机场道面混凝土冻融循环试验与使用寿命预测

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发布时间：2021-09-25

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机场道面混凝土冻融循环试验与使用寿命预测
刘国光 ’，刘远，武志玮
(1．中国民航大学机场学院机场工程研究基地，天津 300300；2．华南农业大学水利与土木工程学院，广东广州 510642)
摘要：采用快速冻融法对混凝土试块进行了冻融循环试验，利用声发射传感器测试了试块在劈裂抗拉试验中的声发射信号用以判别
损伤程度，分析了试块质量和动弹性模量变化规律，建立了基于概率的机场道面混凝土并联独立损伤单元模型，提出了用于机场道面寿命
评估的三折线使用寿命预测模型，并同韦伯预测模型进行了对比。结果表明：三折线使用寿命预测模型既能反映冻融条件下混凝土的全寿
命周期工作性能，为机场道面管理的科学决策提供了可靠依据。
关键词：机场道面；冻融循环；混凝土；使用寿命预测
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(201I)03—0038—03
Freeze—thaw cycle experim ent and service life prediction on concrete of airport pavem ent
LTU Guo-guang ，LIU Yuan ，W U Zhi—wei
(1．Airpo~Engineering Research Base ofCivil Aviation University ofChina，Tianjin 300300，China；
2．CollegeofW aterConservancy andCivilEngineeringofSouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou 510642，China)
Abstract： The freeze—thaw cycle experiment of concrete block was carried out by rapid ~eeze-thaw method，acoustic emission signal to
determ ine damage of block in splitting tensile test was tested through acoustic emission sensors，the characteristic of weight and dynamic elastic
modulus changes were analyzed，parallel independent unit model of concrete was established based on the probability of airport pavement
damage，three—line model for service life prediction was proposed to evaluate service life of airport pavement and was compared with W eibull
prediction mode1．The results show that，three—line model for serv ice life prediction can reflect the whole serv ice life performan ce of concrete under
freeze—thaw condition，which can also be reference for airport pavem ent managem ent to make scientific decision．
Km／w ords： airport pavement；~eeze—thaw cycle；concrete；service life prediction
0 引言
在冻融地区，机场道面平整度和结构强度除受飞机起降荷
载影响外，还会遭受冻融破坏。冻融破坏指混凝土在饱和水状态
下受冻融循环作用产生表面疏松、剥落，骨料外露，甚至露筋的
现象，常见于严寒地区且处于干湿交替环境的混凝土建筑物。机
场道面在接触雨水、蒸气或渗水后，也会产生冻融破坏，加速道
面结构破坏，降低使用寿命，增加了管理维护费用。冻融破坏后
内部的较大裂隙或空洞由于不易被肉眼发现，还将给飞机起降
安全带来潜在威胁。
国内已有机场道面评价体系[】_1]主要针对道面损坏状况、道
面结构强度、平整度、抗滑性和排水性能，而针对机场道面冻融
破坏的研究相对较少且主要集中在高耐久性混凝土研制[4]和冻
融破坏评价指标的确定【5_，暂无规范可依或行业认同的冻融地
区机场道面使用寿命评估方法参考。伴随我国民航事业广泛深
入的发展，筹建或在建的多座机场位于严寒地区，因而，建立冻
融地区机场道面使用寿命评价模型有利于管理者制定机场规
划、道面使用年限计划和总体投资决策，是对现有机场道面评
价体系的有益补充。
因此，本研究结合机场道面设计、管理和运营特点，建立了
收稿日期：2010—10—16
基金项目：中国民航大学科研启动基金 (2010QD1 IX)
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机场道面混凝土并联独立损伤单元模型，推导了基于概率的道
面损伤与使用寿命之间的关系，通过快速冻融试验分析了三折
线模型在道面使用寿命预测中的应用，为评估机场道面寿命、计
算道面全寿命周期投资费用提供了依据。
1 混凝土损伤累积问题的研究现状
损伤是材料组织结构在外界因素作用下发生力学性能
退化的现象，损伤具有随使用时间增加而增大的特点，也称
为损伤累积。对于混凝土材料来说，损伤累积表现为内部空洞
或微裂纹的增长、扩展、并集、聚合，形成宏观裂纹，导致结构
强度、刚度下降，最终引起破坏。损伤累积问题的研究可追溯
到 1945年，Miner研究铝合金疲劳问题时提出的 Miner线性
损伤累积准则嘲。从 1958年～1986年，陆续提出了损伤变量(D)
的概念 _7】以及应力等价性假设、应变等价性假设、用变形表征
损伤等损伤变量计算方法。相比而言，混凝土损伤本构关系的
研究较迟，在应用 Miner线性损伤累积准则后，才结合混凝
土材料特点提出了考虑循环等幅加载的非线性损伤累积准
则 f8 和分析混凝土内部微塑性区应变的连续介质损伤累积准
则[91，以及考虑概率分布的损伤累积准则 _lo ”，上述四种损伤
累积准则的表达式列于表 1