復合環境因素作用下纖維網格布強化混凝土的耐磨性研究

摘 要： 為解決復合環境因素作用下機場混凝土道面在重載化發展趨勢下的表面性能不足的問題，文章提出在砂漿層中鋪設玄武巖纖維網格布和抗堿玻璃纖維網格布的方式強化機場道面的表面性能。對紫外照射、氯鹽侵蝕、尾焰燒蝕等復合環境作用下的纖維網格布強化道面混凝土開展耐磨試驗，結果表明在施加尾焰燒蝕和紫外照射的復合因素時，摻加玄武巖纖維網格布的混凝土在抵抗尾焰燒蝕方面較抗堿玻璃纖維網格布有更好的效果。試驗當中的氯鹽侵蝕對混凝土表面耐磨性能的影響略大于日光照射的因素。從磨耗試驗后混凝土表面單位面積剝落量的大小進行分析，纖維網格布的工作范圍主要是磨耗后20～40 圈的范圍，其對于混凝土耐磨性質的提升限于一定范圍之內。復合環境因素組合中各因素對混凝土表面耐磨性能影響大小由大至小依次為：尾焰燒蝕gt;氯鹽侵蝕gt;紫外照射。

關鍵詞： 機場道面; 復合環境; 纖維網格布; 耐磨性能

中圖分類號： U416.216;TB9 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）11–0135–07

0 引 言

由于振搗后混凝土的分布不均以及內部的水泥基材料性質，機場混凝土道面砂漿層具有高脆性、低硬度、抵抗變形的能力弱并且易開裂的特性。環境因素對于機場混凝土道面的日常影響可分為兩個方面。一方面是機場所在區域的自然環境因素，這些因素會在日常對道面產生長期的侵蝕和老化作用，其中具有典型代表的就是凍融循環、日光照射和氯鹽侵蝕。而另一方面則是飛機作用因素，由于機場道面直接與飛機機輪接觸，機輪在道面上的滾動過程會對道面表層產生磨耗作用。另外，對于部分噴氣式飛機發動機，特別是某些發動機位置較低的軍用飛機其噴射的尾焰由于溫度極高，即使在不接觸的情況下，也會對道面混凝土表層產生燒蝕侵害。為保障現代飛機運行，機場道面不僅僅是要有足夠的強度，還要具有一定的耐磨性能。劉云[1] 認為耐磨性是混凝土不可忽視的重要耐久性之一。隨著現代飛機趨向大型化，耐磨性能差的機場道面，無法長期承受飛機帶來的磨耗作用，嚴重影響了機場道面的壽命。

纖維網格布是一種以纖維為原材料，經過特定工序制成的強化材料，其在經向和緯向均具有較高的強度[2]。通過將纖維織物與混凝土結合，充分利用了織物織作工藝的靈活性，為制造薄壁結構和復雜形狀混凝土部件創造了機會。纖維網格布中由于纖維織物是經過編織工藝形成的整體結構，格柵有提高基體的抗拉強度的作用[3]。此外，由于纖維織物的網格性質，使得其在作用于混凝土時能以三維結構與混凝土進行接觸，因而不僅能夠在一個平面內的一個或兩個方向上承受荷載，而且能夠在一個體積內，即在強化的厚度方向上承受與混凝土結構相同的荷載，從而通過網格結構產生對混凝土的強大的約束作用，有時甚至可以替代鋼筋作為混凝土的直接強化結構。

近年來，學者通過研究，發現在砂漿層中鋪設纖維網格布和抗堿玻璃纖維網格布也能提高機場道面的表面性能。陶琦[4] 等對混凝土摻入玄武巖纖維并進行了循環軸壓試驗，結果表明，摻加了玄武巖纖維的混凝土的延性以及阻裂性有所提高。鄧明科等[5] 對采用平面編織結構的玄武巖纖維織物高延性混凝土材料進行了試件拉伸試驗，試驗結果表明，通過增加配網率，高延性混凝土試件的極限強度以及峰值應變也增高。肖卓琳[6] 通過對鋼纖維混凝土開展耐磨性試驗，得出摻加鋼纖維使得混凝土的耐磨性提高， 并發現其最佳體積摻入率為1%～1.5% 之間。石振武等[7] 使用響應面分析法分析了鋼纖維長徑比、鋼纖維體積摻入率和水膠比對鋼纖維混凝土耐磨性的影響，并建立了相關模型，進行了最優化預測分析，結果表明模型擬合性質較好，響應面分析法能較好反映鋼纖維混凝土磨損的實際情況。李斌等[8] 通過多項力學性能試驗研究了不同長度和含量的聚丙烯腈纖維對混凝土耐磨性的影響及原理，結果表明不同長度量的聚丙烯腈纖維對耐磨性的影響規律不同，且對28 d 和56 d 齡期的混凝土耐磨性影響規律存在明顯差異。楊春景等[9] 研究發現玄武巖纖維摻入輕骨料混凝土中能夠在一定程度提升其強度和變形能力，并對其在硫酸鹽侵蝕環境下的力學性能有一定的提升。楊圣飛等[10] 通過正交試驗法開展九組玄武巖陶粒粉煤灰混凝土抗壓強度、劈裂強度和抗折強度試驗并進行極差和方差分析，結果表明玄武巖纖維摻入混凝土中能顯著提高玄武巖陶粒粉煤灰混凝土的強度，其中玄武巖纖維對其抗折強度提升幅度最大。胡成等[11] 研究發現纖維網格布可有效增強混凝土抗凍性能，其中玄武巖纖維網格布效果更好。

目前已有的文獻對纖維網格布強化混凝土耐磨性的研究大多僅考慮單一因素作用下的情況，而在真實使用環境中，機場道面往往受到的是多種環境因素的綜合作用，各種因素綜合作用時，一方面各因素間會由于影響程度的不同出現主次之分；另一方面，幾種單一作用時影響不大的環境因素在共同作用時可能因為各因素間互相作用而對混凝土的表面性能產生巨大的影響。因此，為了探究復合環境因素可能給機場道面混凝土的耐磨性能帶來的影響，以及綜合作用下各影響因素的影響程度大小，本文根據機場道面的使用特點選取了紫外照射、氯鹽侵蝕、尾焰燒蝕三種顯著影響機場道面混凝土表面性能的環境因素進行試驗。該研究對改善新建機場道面混凝土的耐磨性能有重要意義，同時有助于未來更好的在復雜的環境下研究機場道面的表面性能，從而達到提高機場道面壽命的最終目的。