提高机场道面混凝土抗滑性能的施工措施

　　[摘要]笔者在广州机场联邦快递项目第三跑道北段道面混凝土施工过程中，借鉴了其它机场的成功施工经验，通过不断试验、研讨、总结，摸索出了一套行之有效的提高道面混凝土抗滑性能的施工措施，在施工应用中取得了满意的结果。本次建成的三跑道北端共585米，完工后自检，随机检测平均纹理深度（道面防滑性能检测与评价的指标之一）140个点，最小值0.63mm、最大值1.02mm，平均0.77mm，符合≥0.6mm的纹理深度设计要求。
　　[关键词]机场跑道、抗滑性能、施工措施、纹理深度。
　　
　　前言
　　由于混凝土本身具有良好的耐久性能，且维护成本低等特点，我国目前大多数机场采用混凝土道面，随着民航业的快速发展，所使用的飞机重量和飞机的起飞着陆速度也显著增加，跑道的表面性能特别是抗滑性能在保障飞机安全着陆和加速制动方面的重要性也越来越受重视了，良好的跑道表面摩擦力是防止飞机制动时打滑和方向失控的重要保证，据统计，在起飞和降落过程中发生的航空事故中约有35%与跑道摩擦力不够或不当有关,因此当飞机下滑冲出跑道时,事故调查组首先要了解的一个重要参数就是跑道摩擦系数值。
　　笔者根据自己的一些施工经验总结、提出自己的一些有利于提高道面混凝土抗滑性能的措施，与同行们共享，也欢迎进行批评指正。
　　首先需要了解飞机轮胎和道面间摩擦产生的机理、影响因素以及道面抗滑构造。
　　一、 飞机轮胎和道面间摩擦产生的机理
　　据以往研究成果，飞机轮胎和道面间摩擦的产生主要有以下四个方面的作用：
　　（1） 轮胎和道面间的粘着作用
　　这种摩擦因轮胎材料橡胶表层分子因热活化而与道面之间产生粘着而产生，粘着是由于橡胶分子与道面之间形成结合，而将粘着点剪断所需的力就产生对飞机推行的摩擦力。
　　（2） 轮胎与道面间的分子引力作用
　　实践表明，当两物体表面相距非常近时，期间的分子引力作用相当可观，飞机推行时需要不断脱离这种引力的作用，从而消耗动能，这种引力构成了飞机轮胎与道面间摩擦力的一部分。
　　（3） 轮胎面橡胶的弹性变形
　　飞机推行过程中，轮胎面橡胶会反复产生较大的弹性变形，由弹性变形所引发的变形力与弹性变形恢复力的合力也构成摩擦力的一部分。当越过凹凸不平的道面时，胎面橡胶反复变形，以热的形式放出的能量即表现为滞后摩擦。
　　（4） 道面表面微凸体的微切削作用
　　在荷载的作用下，道面上较小尺寸的微凸体会在轮胎的局部产生较大的应力集中，当胎面上产生的局部应力超过其断裂强度时，在切向力的作用下，道面表面尺寸较小的微凸体就会对胎面形成微切削作用，微切削过程中产生的阻力构成轮胎与道面间摩擦力的一部分。有研究表明，由微切削作用产生的摩擦力除与轮胎及路面的材料性能有关外，还取决于路面较小微凸体的大小、分布情况及尖锐性。
　　这里需要说明的是：以上四种摩擦对飞机运行的作用不尽相同，其中粘着作用、分子引力作用及道面表面微凸体的切削作用总是对飞机起阻力作用，而橡胶的弹性变形则有两个作用：在飞机起飞时，依靠橡胶的弹性变形产生向前的推力，推动飞机前行，在飞机降落时，和道面表面微凸体的切削作用一起，构成阻滞飞机前行的主要摩擦力。
　　二、 飞机轮胎和道面间摩擦的影响因素
　　道面与飞机轮胎良好的抗滑性一方面还取决于飞机的轮胎类型、花纹、充气气压、胎面磨损等，另一方面还取决于路面的抗滑性能、气候因素（雨、雪、冰冻）、行车速度等有关。
　　三、 道面表面的抗滑构造
　　道面抗滑构造可分为微观构造和宏观构造,微观构造是指道面表面水平方向0~0.5mm,垂直方向0~0.2mn的微小构造,是最基本的抗滑因素,主要取决于表层水泥砂浆，因为混凝土道面在施工时，在振捣密实的同时，粗骨料下沉，砂浆上浮，因而砂浆的强度直接影响混凝土道面的耐磨和抗滑性能，细集料的抗磨光品质是道面表面微观构造的主要影响因素。
　　宏观构造是指水平方向0.5mm~50mm，垂直方向0.2mm~10mm的较粗构造，一般通过拉毛及刻槽等表面处理工艺形成，其中拉毛的作用主要是抗滑，刻槽的作用主要是有利排水，提高道面在雨期时的抗滑性能。浦东机场第二跑道建设时曾分别对拉毛道面刻槽前后湿态摩阻系数进行测试，结果是基本一致，原因之一可能是刻槽减少了飞机轮胎与道面表面的接触面积，也说明在有刻槽时平均纹理深度与摩擦系数之间可能不一定正相关,同时对平均纹理深度和摩擦系数检测必要的。一般用铺砂法能测出道面的纹理深度，
　　对同等气候条件下的相同的飞机而言，其构造和飞行速度、轮胎数量、大小等因素是基本一致的，从而可以确定粘着作用、分子引力作用、弹性变形等摩擦力是基本相同的，摩擦力的大小差异主要体现在道面表面微凸体的切削作用，这种差异主要体现在道面表面的抗滑构造上。
　　如何改善道面表面的抗滑构造，以期提高混凝土道面抗滑、抗磨的耐久性能呢？主要措施有以下几点：
　　一、择优选用道面材料
　　根据以前的研究成果，天然砂的磨光值普遍水平较高，砂浆的含砂率对道面抗滑能力有一定的影响，含砂率越低，磨光值越小，而砂的细度模数对抗磨耐久性有明显影响，一般说来，采用粗砂的混凝土道面能提供的微切削摩擦更大，且抗磨耗能力越强，越能控制道面表面得微观构造的衰减幅度。
　　规范要求采用细度模数为2.65～3.20的天然中粗砂，根据室内外试验情况，砂颗粒太粗，容易造成拉毛后混凝土的表观较差，推荐采用细度模数为2.8～3.1的洁净、杂质含量少，级配良好河砂。
　　在道面使用初期，粗集料被水泥砂浆包裹，对道面抗滑性能影响不大，但随着表层砂浆的逐渐磨损，组集料部分裸露出来发挥其抗滑作用，且粗骨料的强度对混凝土本身的抗折强度影响较大，所以选用压碎值较小（≤10%）、最大粒径不超过40mm，颗粒近似立方体的多棱角的酸性碎石为宜，碎石中的硫化物及硫酸盐含量（折算为SO3）在规范允许范围1%内。
　　水泥混凝土道面抗滑的耐久性很大程度上还取决于水泥的质量，硅酸盐水泥相比之下具有早期强度高、耐磨性好、收缩性小、抗冻性好等特点，所以应优先考虑使用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。
　　二、优化混凝土配比
　　道面的抗滑性能主要还是取决于表层砂浆的强度和粗糙程度，试验表明，砂浆强度越高，耐磨性就越强。在一定的水泥用量下，应尽量减少混凝土的水灰比，因为水灰比越大，强度就越低，但减小水灰比一定要在不影响道面混凝土振捣、做面等工序的情况下，否则，混凝土因为和易性太差而无法振捣密实，反而降低了强度。
　　另外，适当提高混凝土的含砂率可以提高混凝土的表面抗滑能力，含砂率越高，混凝土的抗滑性和耐磨性越好。混凝土开工前应根据所选用的材料反复进行混凝土试配，既要考虑到混凝土的抗折强度、同时还要考虑到其中砂浆的抗压强度、施工的可行性等，选择合适的水泥用量及水灰比、砂率。
　　参考配合比如下：
　　         　　
　　三、施工过程中控制好混凝土表面砂浆厚度
　　混凝土表面砂浆厚度与配合比中的水灰比、砂率、水泥用量及施工工序有关，将直接影响拉毛的纹理深度、纹理的耐久性，既有利于拉毛又不能太厚，提浆宜在3～4mm左右为宜，表面水泥浆超厚容易造成拉毛纹理耐久性能降低，太薄则拉毛纹理深度难以提高。
　　如在施工的提浆过程中发现表面浆液过多，需及时进行处理，将富余的浆液用滚筒刮除，并稍稍降低砂率。
　　四、从优化施工工艺上提高道面抗滑能力
　　现在新建的机场跑道道面一般采用先拉毛后刻槽的施工工艺，掌握好拉毛施工工艺和技巧、控制好拉毛的时间以及选用合适的拉毛工具是提高混凝土表面抗滑性能的关键，施工技巧以及拉毛最佳时间的掌握需要操作者经过一定时间的经验积累，而选择合适的拉毛工具这是前提条件，拉毛毛刷采用双排毛棍，上下错层布置（如图一），毛棍的材料要软硬适中，有一定的弹性，现在一般采用尼龙棒制作，尼龙棒的直径2.5～3mm，毛棍间距也要设置合理，毛棍间距太小，拉毛时容易使纹理之间的砂浆过于薄弱，形成突起的棱，不利于耐久性，毛棍间距大了抗滑性能就会有所降低，一般相邻两条毛棍中心间距在0.7～0.8mm为宜。所拉出的纹理清晰、均匀、直线性好（如图二）。
　　                              
　　                                                                         （图一拉毛毛刷）
　　                   
　                                                                         　（图二拉毛效果）
　　结语
　　道面表面平均纹理深度是目前《水泥混凝土道面面层施工技术规范》中要求的对道面混凝土表面抗滑性能进行检测和评价的指标，其实际为反映路面宏观构造平均深度的一个指标，要综合评价道面混凝土的抗滑性能，还应采用专业设备对道面混凝土进行摩擦系数检测，这种检测应在不同气候情况下及使用一段时间后的抗滑性能分别进行。