防止滑水现象的错位堆积型机场道面抗滑磨耗层设计与应用研究

The pursuit of efficient friction and avoiding hydroplaning between tire and runway surface, in poor weather conditions, is a very hot research topic to guarantee flight safety. Based on the investigation in recent years and the previous studies of the project applicant, this project proposes a design theory of Closest Packing based Antiskid surface (CPA) for airfield pavements. Two dimensional Finite Element Methods will be employed to analyze the stress-strain distributions at micro level. The results can be used to optimize the design method of CPA..The finite element models of CPA can be reconstructed from the cross thin section images, under the gray correlation theory, by means of Nano Computed Tomography Scan technologies. The burgers model of binder, which presents the viscoelasticity behavior, will then be used as material inputs. On the one hand, the regular of stress-strain distributions under aircraft loading can be quantitatively concluded. On the other hand, these models can be used to finalize the special requirements for aggregates and binder, as well as the structure stability of CPA elements..At the end, the design theory and application method of CPA can be concluded. This research will finalize an advanced durable CPA technique for the maintenance and reconstruction of airfield pavements. The skid resistance of runway and flight safety can be therefore improved.

虽然柔性材料在国际机场道面中占有比例越来越高，然而依旧存在表面构造深度小、抗滑能力低等问题。如何提高机场柔性道面与轮胎的摩擦阻力及有效避免滑水现象，保证不利气象条件时的航空安全，是一个国内外相关学者关注的热点科学问题。本项目拟在总结国内外研究成果和申请人前期研究的基础上，提出错位紧密堆积型机场道面超薄抗滑磨耗层设计理论。通过纳米CT扫描分析技术和图像灰度理论，解构并建立磨耗层细观结构有限元力学分析模型。结合沥青材料粘弹性伯格斯模型和实验验证，一方面直观量化分析抗滑磨耗层在荷载作用下的力学响应规律，另一方面研究抗滑磨耗层对集料与胶结剂的特征要求，及错位紧密堆积结构单元的稳定性等。经过理论研究、仿真研究是验证研究，最终建立错位紧密堆积型道面超薄抗滑磨耗层设计方法和应用技术。通过本项目的研究，将为我国道面施工和再处理提供一种长寿命、高性能的参考方法，从而有效提高机场柔性道面的抗滑性和安全性。

如何提高机场柔性道面与轮胎的摩擦阻力及有效避免滑水现象，保证不利气象条件时的航空安全，是一个国内外相关学者关注的热点科学问题。本项目基于集料最紧密堆积的超薄抗滑磨耗层设计思路，开展了磨耗层用集料细观体积形态特征、胶结料性能、磨耗层设计及其服役行为研究。.本项目首先对玄武岩、石灰岩、钢渣再生集料等粗细集料的微观形态特征进行了详实研究，考察了集料棱角性、球形度、Form2D和表面微观纹理等微观形态特性对抗滑磨耗层基础路用性能和抗滑性能的影响规律。并采用激光扫描方法，对抗滑磨耗层路面结构进行了三维建模和三维形态参数分析，确认了单级配结构设计在紧密堆积道面磨耗层应用中的结构优势。这些研究成果，为紧密堆积抗滑磨耗层的设计提供了集料优选、胶结料设计和结构设计的参考。同时，本项目借助钢渣集料强度高、表面纹理丰富、耐磨性能好的特点，开展了钢渣基紧密堆积抗滑磨耗层的设计及应用研究，深入考察了钢渣基抗滑磨耗层的抗滑耐久性和结冰条件下的抗滑特性。并结合钢渣骨料可用于电磁感应加热的特点，通过掺配钢纤维，设计了具备融冰化雪、电磁感应自愈合的功能型超薄抗滑磨耗层，并对其融冰化雪机理及性能、电磁感应自愈合行为进行了详实的实验研究。研究成果为功能型抗滑磨耗层的设计与应用提供了新的思路、.通过本项目的开展，共计发表高水平学术论文19篇，获批国家发明专利2项，直接培养2名硕士研究生。研究成果不仅可以为沥青路面预养护需求提供快速、高性能的抗滑罩面养护技术，还能够为机场道面、特殊路况条件下提供构造深度靠、抗滑性能优异、服役寿命长的抗滑磨耗层。该磨耗层结构，即可极大地提高我国沥青路面预养护的科技水平，又能保障机场道面飞行安全和普通路面的交通安全，为人民的便利出行提供有效的技术保障，具有显著的应用价值。