凝土的强度对道面的使用寿命影响很大。

由《民用运输机场水泥混凝土道面设计规范》（以下简称《规范》）采用的混凝土疲劳方程可知，在混凝土板厚相同的情况下，当混凝土弯拉强度由5MPa增加至5.5MPa时，允许累计作用次数Ne可以增大约5.9倍。

混凝土强度在一定程度上还与混凝土的耐久性、耐磨性、抗冻性等性能的好坏有关。

因此，在条件许可时，应尽量采用较高的混凝土设计强度。

《规范》根据国内材料情况和施工工艺水平，按不同飞行区等级指标分别规定了混凝土设计强度最低值。

即飞行区等级为A、B的机场，其道面混凝土设计弯拉强度不得低于4.5MPa；飞行区等级为C、D、E的机场，其道面混凝土设计弯拉强度不得低于5.0MPa。

二、混凝土弯拉弹性模量和泊松比混凝土弯拉弹性模量和泊松比是机场道面面层设计和厚度计算所必须的参数。

影响混凝土弯拉弹性模量的因素很多，除混凝土弯拉强度（不一定是主要因素）外，还有粗集料的性质（材性和粒径大小）和含量、水泥的品种和用量、用水量、砂率等。

上述诸多因素的不同造成国内各单位混凝土弯拉弹性模量实测结果的较大差别。

当然，试验设备和方法不统一也可能是原因之一。

不过，混凝土弯拉弹性模量的偏差对荷载应力和混凝土板厚影响不是很大。

水泥混凝土泊松比值变动范围为0.10～0.20，国内外水泥混凝土道（路）面设计均取其值为0.15。

《规范》规定，在水泥混凝土道面设计中，泊松比采用0.15，混凝土弯拉弹性模量采135用表9-1数值。

表9-1 水泥混凝土弯拉弹性模量三、混凝土的耐磨性在机轮的磨擦、冲击下，道面混凝土表面会发生磨耗、甚至剥落。

首先被磨损的是水泥砂浆，然后是显露出的粗骨料。

长期的磨耗不仅减薄混凝土板的厚度、降低道面的整体强度，而且会降低混凝土表面的平整、抗滑性，当引起集料松散时，还会对飞机的安全行驶构成严重危害。

混凝土的耐磨性能与水泥的质量、水灰比、骨料的硬度、混凝土的密实性等有关。

为提高混凝土的耐磨性，应尽量选用标号较高的硅酸盐水泥、普通水泥或道路水泥。

矿渣水泥因耐磨性能较差，不应使用。

尽量降低水灰比，同时保证足够的水泥用量，在可能的情况下选择质地坚硬（耐磨性好）的集料，施工中应将混凝土混合料振捣密实。

四、混凝土的耐冻性耐冻性能不良的混凝土在冻融交替作用下容易发生破坏。

混凝土的水灰比大，则孔隙率大，可能存留的水分也多，对混凝土的耐冻性不利。

所以对地处严寒地区的水泥混凝土道面，应严格控制混凝土混合料的水灰比（不超过 45％）和用水量。

集料级配良好时，可以减小混凝土的孔隙率，提高混凝土的耐冻性。

提高集料本身的抗冻性（坚固性）对混凝土的耐冻性有利。

另外，减少集料中的含泥量、振捣时增加混凝土的致密度、掺加引气剂，均可提高混凝土的耐冻性。

《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053-94）规定了混凝土的抗冻性试验方法。

按该规程进行测定，混凝土的抗冻标号对于严寒地区（最冷月平均气温低于-15℃）不得低于150～200；对于寒冷地区（最冷月平均气温为 -5～-15 ℃）不得低于 100～150。

五、对混凝土组成材料及其配合比的基本要求水泥混凝土混合料由水泥、细集料、粗集料、水与外加剂等组成。

（一）水泥水泥应选用收缩性小、耐磨性强、抗冻性好、含碱量低的水泥。

水泥中碱含量应按Na2O ＋0.658k2O计表算值来示。

水泥中碱含量不得大于0.6％，若同时使用活性集料，每立米水泥混凝土混合料中总和安全碱含量不得大于3kg（重量计）。

水泥应选用旋窑生产的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其强度等级应为42.5MPa以上；不宜选用快硬早强R型水泥。

水泥的各项技术指标应符合国家现行标准。

136水泥混凝土面层设计28d抗折强度为5.0MPa时，所选水泥实测28d抗折强度宜大于7.5MPa。

飞行区指标为4C以上（含4C）的水泥混凝土道面面层，其水泥化学成份和物理指标应符合表9-2的规定。

表9-2 水泥的化学成份和物理指标要求袋装或散装水泥，进场时应有产品合格证及化验单，并应对其工厂名称、生产许可证编号、品种名称、代号、强度等级、包装日期和编号以及数量等进行检查验收。

工地应设置水泥仓库或水泥罐，位置应选高地势处。

对不同强度等级、厂牌、品种、包装日期的水泥不得混合存放，不同品种的水泥严禁混合使用。

水泥生产日期超过三个月，必须对其性能进行重新试验，符合要求方可使用；受潮变质的水泥不得使用。

试验室应对进场的每批袋装或散装水泥及时进行检测复核。

检测项目包括细度、凝结时间、安定性、强度等。

必要时应抽测氧化镁、烧失量、三氧化硫、游离氧化钙、碱和不溶物指标的含量。

（二）粉煤灰道路水泥、硅酸盐水泥和普通水泥中可掺用适量Ⅰ、Ⅱ级原状或磨细干粉煤灰，以提高水泥混凝土强度和耐久性能。

各种混合水泥不得掺用粉煤灰，不得使用湿排或潮湿粉煤灰，禁止使用已结块的湿排干燥粉煤灰。

粉煤灰分级和质量指标应符合表9-3的规定。

表9-3 粉煤灰分级和质量指标137138粉煤灰在混凝土配合比计算中应采用超掺法，超掺系数Ⅰ级灰1.2－1.4；Ⅱ级灰1.5一1.7。

水泥混凝土道面中使用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰时，应确切了解所用水泥中已经掺加混合材料的种类和数量，并通过混凝土配合比设计试验，确定合适的掺量、相应的混凝土配合比和施工工艺。

（三）细集料细集料可采用天然河砂、海砂、山砂，经设计单位同意也可采用人工机制砂。

应优先采用河砂。

砂的粗细度应按细度模数f μ分为：粗砂f μ=3.7-3.1，中砂f μ=3.0-2.3，细砂f μ=2.2-1.6。

细集料宜采用细度模数为2.65－3.20的天然中粗砂，质地应坚硬、耐久、洁净，符合表9-4规定的技术要求。

表9-4 砂的技术要求砂的坚固性用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后质量损失率应小于8％。

水泥混凝土道面面层用砂，应进行碱活性检验，可采用化学法和砂浆长度法进行集料的碱活性检验。

经检验判断有潜在危害时，应采取有效处理措施。

（四）粗集料粗集料应采用碎石或机轧砾石，质地应坚硬、耐久、耐磨、洁净，符合规定的级配，最大粒径应不超过40mm 。

应尽量采用碎石，若当地无碎石，可采用机轧砾石，不得采用天然砾石。

碎石和机轧砾石质量应分别符合表9-5和表9-6规定的技术要求。

水泥混凝土用碎石和机轧砾石的强度，采用压碎指标值进行质量控制，压碎指标值宜符合表9-5、4-6的规定。

碎石或机轧砾石，颗粒级配应按5－20mm 、20－40mm 两级规格控制。

颗粒粒径应采用圆孔筛，也可使用方孔筛，但应符合相应的换算系数。

碎石的坚固性用硫酸钠溶液法检验，在一般条件地区及最冷月平均温度为-5－-15℃地区，试样经5次循环后质量损失应不大于5％；在最冷月平均温度低于-15℃地区，5次循环后的质量损失应不大于3％。

水泥混凝土道面面层用的粗集料应进行碱活性检验。

经检验确定为有潜在危险时，应采取有效处理措施。

严禁选用含有非晶质活性二氧化硅的岩石（如蛋白石、方石英、硅镁石灰岩、139 玻璃质或陷晶流纹岩、安山岩和凝灰岩等）作粗集料。

表9-5碎石技术要求表9-6 机轧砾石技术要求（五）水水泥混凝土拌和、冲洗集料及养护用水宜采用饮用水。

使用其它水源时其水质应符合下列要求：（1）水中不得含有影响水泥正常凝结和硬化的有害杂质，如油、糖、酸、碱、盐等。

（2）硫碱含量（按SO 4-2计）应小于2.7mg/cm 3。

（3）pH 值大于4。

（4）含盐量应小于5 mg/cm 3。

（六）外加剂水泥混凝土中掺用外加剂的质量必须符合国家现行有关标准的规定，其品种及含量应根据施工条件和使用要求通过水泥混凝土混合料配合比试验选用。

为防止产生碱集料反应，不宜选用含钾、钠离子的外加剂，采用时应进行专门试验。

（七）钢筋钢筋的品种、规格、质量应符合设计要求，对每批进场的钢筋，应有出厂质量检验单，同时施工单位应自行进行检测，符合质量要求方可使用。

钢筋应顺直，使用前应清除表面油污和锈蚀。

（八）水泥混凝土配合比混凝土配合比，应按设计要求保证混凝土的设计强度、耐磨、耐久和混合料和易性的要求，在冰冻地区还应满足抗冻性的要求。

混凝土配合比，应根据水灰比与强度关系曲线及经验数据进行计算和试配确定。

配合比设计应按抗折强度控制。

水泥混凝土道面面层强度应以28d龄期的抗折强度为标准。

混凝土的单位水泥用量，应根据选用的水灰比和单位用水量进行计算。

单位水泥用量不应小于300kg/m3。

混凝土混合料的稠度试验，采用塌落度测定时，塌落度应小于0.5cm；采用维勃稠度仪控制稠度时应大于20s。

混凝土中粗集料粒径应按5－20mm、20－40mm二级级配组成不同比例，选择单位密度最大、混凝土抗折强度较高的级配比例。

现场施工使用的配合比，宜按设计强度1.10-1.15倍进行配制。

确定水泥用量、水灰比、砂率后，采用绝对体积法计算砂、石用量，经试配，确定混凝土混合料的理论配合比。

在施工时，应测定现场粗、细集料的含水率，将理论配合比换算为现场施工实际配合比，作为混凝土配料的依据。

第二节水泥混凝土道面设计临界荷位所谓荷位就是在计算混凝土板厚时所考虑的机轮在混凝土板上的作用位置。

我国民航设计规范规定，荷载在混凝土板内产生最大应力时的临界荷位，是机轮位于板缝处，且与板缝相切的位置，即采用板边荷位。

主起落架为单轮、双轮、双轴双轮以及三轴双轮时，其临界荷位如图9-1所示。

图中虚线荷位为计算比较荷位，如其应力计算结果较大，则应采用虚线荷位作为临界荷位。

对于滑行道部位的道面，如分块设计已使得设计飞机及其它重量较重且通行量较大的飞机的主起落架轮印与纵缝相切的可能性很小，可采用虚线荷位作为临界荷位。

140图9-1 临界荷位第三节水泥混凝土弯拉疲劳强度一、混凝土的疲劳和疲劳特性机轮荷载对机场道面的反复作用，实际上是一种疲劳荷载。

每一次机轮作用，都不同程度地消耗着混凝土的疲劳强度。