浅谈重庆江北机场第四跑道工程F5.0道面混凝土配合比设计

文摘 2024-09-08 07:01 河南

1工程概况及原材料选定

重庆江北国际机场位于重庆市东北方向的渝北区，为4F机场，距重庆市中心（渝中区解放碑）直线距离19公里、公路距离25公里，于1990年1月建成通航，现有3条平行跑道以及相应的滑行道系统。本期道面工程设计范围主要包括：在第三跑道东侧380米处新建3400米×45米的第四跑道；四跑道西侧190米处新建一条平行滑行道，新增跑道与平滑之间设置6条快滑、2条端联络道，三跑道预留的4条垂直穿越道延伸至新建平滑位置。

各种原材料经过项目部实地考察及抽样检测合格。水泥及碎石采用本地厂家生产的材料；因本地开采的河砂不能满足设计及规范要求，河砂选用洞庭湖的中粗砂；结合重庆本地气候条件，考虑到施工环境和经济性，配合比中不添加聚羧酸高性能减水剂。减水剂具有价格高、减水率波动大、施工中存在超配合比掺配等缺点，在进行外加剂使用的时候，如果没有控制好掺量，则会导致混凝土强度降低，影响工程的安全性。

2道面混凝土配合比设计的重要性

道面混凝土配合比设计在道路工程中具有重要的意义和作用。下面将就道面混凝土配合比设计的重要性进行论述。

首先，道面混凝土配合比设计直接关系到道路的使用寿命和性能。道面混凝土是道路结构中承受飞机荷载和环境作用的主要承载层，其性能直接影响着道面的强度、耐久性、平整度和抗裂能力等。通过合理的配合比设计，可以控制混凝土的强度、稳定性、耐久性等性能指标，提高道面的承载能力和使用寿命。

其次，道面混凝土配合比设计能够优化材料的使用和成本的控制。通过合理选择水泥、骨料、矿粉和粉煤灰等材料，并确定适当的掺合比例，可以实现混凝土材料的最佳利用。合理的配合比设计可以降低材料消耗，减少生产成本，提高工程的经济效益。

第三，道面混凝土配合比设计还能够改善施工性能和可持续性。合理的配合比可以提高混凝土的流动性和可塑性，便于施工和摊铺。同时，通过控制混凝土的水胶比、气泡率和掺合料的使用，可以改善混凝土的耐久性和抗裂性能，延长道面的使用寿命，降低维修和更换的频率，实现机场道面工程的可持续发展。

第四，道面混凝土配合比设计是道路工程质量保证的重要环节。合理的配合比设计可以确保混凝土的强度和稳定性符合标准要求，避免在使用过程中出现裂缝、沉陷和破损等问题。这对于保证机场跑道的平整度、舒适性和安全性具有重要意义，同时也减少了维修和修复的成本和工作量。

道面混凝土配合比设计在机场道面工程中具有重要的意义。它直接关系到道面的使用寿命和性能，优化材料使用和成本控制，改善施工性能和可持续性，以及保证道面工程质量。因此，在道面工程中进行合理的配合比设计是非常重要的，有助于提高机场道面工程的质量和效益。

3道面混凝土设计要求及原材料检测结果

道面水泥混凝土设计28天抗折强度不低于5.0MPa。水泥混凝土单位水泥用量不应小于310kg/m³；混凝土中掺粉煤灰时，单位水泥用量不应小于280kg/m³。采用的水泥强度等级为52.5时，单位水泥用量不应小于320kg/m³。混凝土混合料的稠度试验，采用坍落度测定时，摊铺时的坍落度应小于20mm；采用维勃稠度仪控制稠度时应大于15s。混凝土水胶比应符合《民用机场水泥混凝土道面层施工技术规范》MH5006-2015中的规范要求。配合比设计应满足其设计弯拉强度、工作性、耐磨性、耐久性要求，兼顾经济性。

3.1水泥

水泥选用重庆市新嘉南建材有限责任公司生产的道路硅酸盐水泥，强度等级为P.R7.5。该水泥收缩性小、耐磨性强、抗冻性好、含碱量低，是采用旋窑生产的道路硅酸盐水泥。水泥的各项技术指标符合国家现行标准，物理性质及化学成分在符合《民用机场水泥混凝土道面层施工技术规范》（MH5006-2015）中表3.1.3的基础上，还应该满足：铝酸三钙宜≤7.0%，铁铝酸四钙宜≥12.0%。

3.2水

水为重庆江北机场内部引出的饮用水。饮用水各项指标均符合《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）中相关条款的要求。

3.3细集料

细集料选用洞庭湖开采的天然河砂，细度模数在2.6～3.2之间的中粗砂。质地坚硬、耐久、洁净，河砂符合《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）中相关条款的要求。

3.4粗集料

粗集料选用重庆市合川区生产的石灰岩碎石，采用5～16mm、16～31.5mm二级配碎石按照30%：70%掺配合成。加工工艺为反击破碎法，母材岩抗压强度为89.2MPa。该碎石质地坚硬、耐久、耐磨、洁净、符合规定级配，碎石符合《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）中相关条款的要求。

4外在影响因素

重庆市地处西南地区，年平均气温高、湿度大、风速较小。第四跑道总长3.4Km，本标段施工跑道长度为1.7Km，在2022年11月道面工程试验段开工至2023年9月底完工。在5月初高温天气以后，避开白天高温时间段，采用夜间施工，这样高温天气对现场混凝土施工影响较小，水份挥发较慢，聚羧酸高效减水剂的作用不明显、优势不大，因此在配合比设计阶段未掺外加剂。这样在不影响混凝土力学性能（抗弯拉强度）、和易性、耐久性的前提下，节约了成本，提高了经济效益。

5道面混凝土的性能指标和设计目标

道面混凝土是机场跑道中的重要组成部分，其性能指标和设计目标直接关系到道面的质量和使用寿命。下面将详细介绍道面混凝土的性能指标和设计目标。

5.1强度指标

道面混凝土的抗弯拉强度是评价其承载能力的重要指标，包括抗压强度和抗弯拉强度。抗压强度表示混凝土在受压力下的抗破坏能力，通常以抗压强度等级表示。抗弯拉强度评价道面的抗裂能力和耐久性

5.2平整度指标

道面混凝土的平整度是评价飞机起降时舒适性和安全性的重要指标。平整度反映每块道面板的纵、横、斜方向的平整程度，主要影响飞机在起飞及降落过程中的行驶舒适性、操控稳定性和行驶安全性。

5.3耐久性指标

道面混凝土的耐久性是评价其抵抗环境侵蚀和使用寿命的重要指标。耐久性指标包括抗冻融性、抗化学侵蚀性和耐磨性等。抗冻融性是混凝土在冻融循环下的抗破坏能力，对道面裂缝和破坏程度产生影响。抗化学侵蚀性则是混凝土在受酸碱、盐分等化学物质侵蚀时的抵抗能力，对道面的耐久性和使用寿命具有重要影响。耐磨性是混凝土在飞机轮胎和自身荷载作用下的抵抗磨损的能力，影响道面的平整度和使用寿命。

5.4施工性指标

道面混凝土的施工性是评价其施工过程中的可操作性和效率的重要指标。施工性指标包括流动性、维勃稠度、凝结时间等。流动性是混凝土在施工过程中的流动性能，影响摊铺和浇筑的顺利进行。维勃稠度是混凝土的塑性度量，用于控制混凝土的凝结性能和施工质量。凝结时间是混凝土在施工过程中的凝结速度，影响施工工艺和施工效率。

6配合比设计

6.1混凝土配合比计算

按照《公路水泥混凝土路面施工技术细则》JTG/TF30-2014、《民用机场水泥混凝土面层施工技术范》MH5006-2015的要求，配合比设计包括目标配合比设计和施工配合比设计两个阶段。目标配合比设计主要是在室内进行针对混凝土的水泥用量、集料用量、水胶比等的设计工作。施工配合比设计则应通过拌合楼试拌来确定相关拌和参数，通过混凝土配合比计算、试配、调整与确定，最终选定配合比见表5，在该配比下道面混凝土配制抗折强度及其他力学性能、拌合物性能、长期性能和耐久性能均满足设计要求。

7配合比优化的几点方法

7.1原材料方面优化

考察了解本地原材料情况，尽可能采用满足要求的本地原材料，在当地材料不满足设计及规范要求时，应在周边地区寻找合格的原材料，需要考虑经济成本。本配合比选用了道路硅酸盐水泥，具有以下优点：高强度、抗折强度高、耐磨性好、干缩小、抗冲击、抗冰冻、抗硫酸盐侵蚀等特点。为了提高道面混凝土的弯拉强度，防止混凝土的分离，减少对施工机械的磨损，提高抗冻性和耐磨性，我们选择了最大粒径为31.5mm的最优粗集料掺配比例。控制粗集料的级配，使其具有良好的级配也非常重要。在混凝土振实后，粗集料能够逐级密实填充，形成所需的高弯拉强度。同时，良好的级配有利于减小混凝土的干缩程度，对混凝土的干缩性也非常敏感。因此，粗集料的级配对于道面混凝土扮演着重要的角色。

7.2配合比材料组成方面优化

结合本地气候条件及环境因素，因地制宜，优化配合比材料组成。根据现场施工及成本等因素，本配合比不使用外加剂。

7.3砂率优化

通过试验确定砂率为29%，当施工中河砂偏细或偏粗时砂率也应适当的减小或增加。我们需要选择合理的砂率来获得混凝土拌合物的良好工作性能和强度。砂率对混凝土拌和物的工作性能和耐久性有重要影响。适当的砂率可以使混凝土拌合物具有良好的可塑性，便于振捣密实。同时，合适的砂率还可以提高混凝土的密实性和抗渗性，增加混凝土对外部侵蚀介质的抵抗能力，有效降低侵蚀的程度并延缓侵蚀的发展速度。因此，在选择砂率时需要综合考虑混凝土的工作性能和耐久性要求。

7.4浆集比优化

在混凝土设计中要选定合适的浆集比，水泥浆的体积主要是通过单位用水量来控制，要严格控制混凝土单位用水量。浆集比对混凝土的强度也有一定的影响，在水灰比相同的条件下，在达到最优浆集比后，混凝土的强度随着浆集比的增加而降低。

7.5外加剂优化

结合重庆当地的气候条件，外加剂的一些不利因素，道面混凝土的施工时间段，运距等实际情况，本标段不掺外加剂。减水剂本身会降低混凝土强度，它是通过降低用水量的方式从而增强了强度。减水剂降低混凝土强度的原因可能是减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，一定程度的影响了水泥水化反应。

8结语

道面混凝土的性能指标和设计目标直接关系到机场跑道质量和使用寿命。合理的强度、平整度、耐久性和施工性指标是确保道面混凝土优良性能的关键。通过科学的设计和控制，我们可以提高道面混凝土的承载能力、舒适性、耐久性和施工效率，从而为飞机的起降提供更安全、顺畅的飞行体验。加强对道面混凝土性能指标和设计目标的研究，将为道路工程的发展和建设提供有力支持。

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