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气泡混合轻质土在机场跑道垫层中的应用

发布时间:2020-07-25 分类:公司新闻, 其他应用, 知识资源 信息来源:www.hnhtjc.com

随着我国国民经济的快速发展,民用机场的航班密度大幅度增加。国内的一些大型机场繁忙时每3- 5 min要起降一架飞机,而空客A 380这类大型飞机,其起飞重量达430 t之巨。

因此机场跑道的负荷与日俱增。我国幅员辽阔,不仅纬度跨越大,而且各地地貌地质状况迥异,所以机场跑道还要面临季节性冻土,盐渍土等不利地质条件。

由于机场跑道承受荷载繁重复杂,并且受到冻融、盐胀等不利条件影响,其使用期远远低于预期寿命。目前,国内虽然在铺筑或维修混凝土板块时,不断提高混凝土强度等级及厚度,甚至采用配筋混凝土,但效果并不理想;西欧及美国对于机场跑道的修补技术目前主要采用碾压混凝土的根本性修复,尽管能在短时间内快速启用,但修补部位的耐高温性及承载能力均较差。

由于跑道基层在跑道结构中处于承上启下的重要作用,在改善面层混凝土效果不明显的情况下,应考虑通过提高基层的吸收冲击能效果、保温隔热性能、隔水性能等,来提高整体结构的使用性能和耐久性。捣而不均匀分布,极易导致混合土产生分层现象。


气泡混合轻质土的生产方式,可分为机械混合发泡法和预发泡法。

机械混合发泡法:先将母材(原料土或砂)、固化材料(水泥类或高分子类等)和水均匀混合,拌制成原料浆。再将原料浆和泡沫剂溶液倒入高速搅拌机中,通过叶片的高速搅拌,可产生大量气泡,从而制得气泡轻质混合土浆体。然后,将拌制好的浆体浇筑入模,经养护成型,形成轻质混合土。

预发泡法:先将母材(原料土或砂)、固化材料(水泥类或高分子类等)和水均匀混合,拌制成原料浆,泡沫剂溶液通过发泡装置发泡。预发泡法与机械混合发泡法的原理不同,其克服了第一种方法的缺点,采用发泡装置发泡,发泡效率较高,发泡剂溶液的利用率较高,一般都能达到100%,泡径均匀且泡沫轻质混合土的密度容易控制。

1、气泡混合轻质土材料及其生产方式

气泡混合轻质土是指水泥、水、细沙或砂性土和气泡按照一定的比例,经过充分混合、搅拌并最终凝固成型的一种轻型填筑材料。气泡轻质混合土的原理是:把配制好的泡沫剂掺入到拌制好的原料土浆,并搅拌均匀,产生气泡,气泡在浆体中占据了一定的空间。当固化材料将土颗粒胶结在一起后,固化体中就留下大量的小孔隙,从而降低了原料土的密度。气泡混合轻质材料技术的关键问题是制造稳定、高效的气泡。现在一般都采用拌合搅拌来产生气泡,如果能用发泡装置来产生稳定的气泡,这将会为实验研究带来很大帮助。由于气泡轻质混合土是一种多孔介质,非密实体,在制取试样时不能击实振捣,否则气泡由于振捣而不均匀分布,极易导致混合土产生分层现象。机械混合发泡法虽然步骤简单,但是发泡效率低,发泡剂溶液不能完全制成气泡,且制得的气泡不均匀;另外,由于其消泡率较高,气泡混合轻质土的密度也不易控制。所以,目前国内外大多采用预发泡法制备气泡混合轻质土。

2、气泡混合轻质土的工程特性

气泡混合轻质土的特点如下:

(1)轻质性:在气泡混合轻质土内均匀分布着大量的独立闭合胶质气泡,气泡膜具有很强的韧性,气泡之间互不通水,从而使材料的容重比常规土小很多。根据工程上不同的需要,通过适当调整产品中的气泡、固化剂及砂的比率,可以使气泡混合轻质土的容重在5-12 kN/m3的范围内自由调整。

(2)强度可调节性:气泡混合轻质土强度特性由原材料种类及配合比控制。原料砂的性质及用量、水泥的种类及用量,气泡的含有率、水的用量、养护条件及龄期等都对其强度有影响。目前,无侧限抗压强度的调节范围为0.3-15.0 MPa,工程应用范围[z〕一般为0.5-1.5 MPa.

( 3)低弹减震性(抗冲击):气泡混合轻质土的多孔性使其具有低的弹性模量,从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。其吸收冲击能量为同质量普通混凝土的3-5倍。

( 4)自立性:具有自硬能力,对周围挡土结构物几乎没有侧压力。

( 5)保温隔热性能:混凝土内部形成封闭的泡沫孔,其气泡含有率可达40% -70%,具有良好的保温隔热和抗冻融性能.

(6)不透水性:气泡混合轻质土的透水性很小,对容重为10 kN/m;的饱和状态与不饱和状态的气泡混合轻质土试验发现,其透水系数数量级仅为10-5cm/s.

(7)耐久性:气泡混合轻质土属水泥类材料,与高分子材料相比,其耐久性、耐热及抗油污能力强。通过干湿循环、冻融循环及耐疲劳等试验研究表明,气泡混合轻质土具有水泥混凝土材料同等的耐久性。

( 8)良好的施工性:气泡混合轻质土由于其具有良好的流动性和固化后的自立性,且浇筑时不需要振捣和碾压作业,可进行远距离或在窄小空间内施工。此外,气泡混合轻质土中混有大量的气泡,原材料的体积仅为成品的1/ 3,提高了施工材料的运送效率。

( 9)环保性:气泡混合轻质土所需原料为水泥和起泡剂,起泡剂为中性,不含苯、甲醛等有害物质,避免了环境污染和消防隐患。

(10)经济性:原材料价格低廉,综合造价低。

3、气泡混合轻质土用于机场跑道垫层的优越性

(1)由于气泡混合轻质土容重在5-12 kN/m3之间,仅为普通混凝土材料的1/ 5^-1/ 2左右,用作基层可以减轻路面结构的自重。由于机场跑道承受荷载繁重且复杂,较轻的自重更有利于减轻土基压力,减少沉降差异及附近建筑物的附加沉降破坏,大幅降低维修养护费用。

( 2)由于气泡混合轻质土强度可以调节,可根据强度要求,计算出最优的材料配比,尽量减少原材料费用,节约建设成本。

( 3)垫层的作用主要是将面层和基层承受的荷载传递到土基。飞机起落时有巨大的竖向和横向荷载,将低弹减震、吸收冲击能效果好的气泡混合轻质土作为垫层,不仅可以对竖向荷载起良好的缓冲作用,并且由于垫层紧贴基层,还可以对基层产生横向的约束,吸收基层受到的横向冲击能量。

( 4)气泡混合轻质土有非常好的保温隔热和不透水性能,可以防止结构由于深度不同而产生不同的胀缩变化,进而防止融沉、冻胀等病害现象出现。

( 5)施工时不需要机械振捣碾压,节省工序,节约成本。

(6)施工工期短,可以使跑道早日投入使用,创造更大的经济效益。

(7)材料环保无污染,符合新时代以人为本的建设要求。

4、气泡混合轻质土作为机场跑道垫层的施工及检测要求

4. 1气泡混合轻质土的施工

(1)气泡混合轻质土浇筑:整个基层水平分层进行浇筑,每层浇筑的间隔时间至少一天。气泡混合轻质土采用软管泵送。浇筑时保持出料口埋入气泡混合轻质土中,尽量避免消泡和离析现象产生。

( 2)纵横坡调整:因为气泡混合轻质土流动性大,浇筑过程中无法事先满足路面坡度的要求,需待浇筑完成并达到一定的强度后,用垫层材料进行纵向和横向坡度调整。

( 3)养护:气泡混合轻质土浇筑完成后,为了防止由于急速干燥而产生裂缝,固化后需要加盖麻袋等进行保护。此外,如果施工中下雨,对固化前的气泡混合轻质土要进行掩盖,避免遭受雨淋。对于大体积气泡混合轻质土,应注意加强过程养护,确保不因养护问题导致产生裂缝.

5、结束语

气泡混合轻质土具有轻质、抗冲击性强、保温隔热性好、防水性强、良好的施工性及环保性等毛点,适合用于结构功能要求严格的机场跑道垫层在未来一定会有广阔的使用前景。