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原文传递机场道面纤维混凝土的性能评价及应用研究

论文题名：	机场道面纤维混凝土的性能评价及应用研究
关键词：	机场道面;结构设计;板边应力;纤维水泥混凝土;高强聚酯纤维;强度换算;施工质量
摘要：	水泥混凝土道面是我国新建机场道面的首选类型，随着飞机的更新换代，飞机轮载也不断增大，对道面的使用性能要求也越来越高，因而纤维水泥混凝土逐渐广泛应用于机场道面建设。现有相关研究主要关注纤维对混凝土的强度提升效果，较少关注其性能优化机理，且其强度换算关系也存在与实际工况配比相关性不足等问题。　　本文依托HH机场建设项目，首先采用中国机场水泥混凝土道面设计方法（MH-2010法）和美国机场水泥混凝土道面设计方法（FAA法）对机场道面进行结构设计；同时进行有限元建模，分析设计机型的板边应力响应规律；结合机场水泥混凝土的抗弯拉性能及耐久性能需求，对比分析了高强聚酯纤维、聚乙烯醇纤维和耐碱玻璃纤维混凝土在机场道面的适用性；进一步，基于传统的水泥混凝土力学性能和耐久性能评价方法，综合比选确定了高性能纤维的最佳掺量；采用扫描电子显微镜(SEM)揭示了纤维提升水泥混凝土性能的机理。最后通过HH机场现场成型水泥混凝土板，综合考虑强度影响因素，建立了芯样劈裂强度与小梁抗弯拉强度关系式；基于以上研究，依托HH机场道面工程，对HH机场道基、基层、面层的施工工艺和质量检验进行分析，得出主要研究结论如下：　　（1）机场道面结构设计和应力分析　　采用MH-2010法设计的道面面层厚度为395mm，FAA法设计的面层厚度为362mm；采用FEAFAA(FiniteElementAnalysis–FAA)对机场道面进行建模，分析不同临界荷载的道面应力，并与MH-2010法的结果对比，结果表明两种方法结果相差不大；分析不同设计参数的道面应力，结果表明板底拉应力大于板底压应力，且板底拉应力受面层厚度和弹性模量影响较大。　　（2）机场道面纤维混凝土性能研究　　通过抗弯拉试验分析了纤维混凝土与减水剂的适配性，发现DQ-高强聚酯纤维混凝土+SX聚羧酸减水剂、聚乙烯醇纤维混凝土+JCZ聚羧酸减水剂、耐碱玻璃纤维混凝土+JCZ聚羧酸减水剂的弯拉强度较高；分析上述组合的早期抗开裂性能、抗冻性能、抗冲击性能，得出高强聚酯纤维混凝土的性能最佳。　　（3）高强聚酯纤维混凝土的性能研究　　通过抗压试验、轴心抗压试验、抗压弹性模量试验研究不同掺量的DQ-高强聚酯(HSP)纤维混凝土的抗压性能，发现纤维对水泥混泥土的抗压性能提升效果不显著；综合分析高强聚酯纤维混凝土的力学性能和耐久性能，选取HSP纤维混凝土最佳掺量为1.4~1.6kg/m3。通过对抗冲击试验后的试件断裂面观测，发现纤维有良好的延缓裂缝扩展的作用，当纤维掺量为2.0kg/m3时，HSP纤维出现团聚现象。　　（4）高强聚酯纤维混凝土道面弯拉强度评定　　通过对每个道面板的灰水比、砂率、纤维体积掺量与小梁弯拉强度、芯样劈裂强度进行灰关联度分析，发现灰水比和纤维掺量的改变对弯拉强度、劈裂强度影响较大；通过每个道面板不同龄期的弯拉、劈裂强度分析，将灰水比、纤维掺量作为参数得到劈裂弯拉强度换算关系。　　（5）机场道面施工及质量检验　　依托HH机场建设项目，对机场飞行区道基、基层和面层的施工工艺以及质量检验方法进行全面的剖析与探讨。水泥混凝土面层通过小梁抗弯拉试验和芯样劈裂试验对弯拉强度进行检测，采用研究所得的换算公式和经验公式分别对芯样劈裂强度进行换算，发现采用本研究提出的换算公式得到的弯拉强度更接近实际，可为其他机场建设工程提供参考借鉴。
作者：	雷鸣宇
专业：	交通运输工程
导师：	汪海年
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022