机场道面装配式修复技术研究综述

为明确装配式水泥混凝土道面的技术特点,便于机场道面修复的技术选型,开展了文献调研,总结典型的装配式道面结构组合和接缝设计,梳理施工质量控制和数字化管控技术,并与其他道面修复技术在适配荷载、使用寿命和施工效率等指标进行对比分析。调研结果表明,钢筋环焊接的接缝设计具备施工简便的优势,预应力连接和可拆装传力构件能分别提升道面的抗弯拉性能和可复用能力,采用切割机、起吊钢梁和起吊调平一体化构件等装置可以提升施工作业效率。在道面修复的应用场景中,装配式混凝土道面适用于长期重型荷载,并在大面积修复作业中具有优势,可与快修混凝土材料配合作业,提升机场道面的韧性恢复能力。

基于感知应变的刚性道面结构强度评价方法

刚性道面结构强度实时准确评价,是保障机场设施耐久与适航安全的重要工作,其中决定性因素为基层顶面反应模量K。依托西南某国际机场智能跑道系统,采集C类飞机通过事件下的刚性道面板动态应变响应状态;通过HWD弯沉测试获取道面初始结构参数,建立机场刚性道面9块板足尺有限元模型,通过考虑轮迹偏移和基层顶面反应模量K值对道面板中监测点位动态应变的影响,建立K值与动态应变响应峰值期望ε值的函数关系曲线;采用桥渡原理,补偿机场刚性道面仿真模型与实际结构之间的偏差,将模拟仿真函数关系转换至实际感知函数关系,基于实测感知应变实时评价基层顶面反应模量。在此基础上,采用当量单轮荷载法建立机场道面强度评价指标PCN值与K值的关系,最终实现基于感知应变的刚性道面结构强度实时评价。

飞机荷载模拟加载车设计与应用

为真实模拟飞机荷载对机场道面的作用,该文在总结已有相关设施设备特点的基础上,设计了飞机荷载模拟加载车,并结合真实飞机加载的现场试验道面结构层土压力数据对加载车仿真效果进行分析。结果表明:加载车载重系统最大可达50t,可模拟现役主起落架为单轮、双轮及四轮构型的飞机加载效果。装载单个机轮时,加载车对主起落架为单轮构型的飞机仿真效果好,但由于多轮对道面的叠加作用效应,对主起落架为六轮构型的飞机只在加载点正下方仿真效果较好。为真实模拟主起落架六轮及以上构型的飞机加载效果,仍需设计尺寸及加载能力更大的加载车。

冲击荷载下橡胶混凝土道面应变响应研究

为阐明冲击荷载作用下橡胶混凝土道面的应变响应,基于光纤光栅应变计和重型落锤式弯沉仪(heavy weight deflectometer,HWD),设计了一种道面冲击应变响应的测试方法。通过该方法,对比分析了冲击荷载下橡胶混凝土道面与普通混凝土道面的应变响应差异,并通过监测不同尺寸的橡胶混凝土道面,研究道面板尺寸对应变响应的影响。试验结果表明:相较于普通混凝土道面,橡胶颗粒的加入改变了冲击荷载下道面的应变响应分布,使混凝土道面板中的水平应变均减小,而板边、板角的水平纵向应变增加;并且随着板长增加,橡胶混凝土道面板中、板边、板角处最不利应变响应方向的应变逐渐增加,其中板角处纵向应变增加最快,即道面板长增加将使橡胶混凝土道面冲击荷载下的最不利位置和方向从板边横向转移至板角纵向,因此在大尺寸橡胶混凝土道面设计与建造中,板角应变也应被考虑。

高性能沥青混凝土机场道面结构

为增强机场沥青道面的抗轮辙性能,提出了一种基于新型环氧沥青混凝土的高性能机场道面结构.将新型环氧沥青混凝土EAC20作为机场道面的中面层,SMA13型沥青混凝土作为上面层,AC20型沥青混凝土作为下面层,由此构成SEA机场道面结构.分析了新一代大型客机A380荷载作用下SEA机场道面结构的力学响应,针对机场道面各层沥青混凝土进行永久变形试验,并采用多元线性回归得到各层材料的蠕变参数,以模拟SEA机场道面结构的永久变形.研究结果表明,将新型环氧沥青混凝土作为中面层应用于机场道面,可以减小机场道面结构的应变,沥青面层底部最大拉应变和最大压应变分别约为传统机场沥青道面结构的68%和72%.在1×105次荷载作用下,SEA机场道面结构的永久变形仅为6 mm,约为传统SAA机场沥青道面结构的42.9%.

机场道面除冰液对高性能混凝土抗冻性的影响

采用快冻法测定了高性能混凝土(High Performance Concrete,HPC)在水、浓度为3.5%的NaCl除冰盐、3.5%～25%的醋酸钙镁(Calcium magnesium acetate,CMA,机场道面除冰液)、25%的乙二醇(飞机除冰液)和商品飞机除冰液中的抗冻性。结果表明,在3.5%CMA溶液中,HPC抗冻性比水中冻融提高了1.09倍,其冻融破坏特征与水中冻融一样,均属于内部微裂纹扩展,完全不同于HPC在3.5%NaCl溶液中的盐冻表面剥蚀。在浓度为25%的条件下,CMA机场道面除冰液对HPC无冻融破坏作用,而乙二醇飞机除冰液、尤其是商品飞机除冰液对HPC有明显的冻融破坏作用。因此,CMA机场道面除冰液能够有效地延缓HPC的冻融破坏。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在机场道面快速修补中的应用研究

作为一种新型混凝土材料——地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC),凭借其优异的力学性能与耐久性,被应用于机场道面的快速修补。为研究玄武岩纤维对GC性能的改善能力,首先以矿渣与粉煤灰为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC),测试了标准养护3、7、28d的BFRGC的准静态力学性能,包括:抗压、抗折强度,并分析了玄武岩纤维对GC的增强机理。结果表明:玄武岩纤维能够有效地提高GC的抗压、抗折强度;当玄武岩纤维体积掺量为0.3%时,玄武岩纤维对GC抗压强度的改善效果达到最佳,尤其是早期抗压强度,标准养护3、7、28d时的强度增长因子(Strength Increase Factor,SIF)分别为37.76%、34.82%、31.52%;当玄武岩纤维体积掺量为0.1%时,对GC抗折强度的改善效果达到最佳,标准养护3、7、28d时的SIF分别为16.67%、16.22%、22.22%。由此可见,玄武岩纤维的掺入,使得GC的性能有了显著的改善。因此,BFRGC在机场道面快速修补中将会有更加广阔的应用前景。

连续式碳纤维自发热机场道面温升规律试验研究

针对布置连续式碳纤维线的自发热机场混凝土道面,分别制作了内设6K、12K、24K发热线的水泥混凝土板,并在不同室外环境、不同输入功率下进行了温升规律现场试验。试验结果表明:1距离发热线越近,温升越快,温度越高;2发热线间距为10cm时,板面不同位置的温差在3℃以内,温度均匀性良好;3温升效果主要由输入功率决定,当环境温度在-10℃且输入功率为382W/m2时,3.5h后板面温度即可超过3℃;4自然环境对板面温升影响显著,板面温度变化与环境温度变化趋势一致,环境温度降低3℃,板面温度将会随之降低20%以上;5混凝土道面板散热慢,可以利用余热进行融雪化冰。

连续式碳纤维自发热机场道面融雪化冰试验研究

为研究布置连续式碳纤维线的自发热机场混凝土道面的融雪化冰规律,制作了内设6K、12K、24K发热线的水泥混凝土板,展开不同功率、不同厚度等条件下的室外融雪化冰试验,并进行了机理分析。结果表明,1在板内设置隔热层可以减少混凝土板的蓄热量,提高融雪化冰的效率;2输入功率和冰雪厚是决定融雪时间以及耗电量的主要因素,一定范围内,功率每增加50W/m2,化雪时间缩短1.14h,节省电量0.25k W·h/m2,雪厚每增加1cm,化雪时间延长0.69h,耗电量增加0.35k W·h/m2;3对道面进行提前预热不仅可以避免道面积雪,而且通过采用间歇式供电可以节约能耗。

机场道面除冰液作用下大掺量粉煤灰混凝土的抗冻性

通过大掺量粉煤灰混凝土(HFCC)试件在质量分数为3.5%,12.5%,25%机场道面除冰液(CMA溶液)、质量分数为3.5%的NaCl溶液、质量分数为3.5%的飞机除冰液(AD溶液)、质量分数为25%的商品飞机除冰液与水中快速冻融试验,获得了冻融过程中HFCC的质量损失率和相对弹性模量的变化规律。结果表明:在质量分数为3.5%的介质中,HFCC在NaCl溶液中的冻融破坏以表面剥落为主,在AD,CMA溶液中以内部冻融损伤为主;与水中冻融条件相比,质量分数为3.5%的CMA溶液延缓了HFCC的冻融破坏作用;HFCC在CMA溶液作用下的冻融破坏与其质量分数密切相关,CMA溶液质量分数越高,HFCC的冻融破坏作用越小,当CMA溶液的质量分数在12.5%以上时,即使经受600次快速冻融循环,其质量损失率和相对动弹性模量损失均很小;在质量分数为25%的冻融介质中,HFCC在商品飞机除冰液中的抗冻性较差,在机场道面除冰液中抗冻性较好;HFCC完全能够应用于较高质量分数CMA溶液进行冬季除冰雪作业的水泥混凝土机场跑道。

机场道面抢修用聚氨酯稳定集料的试验研究

以机场道面意外损毁的抢修为目的,进行了聚氨酯发泡快速稳定道面基层回填料的试验研究。试验结果表明,常温下用聚氨酯发泡稳定碎石集料,2 h无侧限抗压强度达到2.05 MPa,对道面结构的有限元分析表明,试验所用材料可满足道面基层的力学性能要求。

新型机场道面混凝土性能研究

针对传统机场道面混凝土易开裂、耐久性不良的现象,采用在普通道面混凝土中掺加纤维、粉煤灰的技术路线,研制适用于严寒干旱地区的新型高性能道面混凝土,并进行了抗裂、抗冻、抗渗、耐磨等性能试验。结果表明,单掺粉煤灰或纤维,均能大大提高普通道面混凝土的抗裂性和耐久性;尤其是纤维、粉煤灰复掺时,道面混凝土的抗裂性和耐久性得到进一步提高。

应急机场土质道面疲劳变形特性模型试验

为分析应急机场快速修建工程的合理道面结构形式，采用人工加载和道面电液伺服疲劳试验机加载2种方式，对由压实土基、稳定土基层（底基层）和功能性面层组成的典型道面结构疲劳变形特性进行了模型试验．研究了土质道面结构的累积塑性变形、回弹弯沉和弯沉盆曲线随飞机荷载、施加荷载频率和荷载作用次数的变化情况及其平面分布规律．试验结果表明：累积塑性变形随加载频率增大而增大，累积塑性变形与加载次数呈对数关系；弯沉盆曲线形状类似“S”型曲线，可采用四次曲线方程进行拟合；道面结构的早期整体回弹模量增长较快，7～60d龄期内整体回弹模量可达200—500MPa，在数万次通行次数下，土质道面的回弹弯沉小于1mm，表明提出的土质道面结构形式能够满足应急机场强时效性的要求．

青藏高原机场道面混凝土抗冻指标研究

在我国青藏高原地区建造的机场,因其独特的高海拔特征而与内地机场有着迥异差别,因此在建设上带来特殊的要求。依托正在建设的青海省玉树机场,在详细分析其独特的气候特点基础上,有针对性地进行了高原机场道面混凝土抗冻指标研究。

拼装式铝道面板下土基变形预测模型

为了分析飞机重复荷载作用时拼装式道面板下土基塑性变形情况,对4种不同厚度、强度的蜂窝铝夹芯道面板进行了足尺通行加载试验,测试了土基在不同轮载作用次数下的塑性变形.通过数据拟合分析确定了特定铝道面板下土基变形关于通行次数及基层强度的简化模型.对简化模型进行修正后,将新模型与其他传统预估模型进行了对比,结果表明:土基变形与通行次数的对数成正比例关系,与土质道面强度成反比例关系,道面板D铺设在高强度基层上时,道面板的疲劳开裂是道面结构失效的主要原因;道面板D铺设在70 MPa的基层上时,采用沥青道面设计公式、美军土质道面设计公式、本文推导公式分别计算得出的最大通行次数为4.07×1013、288、487 990次.

机场道面新型混凝土抗裂性试验

针对传统的普通道面混凝土施工后经常出现裂缝的现象,分析了裂缝产生的原因,提出在普通道面混凝土中掺加粉煤灰、聚丙烯纤维的新型道面混凝土,采用平板法进行了抗裂性能对比试验。结果表明:在普通道面混凝土中单掺粉煤灰或聚丙烯纤维,都能提高混凝土的抗裂性,而粉煤灰和聚丙烯纤维双掺的新型道面混凝土更能有效防止裂缝的发生,显著延长道面使用寿命。

飞机轮载作用下机场复合式道面结构力学分析

以三维有限元分析模型为平台,考虑旧水泥混凝土道面接缝的传荷能力,建立了复合式道面结构有限元模型,考虑临界荷位的布置,获取了B737-300,B767-300ER和B777-300ER等3种机型飞机的荷载作用下复合式道面结构各层的力学响应,计算了力学响应的极大值及其出现的位置.结果表明:复合式道面结构的临界荷位为纵缝边缘中部,多轴起落架荷载作用下,复合式道面结构力学响应表现为多应力峰值模式,随轴数增多,力学响应增加显著,轮轴之间叠加效应明显.3种机型飞机荷载作用下沥青混凝土加铺层底,旧水泥混凝土层底的力学响应的极值位置多出现在靠近纵横边缘一侧的轮胎底部.

机场水泥混凝土结合式双层道面粘结剂测试

对结合式双层道面粘结剂进行了室内剪切和劈拉试验及足尺板的疲劳试验。结果表明 ,YJ- 30 2不凿毛时的界面粘结力高于水泥净浆和 1 0 7胶水泥浆 ,能保证道面获得较好的粘结力 ,使道面完全结合。采用 YJ- 30 2对机场道面进行结合式修复 ,具有较好经济性 ,是较为理想的粘结剂。

道面水泥混凝土气孔结构影响因素的试验研究

为了探究道面水泥混凝土气孔结构的影响因素，进行了新拌混凝土含气量、养护龄期、振捣时间对混凝土气泡特征参数的影响试验，分析了这三种因素的影响规律。结果表明：新拌混凝土含气量为4%-6%比较合理，过量引气不利于气孔结构的形成；气泡特征参数在从7-28 d时有较大变化，养护28 d时基本达到稳定，用早期龄期的试样观测会有误差；适当延长振捣时间（30 s）有利于硬化混凝土形成较好的气孔结构，尤其是对混凝土道面的上半层，可以有效地提高混凝土道面表面的抗冻性，但混凝土振捣时间超过60 s，对形成的气孔结构产生不利的影响。

公路飞机跑道道面凹形变坡动力分析

为了分析公路飞机跑道表面凹形变坡对飞机起降产生的影响,应用飞行力学与振动力学原理,建立飞机起落架的运动模型和振动方程,研究动载系数与凹形变坡形状和飞机滑行速度的关系。结果表明:飞机前起落架振动对重心位置的影响较小,后起落架振动对驾驶位置的影响较小;当飞机速度不变时,最大动载系数随变坡增大而增大;当变坡值不变时,振动随速度增加而加强;且在不同速度和坡度的情况下,其重心位置的动载系数只有1.1左右,振动加速度一般在动载系数的±0.3之间。