機場道面抗凍性與凍融介質的相關性

馬好霞，余紅發(fā)，吳雅玲，白康，曹文濤

(1.南京航空航天大學 航空宇航學院，江蘇 南京 210016； 2.南京航空航天大學 金城學院，江蘇 南京 211156； 3.上海同豐工程咨詢有限公司，上海 200431； 4.濟南市城建設計研究院有限責任公司，山東 濟南 250101； 5.江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017)

機場道面抗凍性與凍融介質的相關性

馬好霞1,2，余紅發(fā)1，吳雅玲3，白康4，曹文濤5

(1.南京航空航天大學 航空宇航學院，江蘇 南京 210016； 2.南京航空航天大學 金城學院，江蘇 南京 211156； 3.上海同豐工程咨詢有限公司，上海 200431； 4.濟南市城建設計研究院有限責任公司，山東 濟南 250101； 5.江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017)

為研究機場道面混凝土在不同種類機場除冰液作用下其抗凍性之間的相關性，本文將19種不同配合比的混凝土試件分別置入濃度為3.5%NaCl、3.5%～25%乙二醇(丙二醇)飛機除冰液、3.5%醋酸鹽類機場道面除冰液和水中進行快速凍融試驗。通過分析抗凍性參數(shù)，建立了混凝土在不同凍融介質中的抗凍融循環(huán)次數(shù)與水凍之間的線性相關函數(shù)。研究結果表明：此線性函數(shù)與混凝土配合比和強度等級無關，僅與凍融介質的種類和濃度有關；凍融介質濃度越高，其對混凝土的凍融破壞越小；3.5%乙二醇飛機除冰液中對混凝土的凍融破壞作用小于3.5%丙二醇飛機除冰液，醋酸鈣鎂機場道面除冰液對混凝土的凍融破壞比其余醋酸類除冰液小。

飛機除冰液； 醋酸類機場道面除冰液； 抗凍性； 線性關系； 冰點； 滲透壓

為了保證冬季寒冷地區(qū)機場的正常運營，需要在飛機表面和混凝土路面噴灑大量除冰液。國內外常用的機場除冰液主要是有機醇類飛機除冰液(aircraft deicer，AD)和機場道面除冰液(airportpavement deicer，APD)。AD的主要成分是由乙二醇(Ethylene glycol, EG)和丙二醇(propylene glycol，PG)等有機類物組成[1]，APD的主要成分是由醋酸鈣鎂(calcium magnesium acetate, CMA)、醋酸鉀(kalium aceticum, KAc)和醋酸鈉(natrium aceticum, NaAc)等醋酸鹽組成[2]。大量事實證明，噴灑飛機除冰液或道面除冰液后，路面低洼積水地帶的混凝土出現(xiàn)嚴重凍融劣化、剝落現(xiàn)象。迄今為止，關于水和氯鹽類除冰鹽對混凝土的凍融規(guī)律和凍融機理研究較多[3-11]，但關于有機類除冰液和醋酸類除冰液對混凝土的抗凍規(guī)律和抗凍機理研究較少，國外的研究也很少[12-17]，國內主要限于南京航空航天大學余紅發(fā)課題組的研究[18-21]。因此如果能建立混凝土抗水凍和抗機場除冰液凍融之間的函數(shù)轉換關系，進行機場道面混凝土在機場除冰液下的抗凍性實驗時，就可依據(jù)已有水凍和鹽凍(氯鹽)下的混凝土耐久性研究成果，進行機場工程在其他種類除冰液(鹽)作用下的抗凍性研究，同時此類研究也可以推廣到市政工程和高速公路工程中。

1 實驗原材料及配合比設計

1.1原材料

水泥本試驗所采用的水泥有兩種，一種為P·Ⅱ 52.5級純硅酸鹽水泥，其基本物理力學性能見表1，化學成分見表2，其熟料組成質量分數(shù)為：C3S=55.5%，C2S=19.9%，C3A=6.6%，C4AF=10.2%；另外一種為P·HSR42.5級高抗硫酸鹽水泥，具體性能參數(shù)見表1、2，其熟料組成質量分數(shù)為：C3S=48.20%，C3A=2.02%。粉煤灰(fly ash, FA)：I級粉煤灰，含水率0.04%，燒失量2.04%，SO3含量1.22%，?；郀t礦渣粉(slag，SG)。砂：南京產黃砂，表觀密度2 500 kg/m3，堆積密度1 615 kg/m3，含泥量1.0%，細度模數(shù)2.72，屬于Ⅱ區(qū)級配，中砂。石：玄武巖碎石，最大粒徑10 mm，基本屬于5～10 mm連續(xù)級配。高效減水劑(super plasticizer)：減水率達20%以上，Na2SO4含量小于2%，氯離子含量小于0.01%。引氣劑(air-entrained agent, AEA)：JM-2000c高效引氣劑，推薦摻量為萬分之0.5～1.0。鋼纖維(steel fiber, SF)：工順牌GS-2005-3啞鈴型鋼纖維，長度20 mm，等效直徑0.45 mm，長徑比44.4，彈性模量200 GPa。聚丙烯纖維(polypropylene fiber, PF)：束狀單絲Y型聚丙烯纖維，密度0.91 g/m3，長度19 mm，相量直徑0.048 mm，斷裂強度≥300 MPa，彈性模量≥3.5 GPa。改性聚酯纖維(modified polyester fiber, MPF)：高性能改性聚酯單絲纖維。其密度為1.36 g/m3，直徑0.03～0.06 mm，長度18±2 mm，抗拉強度600 MPa，楊氏模量14.18 GPa。

表1水泥物理力學性能

Table1PhysicalandmechanicalpropertiesofPortlandcement

水泥類型80μm篩余量/%比表面積/(m2·kg-1)抗折強度/MPa抗壓強度/MPa3d28d3d28dP·HSR—3925.8—29.046.0P·Ⅱ0.33956.49.134.760.3

表2 主要原材料的化學成分(質量百分數(shù))

1.2混凝土配合比

依照《機場道面水泥混凝土配合比設計技術標準》(GJB 1578-92)，設計普通混凝土(ordinary portland cement concrete，OPC)，并以此為基準；采用FA和SG等量取代水泥，摻加減水劑(0.65%)、引氣劑(0.8%)和纖維，設計了硅酸鹽高性能混凝土FA-P·Ⅱ和抗硫酸鹽水泥高性能混凝土(FA-P·HSR和SG-P·HSR)3大系列。選用硅酸鹽和0.7%鋼纖維混雜SFR，組合成高性能混凝土P·HSR，改變SG和FA摻量20%和40%，采用0.1%改性聚酯纖維MPF和0.1%聚丙烯纖維PF，并和0.7%鋼纖維混雜，組成抗硫酸鹽水泥高性能混凝土FA-P·HSR和SG-P·HSR系列，共12組配合比，混凝土配合比及28 d強度見表3。

2 凍融實驗方法

實驗以水凍作為基準，選取濃度為3.5%EG、12.5%EG、25%EG、3.5%PG以及濃度為3.5%NaCl、3.5%CMA、3.5%KAc、3.5%NaAc等溶液作對比，進行快速凍融實驗，水凍和鹽凍實驗終止的標準不同。在水中的凍融實驗終止按照快凍法的要求[22-23]，即相對動彈模量下降到60%或質量損失達5%作為破壞標準；在除冰液中的凍融實驗終止按照鹽凍法的要求[22-23]，即相對動彈性模量下降到80%或單位表面積剝落物總質量大于1 500 g/m2作為評判混凝土失效的標準。本實驗進行600次快速凍融循環(huán)，600次凍融循環(huán)后試件沒有達到規(guī)范規(guī)定的破壞標準時，按照凍融損傷演化方程的方法進行計算試件的抗凍融循環(huán)次數(shù)[24]。通過實驗、分析所得不同系列混凝土的抗凍融循環(huán)次數(shù)見表4。

表3 混凝土的配合比和基本性能Table 3 Mixed proportions and properties of different concrete specimens

表4 不同系列混凝土抗凍循環(huán)次數(shù)

3 水凍與除冰液(鹽)凍結果與討論

3.1抗Nacl凍融(鹽凍)與水凍融之間的關系

圖1為混凝土在濃度為3.5%Nacl作用下的抗凍融循環(huán)次數(shù)(N3.5%NaCl)與水中的抗凍融循環(huán)次數(shù)(Nw)關系。

余紅發(fā)等[6]發(fā)現(xiàn)N3.5%NaCl與Nw之間具有線性關系如圖1(a)，其線性關系式為

N3.5%NaCl=1.03NW+17.85,n=48,R=0.994

(1)

式中：N3.5%NaCl與Nw分別為混凝土在3.5%NaCl溶液和水中的抗凍融循環(huán)次數(shù),n為樣本數(shù)，R為復相關系數(shù)。這種線性關系與混凝土是否引氣、有無外部壓力或是否摻加鋼纖維無關。圖1(b)為本文N3.5%NaCl與Nw關系，進行數(shù)據(jù)擬合分析，同樣發(fā)現(xiàn)N3.5%NaCl和Nw具有線性關系

N3.5%NaCl=1.51NW-143.30,n=19,R=0.988

(2)

為了使這種線性關系更加準確，將本文得到的抗凍數(shù)據(jù)與文獻[6]中的數(shù)據(jù)進行匯總(圖1(b))、進一步擬合得到：

N3.5%NaCl=1.07NW+11.20,n=67,R=0.986

(3)

圖1 混凝土在3.5%Nacl作用下N3.5%NaCl與NW的關系Fig.1 The relationship of concrete samples during freezing-thawing test of water and 3.5% NaCl

取顯著性水平α為0.01，式(1)～(3)的臨界相關系數(shù)γ0.01分別為0.372 0、0.575 1和0.313 2[25]；由于R?γ0.01，根據(jù)相關系數(shù)的顯著性檢驗結果，混凝土N3.5%NaCl與Nw具有顯著的線性關系。這充分證明，混凝土在濃度為3.5%NaCl溶液作用下，N3.5%NaCl與Nw之間是嚴格線性相關的，這與混凝土的配合比、強度等級高低都無關，只與介質的濃度和種類有關。更進一步驗證了余紅發(fā)等得到的規(guī)律[6]。通過式(3)可知：混凝土在水中的抗凍融循環(huán)次數(shù)低于3.5%NaCl溶液抗凍融循環(huán)次數(shù)，這與溶液的冰點有關。3.5%NaCl溶液宏觀狀態(tài)下的冰點為-2.03 ℃[7], 氯鹽的加入可以降低混凝土內部孔隙中溶液的冰點，進而減少混凝土內部凍融損傷的積累，提高混凝土抗凍性。

3.2抗飛機除冰液凍融與水凍、鹽凍之間的關系

圖2為混凝土在濃度為3.5%EG，3.5%PG作用下的抗凍融循環(huán)次數(shù)N3.5%EG、N3.5%PG與Nw、N3.5%NaCl的關系。圖2(c)為混凝土在不同濃度EG(3.5%EG、12.5%EG 和25%EG)溶液作用下的抗凍融循環(huán)次數(shù)NEG與Nw之間的關系。

圖2 混凝土在不同濃度EG和3.5%PG作用下的NEG(N3.5%PG)與Nw (N3.5%NaCl)的關系Fig.2 The freeze-thaw cycles relation between different combination of NEG(N3.5%PG)and Nw (N3.5%NaCl)

將上述數(shù)據(jù)進行擬合分析，可得混凝土在飛機除冰液作用下抗凍融循環(huán)次數(shù)與N3.5%NaCl(Nw)之間均具有如下線性關系，其n=19,

N3.5%PG=1.04N3.5%NaCl+13.23,R=0.965

(4)

N3.5%PG=1.60N3.5%NaCl-144.46,R=0.981

(5)

N3.5%PG=1.15N3.5%NaCl-21.89,R=0.967

(6)

N3.5%EG=1.76NW-193.58,R=0.965

(7)

N12.5%EG=2.84NW-409.99,R=0.954

(8)

N25%EG=4.02NW-419.58,R=0.944

(9)

式中：N3.5%PG、N3.5%EG、N12.5%EG和N25%EG為混凝土在濃度為3.5%PG、3.5%EG、12.5%EG和25%EG中的抗凍融循環(huán)次數(shù)，其他符號同前。取顯著性水平α=0.01，式(4)～(9)的臨界相關系數(shù)γ0.01為0.5751[25]，均有R?γ0.01，說明以上線性關系很顯著。其仍然不受混凝土配合比和強度等級的影響。混凝土的N3.5%EG略大于N3.5%PG，即混凝土在3.5%EG的抗凍性略優(yōu)于3.5%PG。這種現(xiàn)象與飛機除冰液的冰點有關系，不同濃度EG和PG具體冰點值如表6所示，可以看出不同濃度EG的冰點略低于PG。溶液冰點的降低可以降低混凝土內空隙水的結冰生長速度，減少混凝土在凍融過程中疲勞損傷的累計以及結冰過程對混凝土產生的結冰壓，從而抑制混凝土內部損傷。因此，3.5%EG的抗凍性會略優(yōu)于3.5%PG。在圖2(b)中，飛機除冰液濃度越高，線性函數(shù)的斜率越大，混凝土的抗凍循環(huán)次數(shù)越高。當濃度增加至25%后，這種效果更加明顯。這是因為除冰液濃度越高，冰點降低越明顯。余紅發(fā)課題組實驗時曾配制了體積分數(shù)為50%飛機除冰液，其在-25 ℃環(huán)境中長時間放置仍不能結冰[18]。西安高科理化技術有限公司曾在產品說明書中指出[27]，混凝土在KHF-1除冰液(丙二醇為主)與水以1∶1比例的混合溶液中經過300次凍融循環(huán)后，外觀無任何變化，其強度和質量的損失率分別僅2.8%和0.1%，因而可得到結論：當溶液濃度高于一定值以后，不會對混凝土表面和內部結構造成凍融破壞。

表6 不同凍融介質的冰點數(shù)據(jù)

注：“*”表示實驗數(shù)據(jù)來自作者所在課題組的實驗數(shù)據(jù)。

3.3抗機場道面除冰液凍融與水凍融、鹽凍之間的關系

圖3為混凝土在3.5%醋酸鹽類機場道面除冰液作用下的抗凍融循環(huán)次數(shù)NAPD與Nw(N3.5%NaCl)之間的關系。

由圖3(a)可見，NAPD與Nw之間存在線性關系:

N3.5%CMA=1.75Nw-40.67

(10)

N3.5%NaAc=1.23Nw-66.84

(11)

N3.5%KAc=1.08Nw-51.28

(12)

其中n=19,R=0.981相同

由圖3(b)可見，NAPD與N3.5%Nacl之間存在線性關系:

N3.5%CMA=1.16N3.5%NaCl+26.02,R=0.991

(13)

N3.5%NaAc=0.81N3.5%NaCl+54.61,R=0.981

(14)

N3.5%KAc=0.70N3.5%NaCl+58.12,R=0.973

(15)

其n=19

式中：NAPD為在醋酸鹽類除冰液作用下的抗凍融循環(huán)次數(shù),N3.5%CMA、N3.5%NaAc和N3.5%KAc為混凝土在3.5%CMA、3.5%NaAc和3.5%KAc中的抗凍融循環(huán)次數(shù)。取顯著性水平α=0.01，式(10)～(15)的臨界相關系數(shù)r0.01為0.575，R?r0.01，說明以上關系高度線性，該線性關系依舊與混凝土配合比和強度等級無關，只與溶液濃度和種類有關。圖4為在不同醋酸類除冰液作用下混凝土的抗凍融循環(huán)次數(shù)對比。當Nw相同時，不同配合比混凝土在醋酸類除冰液中的NAPD排序為，3.5%CMA>3.5%NaAc>3.5%KAc。濃度相同時，混凝土在CMA中的抗凍性最好，而在KAc中的抗凍最差，這與Shi[29]得到的結論相同。這種現(xiàn)象與溶液的冰點以及混凝土內部毛細管飽水度有關[30-31]。根據(jù)文獻[32]，當外部的鹽離子滲入混凝土毛細孔隙中，毛細孔中的溶液濃度將升高，溶液的冰點會降低，降低值為

(16)

式中：ΔTf為水溶液冰點降低值；Kf為溶質分子冰點降低常數(shù)，對于水，Kf為1.86級K/mol；W為溶解于1 000 g水中的溶質的質量；M為溶質的相對分子質量?？梢?，溶液冰點的降低值隨溶質的不同而不同。

3.4抗除冰液(除冰鹽)凍融與水凍融之間的線性關系的機理分析

混凝土在不同種類的除冰液(鹽)中的抗凍融循環(huán)次數(shù)Nsalt與Nw之間呈嚴格的線性相關性，這與混凝土凍融破壞的機理密不可分?；炷恋膬鋈谄茐氖瞧鋬炔慨a生復雜應力作用的結果，當凍融循環(huán)作用在混凝土中引起的反復拉應力超過混凝土疲勞破壞強度時，會使混凝土內部開裂，形成微裂紋。關于本文中混凝土在除冰液(鹽)凍融破壞與水凍破壞的關系可用滲透壓理論[8]和孔結構理論[33]來解釋?；炷羶炔恐饕心z孔、毛細孔和氣泡孔，孔徑越大，內部溶液結冰的冰點越高。當混凝土孔溶液含有Na+、K+和Ca2+等鹽類時，大孔中的溶液先結冰，溶液體積膨脹，濃度降低，且與周圍較小孔隙未結冰中的溶液之間形成濃度差。這個濃度差將產生滲透壓并導致小空隙中的溶液向大孔隙中遷移。具體滲透過程如圖5所示。

圖3 混凝土在3.5%APD作用下NAPD與Nw(N3.5%NaCl)的關系Fig.3 The relation of freeze-thaw cycles between NAPD and Nw(N3.5%NaCl)

圖4 不同配合比混凝土NAPD對比圖Fig.4 The NAPD of different mixing specimens

圖5 滲透壓下混凝土中溶液滲透示意圖Fig.5 Solution infiltration pressure process diagram in concrete

同時，相同溫度下水的飽和蒸氣壓大于冰的飽和蒸氣壓，未結冰區(qū)溶液也會向已凍結區(qū)的大孔遷移。滲透壓力與蒸氣壓之間的關系，可由熱力學推導得[32]

(17)

式中：ΔP為滲透壓力差, Pa；Pw為凝膠水的蒸氣壓(在溫度T時水的蒸氣壓，Pa)；Pi為毛細孔內冰的蒸氣壓(在溫度T時冰的蒸氣壓，Pa)；V為溶液的摩爾體積，L；T為絕對溫度，K；R為氣體常數(shù)，為8.31×103(L·Pa)/(K·mol)。關于蒸氣壓的計算，E.W.Washburn提出一個相對蒸氣壓力與冰的結冰點在平衡時的半經驗關系方程式[32]：

9.084×10-8t3

(18)

式中：t為結冰點，℃，水的冰點為0 ℃，3.5%Nacl的冰點為-2.03 ℃[7]；Pwo為溶液的蒸氣壓，Pa；Pio為溶液結冰的蒸氣壓，Pa。根據(jù)式(17)、(18)：實驗條件相同時，混凝土在鹽凍和水凍條件下的滲透壓力差ΔP的差異僅與V和t有關，而V和t的值取決于鹽溶液的濃度和種類，可見同種溶液下ΔP是定值。凝土在反復鹽凍和水凍過程中滲透壓力差ΔP逐漸積累，裂紋不斷增加，壓力逐漸積累達到混凝土的疲勞破壞強度時，混凝土破壞。綜上所述，混凝土抗凍融循環(huán)次數(shù)取決于其內部滲透壓力差ΔP的積累程度，不同溶液的滲透壓力ΔP差異與僅溶液本身的種類和濃度有關。因此Nsalt與Nw之間呈現(xiàn)嚴格的線性相關性，且與混凝土的配合比、強度等級高低以及外部壓力無關，僅與溶液的種類和濃度有關系。

4 結論

1)混凝土在Nacl、飛機除冰液和醋酸類機場道面除冰液作用下的抗凍融循環(huán)次數(shù)與水中抗凍融循環(huán)次數(shù)存在高度的線性相關性，此相關關系與混凝土配合比和強度等級的無關，僅與溶液的種類和濃度有關系。這種線性關系可以采用滲透壓和蒸氣壓理論公式進行解釋。

2)飛機除冰液濃度越高，冰點越低，混凝土的抗凍循環(huán)次數(shù)越多，混凝土抗凍性越好，當濃度增加至25%后，這種效果更加明顯。冰點降低可減少內部可凍水的含量和有效抑制混凝土內部孔隙水結冰生長，從而降低混凝土內部在凍融過程產生的拉應力強度。

3)混凝土的鹽凍破壞與鹽溶液的冰點、滲透壓和蒸氣壓等有關。在相同濃度的醋酸類除冰液作用下，混凝土在KAc中的抗凍性最差，CMA中抗凍性最好，對機場道面混凝土進行除冰時，優(yōu)先選擇CMA機場道面除冰液。

[1] 宋聿修, 劉雪松. “三北”地區(qū)機場水泥混凝土道面損壞原因分析[J]. 民航科技, 2000(3): 74-75.

SONG Jinxiu, LIU Xuesong. Broken analysis of airport runway “sanbei” region[J]. Civil aviation science & technology, 2000(3): 74-75.

[2] 中國民用航空總局. MH3145.49-1998, 民用航空器除/防冰[S]. 北京:中國民用航空總局, 1998: 66-68.

China′s civil aviation administration.MH3145.49-1998, De/anti-icing for civil aircraft[S]. Beijing: China′s Civil Aviation Administration, 1998: 66-68.

[3] 張云清. 氯化物鹽凍作用下混凝土構件的耐久性評估與服役壽命設計方法 [D]. 南京：南京航空航天大學，2011: 20-50.

ZHANG Yunqing. Concrete durability assessment and service life design method under chloride salt frost[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2011: 20-50.

[4] 麻海燕, 燕坤, 黃東升, 等. MgCl2, Na2SO4復合腐蝕與彎曲荷載作用對碳化混凝土的抗凍性的影響[J]. 南京航空航天大學學報, 2008, 40 (2): 250-254.

MA Haiyan, YAN Kun, HUANG Dongsheng, et al. Effects of composite solution of MgCl2, Na2SO4and flexural stress on freezing-thawing durability of carbonized concretes[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2008, 40 (2): 250-254.

[5] 燕坤, 余紅發(fā), 麻海燕, 等. 硫酸鎂腐蝕與彎曲荷載對碳化混凝土抗凍性的影響[J]. 硅酸鹽學報, 2008, 36(7): 877-883.

YAN Kun, YU Hongfa, MA Haiyan, et al. Effects of magnesium sulfate attack and flexural stress on freeze-thaw durability of carbonized concretes[J]. Journal of the Chinese ceramic society, 2008, 36(7): 877-883.

[6] 余紅發(fā)，慕儒，孫偉，等．彎曲荷載、化學腐蝕和碳化作用及其復合對混凝土抗凍性的影響[J]. 硅酸鹽學報, 2005, 33(4): 492-499.

YU Hongfa, MU Ru, SUN Wei, et al. Effects of flexural loads, chemical attack, carbonation and their combination on freezing thawing durability of concrete[J]. Journal of the Chinese ceramic society, 2005, 33(4): 492-499.

[7] MU Ru, MIAO Changwen, SUN Wei. Combined deterioration of concrete subjected to loading, freeze-thaw cycles and chloride salt attack[J]. Magazine of concrete research, 2002, 54 (3): 175-180.

[8] POWERS T C, HELMUTH R A. Theory of volume change in hardened Portland cement pastes during freezing[C]//Proceedings of the Thirty-Second Annual Meeting of the Highway Research Board. Washington, D.C., 1953: 285-297.

[9] POWERS T C. A working hypothesis for further studies of frost resistance[J]. Journal of the American concrete institute, 1945, 16(4): 245-272.

[10] NING Xie, ANBURAJ M, DANG Yudong, et al. Comparative study of field cores from potassium acetate and sodium chloride environments[C]//The International Symposium on Systematic Approaches to Environmental Sustainability in Transportation. Denver, USA, 2015: 42-57.

[11] VERBECK C J, KIIEGER P. Studies of salt scaling of concrete[J]. Highway research board bulletin, 1957, 150： 1-13.

[12] JOHN J H, JAMES W, DINALD N, et al. Comparing salt and CMA. committee on the comparative costs of rock salt and calcium magnesium acetate (CMA) for highway deicing, 0360-859X[R]. Washington: National Research Association for Transportation Research Council, 1991.

[13] SHI Xianming. Impact of airport pavement deicing products on aircraft and airfield infrastructure[M]. Washington: Airport Cooperative Research Board, 2008: 10-30.

[14] PRASADA R, SOMPURA K, OLEK J. Investigation into potential of alkali-acetate based deicers in causing alkali-silica reaction in concrete[C]//Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board. Washington, D.C., 1979: 69-78.

[15] PETERSON O. Chemical effects on cement mortar of calcium magnesium acetate as a deicing salt [J]. Cement and concrete research, 1995, 25(3): 617-626.

[16] PETERSON O. A reply to a discussion by John Bensted of the paper “Chemical effects on cement mortar of calcium magnesium acetate as a deicing agent”[J]. Cement and concrete research, 1996, 26(4): 637-639.

[17] SANTAGATA M C, COLLEPARDI M. The effect of CMA deicers on concrete properties[J]. Cement and concrete research， 2000, 30 (9): 1389-1394.

[18] 曹文濤. 混凝土在飛機除冰液中的抗凍性[D]. 南京：南京航空航天大學, 2009: 20-60.

CAO Wentao.Freezing-thawing durability of concretes subjected to aircraft deicer[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2009: 20-60.

[19] 白康.水泥混凝土在機場道面除冰液作用下的抗凍性研究[D]. 南京：南京航空航天大學, 2009: 20-61.

BAI Kang. Research onfreezing-thawing durability of concrete subjected to airfield pavement deicer[D].Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2009: 20-61.

[20] 李創(chuàng).混凝土在機場除冰液作用下凍融破壞的微觀結構機理研究[D]. 南京：南京航空航天大學, 2011: 20-58.

LI Chuang. Study on microstructure mechanism of freezing-thawing of concretes subjected to airdrome deicer[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2011: 20-58.

[21] 麻海燕, 吳雅玲, 余紅發(fā), 等. 機場道面除冰液作用下大摻量粉煤灰混凝土的抗凍性[J]. 建筑科學與工程學報, 2014(2): 78-83.

MA Haiyan, WU Yaling, YU Hongfa, et al.Freeze-thaw durability of high volume fly ash content concrete exposed to airfield pavement deicer[J], Journal of architectural and civil engineering, 2014(2): 78-83.

[22] 冷發(fā)光，戎君明，丁威，等.GB/T50082-2009, 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法[S]. 北京:中國建筑科學研究院, 2010: 8-14.

LENG Faguang, RONG Junming, DING Wei,et al.GB/T50082-2009, Standard for test method of long-term performance and durability of ordinary concrete[S]. Beijing: China Academy of Building Research，2010: 8-14.

[23] 葛勇, 楊文萃, 袁杰, 等. 混凝土在不同鹽溶液中的凍融破壞[C]//超高層混凝土泵送與超高性能混凝土技術的研究與應用國際研討會. 哈爾濱, 中國， 2008: 413-420.

GE Yong, YANG Wencui, YUAN Jie, et al.Freeze-thaw damage of concrete in different salt solution[C]//Super-high concrete pump with ultra high performance concrete technology research and application of the international symposium on. Harbin，China, 2008: 413-420.

[24] 余紅發(fā)，孫偉，張云升, 等. 在凍融或腐蝕環(huán)境下混凝土使用壽命預測方法I—損傷演化方程與損傷失效模式[J]. 硅酸鹽學報, 2008, 36(S1): 128-135.

YU Hongfa, SUN Wei, ZHANG Yunsheng, et al. Service life prediction method(I) of concrete subjected tofreezing-thawing cycles and/or chemical attack-damage development equation and degradation mode[J]. Journal of the Chinese ceramic society, 2008, 36 (S1): 128-135.

[25] 周曉鐘, 鄒德成. 概率論及數(shù)理統(tǒng)計[M]. 哈爾濱: 黑龍江人民出版社, 1983: 440-400.

ZHOU Xiaozhong, ZOU Decheng. Probability and mathematical statistics[M]. Harbin: Heilongjiang people′s press, 1983: 440-400.

[26] ASHRAE. Ashrae handbook series[M]. American: Commercial Resources, 2005: 1-21.

[27] 西安高科理化技術有限公司. KHF-1除冰/防冰液 (產品說明書) [EB/OL]. 西安: 2006. http://cisoz7229. yzw.cc/vipcom/cisoz7229/VipProduct1-6193.htm

Xi′an hitech physical and chemical technology co.,ltd.KHF-1 De/anti-icing. [EB/OL]. Xi′an:2006. http://cisoz 7229. yzw. cc/vipcom/cisoz7229/VipProduct1-6193.htm.

[28] 宋世遠, 杜鵬飛, 李華峰, 等. 《乙二醇型和丙二醇型發(fā)動機冷卻液》標準解析[J]. 標準現(xiàn)在時， 2012, 10(6): 69-73.

SONG Shiyuan, DU Pengfei, LI Huafeng, et al. Standard interpretation of the ethylene glycol and propylene glycol engine cooling fluid[J]. Standard, 2012, 10(6): 69-73.

[29] SHI X, FAY L, PETERSON M, et al. Freeze-thaw damage and chemical change of a portland cement concrete in the presence of diluted deicers[J]. Materials and structures, 2010, 43 (7): 933-946.

[30] 楊全兵, 朱蓓蓉. 混凝土鹽結晶破壞的研究[J]. 建筑材料學報, 2007(4): 392-396.

YANG Quanbing, ZHU Beirong. Deterioration of concrete due to action of salt crystallization[J]. Journal of architecture and civil engineering, 2007(4): 392-396.

[31] 楊全兵. 混凝土鹽凍破壞機理(I)——毛細管飽水度和結冰壓[J]. 建筑材料學報, 2007, 10(5): 522-527.

YANG Quanbing. Mechanisms ofdeicer-frost scaling of concrete(1)-capillary-uptake degree of saturation and ice-formation pressure[J]. Journal of building masterials, 2007, 10(5): 522-527.

[32] 劉崇喜. 硬化水泥漿化學物理性質[M]. 廣州: 華南理工大學出版社, 2003: 520-521.

LIU Chongxi. Hardened cement chemical physical properties[M]. Guangzhou: South China University of Technology Press, 2003: 520-521.

[33] 吳中偉，廉慧珍. 高性能混凝土[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1999: 22-25.

WU Zhongwei, LIAN Huizhen. High performance concrete [M]. Beijing: China Railway Publishing House, 1999： 22-25.

本文引用格式：馬好霞，余紅發(fā)，吳雅玲，等. 機場道面抗凍性與凍融介質的相關性分析[J]. 哈爾濱工程大學學報， 2017， 38(10): 1642 -1649.

MA Haoxia, YU Hongfa, WU Yaling, et al. Correlation analysis between airfield pavement′s freezing resistance and freezing-thawing mediums[J]. Journal of Harbin Engineering University， 2017， 38(10): 1642 -1649.

Correlationanalysisonthefrostresistanceofairfieldpavementandfreeze-thawmedium

MA Haoxia1,2, YU Hongfa1, WU Yaling3, BAI Kang4,CAO Wentao5

(1.Aviation and Astronavigation School, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China;2.Jincheng College, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211156, China; 3.Shanghai Tongfeng Engineering Consulting Co., LTD., Shanghai 200431, China; 4.Ji′nan Urban Construction Design & Research Institute Co., Ltd, Ji′nan 250101, China; 5.Jiangsu Transportation Research Institute Co., Ltd., Nanjing 210017, China)

To analyze the frost resistance correlation of airfield pavement concrete under the action of different airport deicers, 19 types of concrete specimens with different mixture ratios were placed in 3.5% NaCl, 3.5%～25% ethanediol (propanediol) aircraft deicer, and 3.5% acetate-based airport pavement deicer and water for fast freeze-thaw test. Through an analysis of frost resistance parameters, linear correlation functions between the freeze-thaw resistance cycle times of concrete in different freeze-thaw media and the freeze-thaw resistance cycle times of concrete in water were established. Linear correlation functions are unrelated to the mixture ratio of concrete and its strength level, and are associated only with the type and concentration of the freeze-thaw medium; a high concentration of the freeze-thaw medium corresponds to minimal freeze-thaw destruction to the concrete. The freeze-thaw damage caused by 3.5% ethylene glycol aircraft deicer to concrete is lighter than that of 3.5% propylene glycol aircraft deicer. Calcium magnesium acetate airport pavement deicer causes less frost damage than other acetate-based deicers.

aircraft deicer; acetate-based airport pavement deicer; frost resistance;linear relationship; freezing point; osmotic pressure

10.11990/jheu.201605103

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20170427.1536.142.html

U414

A

1006-7043(2017)10-1642-08

2016-05-31. < class="emphasis_bold">網絡出版日期

日期：2017-04-27.

國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2009CB623203)；國家自然科學基金項目(51178221, 21276264).

馬好霞(1985-)，女，講師，博士研究生；余紅發(fā)(1964-)，男，教授，博士生導師.

余紅發(fā)，E-mail: yuhongfa@nuaa.edu.cn.