何有善

（甘肅省民航機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司）

1 研究背景

蘭州中川機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程，其中除與舊跑道相接的滑行道采用瀝青混凝土道面外，其余道面均采用水泥混凝土道面。根據(jù)MH5006-2015《機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)水泥混凝土道面面層施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)?shù)烂婊炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度≥5.0MPa 時(shí)，水泥中的堿含量≤0.6%，當(dāng)?shù)烂婊炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度為4.5MPa，且集料有潛在堿活性時(shí)，水泥中的堿含量≤0.6%[1]。為滿(mǎn)足這一規(guī)定，在中川機(jī)場(chǎng)一二期建設(shè)過(guò)程中需從寧夏采購(gòu)低堿水泥，導(dǎo)致建設(shè)成本增加很高。目前中川周邊可以生產(chǎn)低堿水泥廠(chǎng)家較少，產(chǎn)量、質(zhì)量也隨水泥熟料的變化發(fā)生變化，同時(shí)中川附近砂、石骨料也存在不同程度的堿活性，所以在機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程中急需解決低堿水泥與骨料堿活性的問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)蘭州中川機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程混凝土工程所需原材料進(jìn)行試驗(yàn)篩選，在機(jī)場(chǎng)道面混凝土工程中使用普通硅酸鹽水泥替代低堿水泥，在正常的砂、石原材料情況下，控制混凝土中最大堿含量小于3kg/m3，且不發(fā)生堿骨料反應(yīng)；并且道面混凝土性能指標(biāo)滿(mǎn)足MH5006-2015《機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)水泥混凝土道面面層施工技術(shù)規(guī)范》及MH5007-2017《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，混凝土彎拉強(qiáng)度≥5.0MPa、抗凍等級(jí)（F）≥300 等指標(biāo)[2]。最終達(dá)到就地取材、施工應(yīng)用方便、節(jié)約開(kāi)支、降低工程造價(jià)成本。實(shí)現(xiàn)蘭州中川機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程中，機(jī)場(chǎng)道面水泥混凝土采用普通硅酸鹽水泥全面替代低堿水泥，加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量，進(jìn)而優(yōu)化飛行區(qū)道面用水泥質(zhì)量。

2 堿活性骨料反應(yīng)的抑制研究

2.1 試驗(yàn)方法

采用砂漿棒快速法（依據(jù)GB/T 14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》；GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》、JGJ53-2006《普通混凝土砂、石量及檢驗(yàn)方法》）對(duì)混凝土粗細(xì)骨料堿活性試驗(yàn)分析[3]，能在14d 內(nèi)檢測(cè)出骨料在砂漿中的潛在有害的堿-硅酸反應(yīng)，適合檢驗(yàn)反應(yīng)緩慢或只有后期反應(yīng)產(chǎn)生膨脹的骨料，砂漿棒試件14d 的膨脹率大于0.2%，則骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；砂漿棒試件14d的膨脹率小于0.1%，則骨料為具有無(wú)潛在危害性反應(yīng)的骨料。這種方法被認(rèn)為是比較精確可靠的。

洗除含泥后混凝土粗細(xì)骨料破碎、篩分按比例級(jí)配組合的骨料如表1所示。

表1 堿集料反應(yīng)用砂、石級(jí)配各粒級(jí)的質(zhì)量

膠凝材料與骨料按1:2.25、水灰比按0.47 的質(zhì)量比混合制成砂漿棒，膠凝材料有三種，采用強(qiáng)度等級(jí)42.5 硅酸鹽低堿水泥、42.5 的普通硅酸鹽水泥；普通硅酸鹽水泥中擬摻入15%粉煤灰等量取代水泥，按上述配比分別成型試件。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

堿活性試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2，低堿水泥和普硅水泥堿-硅酸反應(yīng)平均膨脹率對(duì)比分析如下：

表2 堿活性試驗(yàn)的結(jié)果

⑴低堿水泥、砂平均膨脹率，14d 膨脹率在0.12%～0.14%范圍，按GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》標(biāo)準(zhǔn)，不能最終判定有潛在堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)，為可疑骨料，需進(jìn)行其他必要的輔助試驗(yàn)。普通硅酸鹽水泥砂漿棒平均膨脹率小于0.1%,,可判定砂集料無(wú)潛在堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)[4]。

⑵低堿水泥碎石集料在14d膨脹率大于0.2%，可判定碎石集料有潛在堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)。普通硅酸鹽水泥碎石集料在14d的膨脹率在0.1%～0.15%之間不能最終判定有潛在堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)，為可疑骨料，需進(jìn)行其他必要的輔助試驗(yàn)。與普通硅酸鹽水泥相比較，低堿水泥碎石集料更易于發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)。

⑶普通硅酸鹽水泥摻15%粉煤灰砂漿棒堿-硅酸反應(yīng)試驗(yàn)3d、7d、14d齡期的膨脹率均在0.012%左右，比沒(méi)有摻復(fù)合礦物摻合料膨脹率降低約10 倍，可判定砂集料無(wú)潛在堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)。

⑷普通硅酸鹽水泥摻15%粉煤灰細(xì)碎石集料堿-硅酸反應(yīng)試驗(yàn)3d、7d、14d 齡期的膨脹率小于0.03%，可判定碎石集料無(wú)潛在堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)。沒(méi)有摻復(fù)合礦物摻合料細(xì)碎石集料試件14d 膨脹率在0.1%～0.2%范圍為可疑骨料，需進(jìn)行其他必要的輔助試驗(yàn)。按抑制骨料堿活性有效性檢驗(yàn)規(guī)定，試件三個(gè)的膨脹率平均值≤0.05%時(shí)，各試件膨脹率差值小于0.01%時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生堿-硅酸反應(yīng)危險(xiǎn)，因此，把膨脹率控制值為0.03%更為安全。

⑸經(jīng)過(guò)對(duì)該組砂漿試件（摻加粉煤灰）14d 的膨脹率測(cè)量，砂集料試件14 d 的膨脹率僅為0.01%左右；碎石集料試件14d的膨脹率僅為0.025%～0.03%之間。由此可見(jiàn)，普通硅酸鹽水泥通過(guò)摻入復(fù)合礦物摻合料對(duì)活性骨料的堿-硅酸反應(yīng)具有顯著的抑制作用，可以在工程中應(yīng)用。

3 配合比設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)配合比如表3 所示，同時(shí)為增加混凝土施工性，在混凝土中添加0.01%的引氣劑。

表3 三組配比組成 (kg/m3)

4 試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

4.1 強(qiáng)度

按上述配合比成型混凝土試件的彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足MH 5006-2015《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》中要求的強(qiáng)度等級(jí)為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.10～1.15倍[5]。

表4 彎拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

4.2 總堿量

三種配比的總堿量見(jiàn)表5，配比1、配比2 和配比3的混凝土中總減量分別為2.084648kg/m3、1.127648kg/m3、2.109676kg/m3，三組配比總堿量均滿(mǎn)足GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中混凝土總堿量不高于3.0kg/m3的規(guī)定。

表5 混凝土總堿量

4.3 抗裂性能

按三組配比進(jìn)行抗裂實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6，根據(jù)GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定不同配比的早期抗裂性能，配比1、配比3的單位面積裂縫數(shù)目與開(kāi)裂面積均小于配比2。

表6 抗裂性能結(jié)果

4.4 氯離子滲透系數(shù)

根據(jù)GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定不同配比混凝土氯離子滲透系數(shù)，判定其耐久性年限，配比1，配比2 和配比3 的氯離子滲透系數(shù)均值分別為7.55、7.73和6.44，均滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求；同時(shí)適量增加膠凝材料或摻合料，可以降低氯離子滲透系數(shù)[6]。

4.5 抗凍性能

抗凍性能結(jié)果見(jiàn)表7，根據(jù)MH 5006-2015《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》中的要求，道面混凝土應(yīng)滿(mǎn)足300 次凍融循環(huán)的要求，對(duì)不同配比混凝土進(jìn)行抗凍實(shí)驗(yàn)（快凍法），根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，三組配比混凝土抗凍性能均能滿(mǎn)足300次凍融的要求。

表7 抗凍性能結(jié)果

5 結(jié)論

⑴混凝土抗折強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的5MPa 實(shí)驗(yàn)中完成的三組配比強(qiáng)度，均滿(mǎn)足MH5006-2015《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》飛行區(qū)道面混凝土抗折強(qiáng)度5MPa 的要求，且各組配比和易性、施工性均可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的施工使用要求。

⑵機(jī)場(chǎng)道面混凝土由普通硅酸鹽水泥替代低堿水泥使用正常的砂、石原材料情況下，砂、石堿活性試驗(yàn)符合GB14684-2011《建設(shè)用砂》、GB14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》的規(guī)定，混凝土總堿量小于3kg/m3要求時(shí)，混凝土無(wú)堿骨料反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在膠凝材料中增加適量的粉煤灰，可以有效降低混凝土發(fā)生堿骨料的風(fēng)險(xiǎn)。最終證明在機(jī)場(chǎng)道面混凝土中的水泥可以采用普通硅酸鹽水泥。

⑶混凝土抗凍融指標(biāo)滿(mǎn)足F300 三組實(shí)驗(yàn)配比混凝土抗凍性能均滿(mǎn)足MH5006-2015《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》飛行區(qū)道面混凝土經(jīng)快速凍融試驗(yàn)F300 后，動(dòng)彈性模量大于要求的60%以上，其重量損失不超過(guò)5%。