林喜華，李馨慧，路東義，何凱，趙士豪，何欣，顧青山

（中建西部建設(shè)貴州有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國航空業(yè)也發(fā)展迅速，特別是我國西部地區(qū)旅游、經(jīng)濟(jì)、文化的快速發(fā)展，對現(xiàn)有航空業(yè)提出了新的要求；機(jī)場的修建逐漸增加，對機(jī)場道面混凝土耐久性也提出了新的要求。王圣城[1]、蔡靖[2]研究表明，機(jī)場道面混凝土在服役期間受飛機(jī)高溫吹蝕和外界溫度的作用，道面混凝土溫度可高達(dá) 55℃；鄒偉、陳有亮等[3]研究表明，混凝土的力學(xué)性能、彈性模量隨著溫度的升高而逐漸降低；賀智敏[4]研究表明，蒸養(yǎng)可能對混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，Patel[5]研究表明，高于 46℃ 的溫度明顯加速了水化產(chǎn)物特別是鈣鞏石的生成，同時導(dǎo)致了更粗化的孔結(jié)構(gòu)，在 85℃ 時，混凝土甚至出現(xiàn)了網(wǎng)狀裂紋。Kjellsen[6]研究發(fā)現(xiàn)，50℃ 熱養(yǎng)護(hù)的混凝土比 20℃ 時的孔隙率高，如在蒸養(yǎng)后置于空氣中養(yǎng)護(hù)孔隙率更高。

修建機(jī)場道面時，混凝土往往采用河砂作為細(xì)骨料。目前采用機(jī)制砂混凝土建造機(jī)場道面的也僅有貴陽龍洞堡機(jī)場這一例，相關(guān)的研究文獻(xiàn)也少之又少[7-9]。因此，針對機(jī)制砂性能參數(shù)，結(jié)合道面混凝土服役期間溫度場對道面混凝土的影響，本文重點(diǎn)研究溫度場作用下機(jī)制砂石粉含量及砂率對機(jī)場道面混凝土性能的影響規(guī)律，推動機(jī)制砂應(yīng)用于機(jī)場道面混凝土。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料及其性能

水泥：海螺 P·O52.5 水泥，基本性能指標(biāo)見表 1。

表 1 水泥基本性能

集料：粗集料選用 5～10mm 和 10～40mm 石灰石碎石。細(xì)集料采用石灰石精品機(jī)制砂，基本性能如表 2所示。

表 2 機(jī)制砂基本性能指標(biāo)

外加劑：北京科寧豐外加劑有限公司 ADD-3 緩凝減水劑，減水率為 14%。

水：自來水。

1.2 試驗方法

為了研究溫度場作用下，機(jī)制砂石粉、砂率對道面混凝土性能的影響，研究試件 20℃、40℃、60℃ 三個溫度下，機(jī)制砂石粉、砂率對混凝土抗折強(qiáng)度、耐磨性能的影響。20℃ 試件為標(biāo)養(yǎng) 60d 后的試件，40℃ 與60℃ 溫度試件為待試件標(biāo)養(yǎng) 60d 后，將試件放入溫度40℃、60℃ 的烘箱中加熱到 40℃、60℃ 即可。抗折試驗參照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；耐磨試驗參照 JTG E 30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》進(jìn)行。抗折試驗試件尺寸為 150mm×150mm×550mm，耐磨試驗試件尺寸為 150mm×150mm×150mm。試件均標(biāo)養(yǎng) 60d。

1.3 配合比設(shè)計

為研究溫度場作用下，機(jī)制砂石粉、砂率對混凝土抗折強(qiáng)度、耐磨性能的影響，設(shè)定水泥固定用量為310kg/m3，水膠比為 0.4，砂率為 29%、32%、35%、38%，石粉含量為 2%、5%、8%、11%，試驗配合比如表 3 所示。

表 3 石粉含量、砂率對混凝土性能影響試驗配合比

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 溫度場作用下砂率對混凝土性能的影響

2.1.1 溫度場作用下砂率對混凝土抗折強(qiáng)度的影響

按照表 3 進(jìn)行混凝土試配，砂率為 29%、32%、35%、38% 的混凝土各成型 3 組抗折試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)60d 后，一組試件在環(huán)境溫度為 20℃ 的環(huán)境放置 2 小時后直接進(jìn)行抗折試驗，其余兩組試件分別在 40℃、60℃的烘箱加熱到 40℃、60℃，然后取出直接進(jìn)行抗折試驗，抗折試驗結(jié)果如表 4、圖 1 所示。

表 4 不同砂率混凝土的抗折強(qiáng)度 MPa

圖 1 溫度場作用下砂率對混凝土抗折強(qiáng)度的影響

從圖 1 可以看出，試件溫度一定時，隨著機(jī)制砂砂率增加，混凝土抗折強(qiáng)度先增加后減少；試件溫度為 20℃、40℃ 時，最佳砂率均為 35%，混凝土抗折強(qiáng)度分別為 6.98MPa、5.00MPa；試件溫度為 60℃ 時，最佳砂率為 32%，混凝土抗折強(qiáng)度為 4.48MPa。當(dāng)砂率一定時，混凝土抗折強(qiáng)度隨著試件溫度的增加而降低；以砂率 35% 為例，試件溫度為 20℃ 時，混凝土抗折強(qiáng)度為 6.98MPa，試件溫度為 40℃ 時，混凝土抗折強(qiáng)度為 5.00MPa，試件溫度為 60℃時，混凝土抗折強(qiáng)度為4.28MPa。

2.1.2 溫度場作用下砂率對混凝土耐磨性能的影響

按照表 3 進(jìn)行混凝土試配，砂率為 29%、32%、35%、38% 的混凝土各成型 3 組耐磨試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)60d 后，取出擦干表面水分，自然干燥 12h，再放入(60±5)℃烘箱中烘 12h 至恒重；待試件溫度分別降至20℃、40℃、60℃ 時進(jìn)行耐磨試驗，結(jié)果如表 5、圖 2所示。

從圖 2 可以看出，試件溫度為 20℃ 時，存在最佳砂率 35%，混凝土耐磨試驗?zāi)p量最小為 1.440kg/m2，混凝土耐磨性能最優(yōu)。試件溫度為 40℃、60℃ 時，混凝土耐磨試驗?zāi)p量隨著機(jī)制砂砂率的增加而增加。當(dāng)砂率一定時，混凝土耐磨試驗?zāi)p量隨著試件溫度增加而先減少后增加；以砂率為 35%為例，試件溫度增加到40℃ 時混凝土磨損量為 1.040 kg/m2，試件溫度增加到60℃ 時混凝土磨損量為 2.240kg/m2。

表 5 不同砂率混凝土的磨耗值 kg/m2

圖 2 砂率對混凝土耐磨性能的影響

2.2 溫度場作用下機(jī)制砂石粉含量對混凝土性能的影響

2.2.1 溫度場作用下機(jī)制砂石粉含量對混凝土抗折強(qiáng)度的影響

按照表 3 進(jìn)行混凝土試配，機(jī)制砂石粉為 2%、5%、8%、11% 的混凝土各成型3組抗折試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 60d 后，一組試件在環(huán)境溫度為 20℃ 的環(huán)境放置 2 小時后直接進(jìn)行抗折試驗 ，其余兩組試件分別在40℃、60℃ 的烘箱加熱到 40℃、60℃，然后取出進(jìn)行抗折試驗，抗折試驗結(jié)果如表 6、圖 3 所示。

表 6 不同石粉含量混凝土的抗折強(qiáng)度 MPa

從圖 3 可以看出，試件溫度一定時，隨著機(jī)制砂石粉含量增加，混凝土抗折強(qiáng)度先增加后減少，機(jī)制砂最佳石粉含量均為 5%。當(dāng)砂率一定時，混凝土抗折強(qiáng)度隨著試件溫度的增加而降低，以石粉含量 5% 為例，試件溫度為 20℃ 時，混凝土抗折強(qiáng)度為 7.30MPa，試件溫度為 40℃ 時，混凝土抗折強(qiáng)度為 5.37MPa，試件溫度為 60℃ 時，混凝土抗折強(qiáng)度為 4.40MPa。

圖 3 石粉含量對混凝土抗折強(qiáng)度的影響

2.2.2 溫度場作用下機(jī)制砂石粉含量對混凝土耐磨性能的影響

按照表 3 進(jìn)行混凝土試配，機(jī)制砂石粉含量為2%、5%、8%、11% 的混凝土各成型 3 組耐磨試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 60d 后，取出擦干表面水分，自然干燥 12h，再放入 (60±5)℃烘箱中烘 12h 至恒重；待試件溫度分別降至 20℃、40℃、60℃ 時進(jìn)行耐磨試驗，耐磨試驗結(jié)果如表 7、圖 4 所示。

表 7 不同石粉含量混凝土的磨耗值 kg/m2

圖 4 石粉含量對混凝土耐磨性能的影響

從圖 4 可以看出，試件溫度一定時，混凝土耐磨試驗?zāi)p量隨著機(jī)制砂石粉含量的增加而先減少后增加，機(jī)制砂存在最佳石粉含量 5%，此時混凝土耐磨性能最優(yōu)。當(dāng)石粉含量一定時，混凝土耐磨試驗?zāi)p量隨著試件溫度增加而先減少后增加；以石粉含量 5% 為例，試件溫度 20℃ 時混凝土磨損量為 0.88kg/m2，試件溫度增加到 40℃ 時混凝土磨損量為 0.72kg/m2，試件溫度增加到 60℃ 時混凝土磨損量為 1.44kg/m2。

2.3 溫度場對機(jī)制砂混凝土性能的影響

綜合溫度場作用下不同砂率及不同石粉含量機(jī)制砂混凝土抗折、耐磨性能的表現(xiàn)情況，可以發(fā)現(xiàn) 20℃ 時混凝土的性能是最優(yōu)的，隨著溫度的增加，混凝土的抗折性能逐漸減弱，60℃ 時性能最差。而 40℃ 時混凝土的耐磨性能優(yōu)于同一配合比的 20℃ 和 60℃ 的混凝土。

當(dāng)溫度升高時，混凝土內(nèi)部會發(fā)生熱膨脹，產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，在溫度升高后，混凝土內(nèi)部的應(yīng)力會隨之增加，導(dǎo)致混凝土對外部荷載的抵抗作用有所削弱。同時，由于混凝土內(nèi)部受熱膨脹，混凝土界面間粘接效果得到增強(qiáng)，耐磨性能有所提升；但隨著溫度的持續(xù)升高，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力及溫度應(yīng)變隨之增加，加快了內(nèi)部裂縫產(chǎn)生并發(fā)展的速度，削弱了混凝土的界面粘接力，導(dǎo)致其耐磨性能減弱。

3 結(jié)論

（1）溫度場作用下，隨著機(jī)制砂砂率的增加，機(jī)制砂機(jī)場道面混凝土抗折強(qiáng)度先增加后減少，最佳砂率為 32%～35%，但耐磨性能則表現(xiàn)為砂率越低耐磨性能越好。

（2）溫度場作用下，隨著機(jī)制砂石粉含量增加，機(jī)制砂機(jī)場道面混凝土抗折強(qiáng)度、耐磨性能先增加后減少，石粉最佳含量為 5%。

（3）隨著道面混凝土溫度的增加，混凝土抗折強(qiáng)度逐漸降低，混凝土耐磨性能先增加后降低?；炷练燮陂g應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止機(jī)場道面混凝土溫度升高，從而導(dǎo)致混凝土性能劣化。