高温-高湿-高浓度盐雾环境下岛礁机场跑道混凝土的冲击疲劳寿命与劣化机理

The impact fatigue performance of concrete used in reef runway decreases when concrete are subjected to high temperature, high humidity and high salt spray environment, which threatens seriously the safety of flight. This project is carrying out based on the service conditions and requirements of the Nansha reef airport runway. The salt spray test machine is used to simulate the harsh environment of Nansha reef. The response rules of temperature and humidity, the distribution and sedimentary characteristics of chloride ion and sulfate ion in concrete under high temperature, high humidity and high salt spray environment will be studied. The impact fatigue behavior of concrete is studied by using the impact testing machine. The micro, the meso structure and the macroscopic properties of the airport runway concrete are the research object. SEM, MIP, XRD, the three-dimensional image processing technology and the damage mechanics theory are used to find the attenuation evolution of impact fatigue life of concrete subject to high temperature, high humidity and high salt spray. The deterioration mechanism of concrete used in the reef airport runway will be revealed from multi-scale which is the micro, meso and macro. The research results can provide a theoretical basis for durability design of Nansha reef airport concrete runway and lay the foundation for the development of long-life and low-maintenance airport pavement. There will be an important significance for the economy and military.

高温、高湿、高浓度盐雾条件下岛礁机场跑道混凝土冲击疲劳性能的下降严重威胁飞行安全。本项目即针对南沙岛礁机场跑道的使用条件和服役要求，通过盐雾试验机模拟南沙岛礁的严酷环境，探索高温-高湿-高浓度盐雾环境下跑道混凝土内部温湿度的响应规律，盐雾氯离子、硫酸根离子在混凝土中的分布规律和沉积特性。利用冲击试验机模拟飞机的冲击荷载，研究混凝土的冲击疲劳特性。同时以跑道混凝土的微、细观结构与宏观性能为研究对象，采用SEM、MIP、XRD等分析测试手段以及三维图像处理技术，并结合损伤力学理论，探索高温-高湿-高浓度盐雾作用下岛礁跑道混凝土冲击疲劳寿命的衰减演变规律，并从微观、细观和宏观多尺度揭示高温-高湿-高浓度盐雾-冲击荷载作用下岛礁跑道混凝土的劣化机理。研究成果可为南沙岛礁机场跑道混凝土的耐久性设计提供理论依据，为我国发展严酷条件下“长寿命、低维护”的机场道面奠定基础，并具有重要的经济和军事意义。

高温、高湿、高浓度盐雾条件下岛礁机场跑道混凝土冲击疲劳性能的下降严重威胁飞行安全。本项目设计加工了疲劳冲击试验装置，对不同厚度橡胶垫（0、3mm、5mm、8mm、10mm），不同冲击高度（250mm、300mm、350mm、400mm、450mm）和不同落锤重量（2.5kg、3kg、3.5kg、4kg、4.5kg）条件下的冲击力进行了测量。针对高温-高湿-高浓度盐雾环境下跑道混凝土的性能损伤进行了体系深入研究。结果表明：随着盐雾循环次数的增加，试件表层Mg、Cl、S三种元素含量显著增加；试件的抗压强度呈现先增加后减小的趋势。在400次盐雾试验后，海砂与河砂混凝土相对动弹性模量分别下降了3.81%和1.29%；抗折强度分别降低了12.6%和14.8%，抗压强度分别降低了43.9%和11.7%。随着盐雾试验持续进行，河砂与海砂混凝土的耐磨性能持续降低。.疲劳冲击与盐雾循环交替耦合作用时，混凝土试件的抗折强度也呈现先增加降低的趋势。随着盐雾试验的进行，河砂与海砂混凝土的抗冲击性能呈现降低趋势，且海砂混凝土的冲击性能均低于河砂混凝土，盐雾循环次数从100次提升至400次时，海砂混凝土与河砂混凝土的抗冲击疲劳寿命分别降低了37.3%、21.2%。同时采用SEM、MIP等测试手段分析了跑道混凝土的微观结构、孔结构和化学成分，从微观、细观和宏观多尺度揭示跑道混凝土的劣化机理。.珊瑚骨料等量取代粗骨料时，混凝土抗折强度和抗压强度分别下降了45.9%，和66.6%，单位面积磨损量增大4.85倍。采用硅烷处理混凝土试件表面对混凝土的吸水性有显著提升，但对抗盐雾性能的改善并不显著。研究结果可为岛礁机场跑道的长寿命化、使用年限内具有良好的使用功能提供理论基础。