CN104030641A - 机场道面损伤自诊断混凝土及其制备方法 - Google Patents

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刘岩
来勇
马道迅
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Abstract

本发明提供了一种保障飞机安全滑行、起飞和降落的机场道面损伤自诊断混凝土及其制备方法。本发明的机场道面损伤自诊断混凝土，包括水泥、砂子、石子、短切碳纤维、减水剂、分散剂、消泡剂和水；按每立方混凝土的重量含量计：水泥300-550kg/m3，砂子500-750kg/m3，石子1100-1350kg/m3，减水剂1.5-16.5kg/m3，分散剂0-2.2kg/m3，消泡剂0-2.2kg/m3；所述短切碳纤维，体积掺量为0.1%-2.0%；所述水灰比为0.4~0.6。本发明的机场道面损伤自诊断混凝土，能够自动诊断机场道面混凝土的损伤，能够实时确定混凝土处于安全、损伤或破坏的哪一阶段，实现结构工作状态的在线监测，有效避免突发安全事故，保障飞机安全滑行、起飞和降落。

Description

机场道面损伤自诊断混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种机场道面混凝土，尤其是一种机场道面损伤自诊断混凝土及其制备方法。
背景技术
机场道面水泥混凝土在使用过程中由于受飞机反复荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，混凝土不可避免产生损伤积累、开裂、抗力衰减，甚至导致安全事故。为了有效地避免突发事故，延长混凝土的使用寿命，必须对混凝土进行实时健康监测。目前，混凝土材料本身并不具备自感知能力。
发明内容
本发明提供了一种保障飞机安全滑行、起飞和降落的机场道面损伤自诊断混凝土及其制备方法。
实现本发明目的之一的机场道面损伤自诊断混凝土，包括水泥、砂子、石子、短切碳纤维、减水剂、分散剂、消泡剂和水；按每立方混凝土的重量含量计：水泥300?550 kg/m3，砂子500?750 kg/m3，石子1100?1350 kg/m3，减水剂1.5?16.5 kg/m3，分散剂0?2.2 kg/m3，消泡剂0?2.2 kg/m3；
所述短切碳纤维，体积掺量为0.1%?2.0%；
所述水灰比为0.4~0.6。
优选的，所述水泥400?500 kg/m3、所述砂子520?700 kg/m3、所述石子1150?1300 kg/m3、所述减水剂2.0?10.0 kg/m3、所述分散剂1.0?2.0 kg/m3、所述消泡剂0.8?2.0 kg/m3；所述短切碳纤维体积掺量为0.2%?1.2%；所述水灰比为0.44~0.56。
所述石子的粒径小于20 mm。
所述短切碳纤维的长度为6?12 mm。
所述减水剂采用聚羧酸系减水剂。
所述分散剂采用纤维素醚，粘度为20000?240000 mPa·s。
所述水泥采用4.25硅酸盐水泥，所述砂子采用中砂。
实现本发明目的之二的机场道面损伤自诊断混凝土的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照配合比在水中加入减水剂、分散剂和消泡剂，搅拌均匀，使其完全溶于水，得到的水溶液；
（2）按照配合比将水泥、砂和短切碳纤维在搅拌机中充分搅拌均匀得到混合物；
（3）在步骤（2）所述混合物中依次加入石子和步骤（1）所述水溶液，再次搅拌3?5分钟后成型养护。
本发明的机场道面损伤自诊断混凝土及其制备方法的有益效果如下：
本发明的机场道面损伤自诊断混凝土，能够自动诊断机场道面混凝土的损伤，能够实时确定混凝土处于安全、损伤或破坏的哪一阶段，实现结构工作状态的在线监测，有效避免突发安全事故，保障飞机安全滑行、起飞和降落。
具体实施方式
实施例1
本实施例的机场道面损伤自诊断混凝土，按每立方混凝土的重量含量计：水泥500 kg/m3、砂子525 kg/m3、石子1225 kg/m3、减水剂10 kg/m3、分散剂1.25 kg/m3、消泡剂2 kg/m3，短切碳纤维体积掺量为0.6%，水灰比为0.52。本实施例的混凝土在7d、28d、56d和90d的电阻率分别是6.15 Ω·m、5.42 Ω·m、4.99 Ω·m和4.71 Ω·m，其28d的抗折强度是5.79 MPa。
实施例2
本实施例的机场道面损伤自诊断混凝土，按每立方混凝土的重量含量计：水泥500 kg/m3、砂子528 kg/m3、石子1232 kg/m3、减水剂10 kg/m3，短切碳纤维体积掺量为0.9%，水灰比为0.5。本实施例的混凝土7d、28d、56d和90d的电阻率分别是2.61 Ω·m、2.14 Ω·m、1.91 Ω·m和1.81 Ω·m，其28d的抗折强度是6.78 MPa。
实施例3
本实施例的机场道面损伤自诊断混凝土，按每立方混凝土的重量含量计：水泥500 kg/m3、砂子528 kg/m3、石子1232 kg/m3、减水剂10 kg/m3、分散剂1.25 kg/m3、消泡剂2kg/m3，短切碳纤维体积掺量为1.2%，水灰比为0.5。本实施例的混凝土7d、28d、56d和90d的电阻率分别是5.20 Ω·m、4.88 Ω·m、4.78 Ω·m和4.46 Ω·m，其28d的抗折强度是6.83 MPa。
实施例4
本实施例的机场道面损伤自诊断混凝土，按每立方混凝土的重量含量计：水泥500 kg/m3、砂子525 kg/m3、石子1225 kg/m3、减水剂10 kg/m3、分散剂1.25 kg/m3、消泡剂2 kg/m3，短切碳纤维体积掺量为1.5%，水灰比为0.52。本实施例的混凝土7d、28d、56d和90d的电阻率分别是6.53 Ω·m、5.54 Ω·m、5.13 Ω·m和4.94 Ω·m，其28d的抗折强度是6.98 MPa。
实施例5
本实施例的机场道面损伤自诊断混凝土，按每立方混凝土的重量含量计：水泥400 kg/m3、砂子699 kg/m3、石子1299 kg/m3、减水剂8 kg/m3、分散剂1.6 kg/m3、消泡剂1.2 kg/m3，短切碳纤维体积掺量为0.9%，水灰比为0.54。本实施例的混凝土7d、28d、56d和90d的电阻率分别是5.65 Ω·m、4.20 Ω·m、3.90 Ω·m和3.78 Ω·m，其28d的抗折强度是6.18 MPa。
本发明中，胶凝材料采用42.5普通硅酸盐水泥，砂子采用中砂，使用石子最大粒径不大于20 mm有助于短切碳纤维在混凝土中的相互搭接，形成导电网络。碳纤维表面具有疏水性，不易在混凝土中分散，分散剂纤维素醚在分子单元结构中均含有亲水基团羟基和憎水基团烃基，极性基团如羟基或羰基与极性水分子形成氢键，同时在液体表面和内部形成单分子膜和球状胶束，以降低水和空气间的面积，使溶液的表面张力急剧降低，从而增大了碳纤维的亲水性和浸润性,提高其分散性，形成类胶体分散体系。同时由于非极性的碳纤维表面极易吸附分散剂中非极性的基团，在纤维表面形成一层非极性基团向内，极性基团向外的薄膜，降低了纤维和水溶液间表面张力，进一步提高碳纤维在水溶液中自由分散的能力。混凝土掺入纤维素醚在搅拌时会产生大量气泡，且水溶液呈粘稠状，使得气泡更不容易排除，导致混凝土含气量过高，强度下降。因此，在混凝土中加入消泡剂消泡很有必要。机场道面混凝土专用高效聚羧酸系减水剂能有显著降低水灰比，提高混凝土强度和耐久性。
在机场混凝土中掺入一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且电学性能也有了明显改善，混凝土电阻率长期保持稳定，有利于机敏混凝土损伤自诊断。机敏混凝土的电阻率不可逆变化对应着结构材料的非弹性变形甚至断裂破坏，通过碳纤维混凝土电阻率的变化来确定其处于安全、损伤或破坏的哪一阶段，通过与碳纤维相连的计算机可直接反映所在结构部位混凝土的工作状态，实现结构工作状态的在线监测。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.机场道面损伤自诊断混凝土，包括水泥、砂子、石子、短切碳纤维、减水剂、分散剂、消泡剂和水；按每立方混凝土的重量含量计：水泥300?550 kg/m3，砂子500?750 kg/m3，石子1100?1350 kg/m3，减水剂1.5?16.5 kg/m3，分散剂0?2.2 kg/m3，消泡剂0?2.2 kg/m3；
所述短切碳纤维，体积掺量为0.1%?2.0%；
所述水灰比为0.4~0.6。
2.根据权利要求1所述的机场道面损伤自诊断混凝土，其特征在于：所述水泥400?500 kg/m3、所述砂子520?700 kg/m3、所述石子1150?1300 kg/m3、所述减水剂2.0?10.0 kg/m3、所述分散剂1.0?2.0 kg/m3、所述消泡剂0.8?2.0 kg/m3；所述短切碳纤维体积掺量为0.2%?1.2%；所述水灰比为0.44~0.56。
3.根据权利要求1或2所述的机场道面损伤自诊断混凝土，其特征在于：所述石子的粒径小于20 mm。
4.根据权利要求1或2所述的机场道面损伤自诊断混凝土，其特征在于：所述短切碳纤维的长度为6?12 mm。
5.根据权利要求1或2所述的机场道面损伤自诊断混凝土，其特征在于：所述减水剂采用聚羧酸系减水剂。
6.根据权利要求1或2所述的机场道面损伤自诊断混凝土，其特征在于：所述分散剂采用纤维素醚，粘度为20000?240000 mPa·s。
7.根据权利要求1或2所述的机场道面损伤自诊断混凝土，其特征在于：所述水泥采用4.25硅酸盐水泥，所述砂子采用中砂。
8.一种权利要求1～7任一所述的机场道面损伤自诊断混凝土的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照配合比在水中加入减水剂、分散剂和消泡剂，搅拌均匀，使其完全溶于水，得到的水溶液；
（2）按照配合比将水泥、砂和短切碳纤维在搅拌机中充分搅拌均匀得到混合物；
（3）在步骤（2）所述混合物中依次加入石子和步骤（1）所述水溶液，再次搅拌3?5分钟后成型养护。
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