冲击荷载-冻融循环-除冰液作用下机场跑道用碾压混凝土的长寿命化研究

The impact loading, the freeze-thaw cycle and the deicer will cause the loose and damage of the airport runway, which decreases the service life of the airport runway. The research on the long life of roller compacted concrete used in airport pavement subjected to impact loading, freeze-thaw and deicer will be carried out in this project. A falling weight impact tester, a simulation system of full-size airport runway load and a rapid freeze-thaw test machine are used. The micro, the meso structure and the macroscopic properties of the airport runway dry concrete are the research object. SEM, MIP, XRD, the three-dimensional image processing technology and the macro and micro mechanics theory are used to explore the relationship among the micro, meso structure and the macroscopic properties of roller compacted concrete. The deterioration mechanism of roller compacted concrete used in the airport runway will be revealed from multi-scale which is the micro, meso and macro. A key technology of the long service life and a mix optimal design method of roller compacted concrete used in the airport runway will be brought based on the idea which is improving the micro, meso structure and adding the elastic and the tensile component. The long life airport runway can ensure its good use in the design life and lay the foundation for the development of long-life and low-maintenance airport pavement, which has an important significance for the economy, military and society.

冲击荷载-冻融循环-除冰液的作用会引起机场跑道的松动与破损，从而缩短机场跑道的使用寿命。本项目即针对这一热点问题，利用落锤式冲击试验机、足尺寸机场跑道载荷模拟系统和快速冻融试验机进行冲击荷载-冻融循环-除冰液作用下机场跑道用碾压混凝土的相关研究。以碾压混凝土的微、细观结构及宏观性能为研究对象，采用SEM、MIP、XRD等先进的材料分析测试手段以及三维图像处理技术，并结合宏微观力学理论，探索其微、细观结构对宏观性能的影响规律，从微观、细观和宏观多尺度揭示碾压混凝土的劣化机理。同时基于改善混凝土微、细观结构，增加弹性组分与抗拉组分的思想，提出机场跑道用碾压混凝土的长寿命化关键技术和配比优化设计方法。实现机场跑道的长寿命化，保证其在设计使用年限内具有良好的使用功能，可为我国发展"长寿命、低维护"的机场道面奠定基础，研究成果具有重要的经济、军事和社会意义。

冲击荷载-冻融循环-除冰液的作用会引起机场跑道的松动与破损，从而缩短机场跑道的使用寿命。本项目即针对这一热点问题，利用落锤式冲击试验机和快速冻融试验机进行冲击荷载-冻融循环-除冰液作用下机场跑道用碾压混凝土的相关研究。结果表明：碾压混凝土在飞机除冰液(乙二醇)和跑道除冰液(醋酸钾)溶液中的完全浸泡12个月后，试件质量均无明显变化，抗压强度均降低了30%左右。飞机除冰液和跑道除冰液中冻融循环250次时抗折强度分别降低了39%和55%；跑道除冰液中冻融循环次数由100次增加到250次时，试件的冲击能降低了近30%；除冰盐溶液中冻融250次后，钢纤维混凝土的初裂和终裂强度分别降低了73.4%和14.3%。盐溶液中冻融循环次数由100次增加到200次时，抗弯预冲击3次和6次的钢纤维混凝土的最终冲击次数分别降低了51%和41%。10%橡胶颗粒掺量的碾压混凝土在水、飞机除冰液和跑道除冰液中300次冻融后抗折强度分别损失20%、21%和18.2%，掺加橡胶颗粒可有效抑制冻融过程中动弹性模量的降低，但对碾压混凝土抗弯冲击性能无明显影响。掺入适量钢纤维可将碾压混凝土的抗冲击次数从3~5次提升至140~170次。跑道除冰液中冻融循环300次时，橡胶-钢纤维混掺的碾压混凝土累计质量损失达155.17g/m2，试件的初裂、终裂次数的降低值超过了70%。同时采用SEM、MIP、XRD 等分析测试手段分析了碾压混凝土的微观结构、孔结构和化学成分，从微观、细观和宏观多尺度揭示碾压混凝土的劣化机理。研究结果可为实现机场跑道的长寿命化，保证其在设计使用年限内具有良好的使用功能提供理论基础。可为我国发展“长寿命、低维护”的机场道面奠定基础，研究成果具有重要的经济、军事和社会意义。