随着社会经济发展，我国航空业迅速崛起，全国各地根据需求均在计划设计修建机场以满足需求。国家有关部门出台指导意见，指出至2020年至少要建成500个通用机场，包括目前正在修建的成都天府国际机场。但成都天府新区在地理位置、地材特征及当前环保压力和绿色生产指引限制下，西南区域建筑用砂基本采用机制砂进行混凝土制备和生产。虽然MH/T 5004—2010《民用机场水泥混凝土道面设计规范》中规定，仅在部分结构中设计许可的条件下，可选用机制砂制备混凝土，由于机场道面混凝土关键技术指标参数与普通房建或道路混凝土指标具有较大差异，目前采用机制砂制备民用机场水泥混凝土面层的案例极少，仅有贵阳龙洞堡机场用机制砂混凝土建造机场道面的实例 ^[1]。因此，针对机场道面对混凝土的特殊要求，本文重点研究机制砂石粉含量对机场道面应考虑的耐久性指标(如耐磨性、抗冲击性和抗冻性等)的影响规律，对机制砂应用于机场道面混凝土提供技术支持和应用指导。

　　 1)水泥拉法基P.O42.5R水泥，技术性能指标如表1所示。

　　 2)粉煤灰泸州Ⅰ级粉煤灰，烧失量为0.8%，细度为5.7%，需水量为91%。

　　 3)集料粗集料选用两级配组合的完善混凝土级配，分别为5～20mm和20～40mm石灰石碎石。细集料采用2类机制砂，机制砂Ⅰ母岩为卵石，机制砂Ⅱ母岩为石灰石，机制砂级配粒形良好，基本性能指标如表2所示。

　　 4)外加剂中建西部建设西南有限公司自产聚羧酸减水剂。

　　 5)水普通饮用水。

　　 1)耐磨试验耐磨试验主要评价机制砂及其石粉含量对机场道面混凝土耐磨性的影响，试验方法参照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行;试件为混凝土标准试件。

　　 2)抗冲击试验本试验参照ACI(美国混凝土协会)544委员会推荐的方法 ^[2]，即通过自由落体的方式基于恒定动能的条件下对样本破坏程度进行评价，试件按推荐条件限制，即直径为(152±2)mm、厚(64±2)mm圆饼试件。试验装置如图1所示 ^[3]。

　　 3)冻融循环试验混凝土抗冻性评价方法采用GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定的快冻法进行试验，试块尺寸和评价严格按标准要求进行，即试件采用100mm×100mm×400mm棱柱体，评价指标主要以质量损失率和相对动弹性模量判断机场道面混凝土抗冻性。

　　 本研究配合比设计参照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》建议的设计方法，为研究机制砂石粉对混凝土耐久性的影响，设计固定胶材用量为360kg/m³，砂率为33%，水胶比为0.41，对比研究2种不同矿源的机制砂在不同石粉含量下对混凝土耐久性的影响。试验采用等量替代机制砂调整机制砂中石粉含量的方法，所用石粉均为2种机制砂原砂在球磨机中粉磨40min左右后筛去粒径>0.075mm颗粒所得，其比表面积为330～350m²/kg，与同母岩机制砂中石粉细度相当、性能接近。试验配合比如表3所示。

　　 研究表明 ^[4]，机制砂母岩特征(压碎值)及机制砂特征(粗糙度)、混凝土配合比(砂率)及混凝土力学性能均对混凝土耐磨性影响显著，并且惰性掺合料或机制砂中的石粉与混凝土耐磨性相关性最大。2种机制砂母岩及该母岩石粉含量对混凝土耐磨性的影响规律如图2所示。由图2可知，不同母岩机制砂随着石粉含量的增加，其磨耗量均呈现出先降低后升高的趋势。但采用不同母岩机制砂配制的混凝土磨耗量达最低值时，其相应石粉含量存在一定差异，并且此时机制砂中石粉含量可认为是最佳含量，即试验用机制砂Ⅰ最佳石粉含量为10%，机制砂Ⅱ最佳石粉含量为8%。当石粉含量超过最佳值时，混凝土磨耗量均不同程度地增大，增长幅度与机制砂母岩相关性较大，即机制砂Ⅱ随石粉含量增加磨耗量增长趋势更大。因此，工程中选用机制砂时，需通过试验找出采用此类机制砂配制的混凝土最低磨耗量(石粉含量临界点)，然后，通过技术手段调整机制砂石粉含量在临界点附近。

　　 石粉含量对混凝土耐磨性的影响主要考虑其对混凝土工作性能和混凝土结构的影响:一方面，石粉的存在能优化机制砂粒径<0.15mm颗粒级配，实现骨料全级配，对混凝土拌合物起到一定的填充作用，增加包裹骨料表面的富裕浆体，在一定程度上可增强混凝土保水性和黏聚性，从而得到更优的工作性能;另外，品质较好的母岩制备的机制砂较细石粉具有一定活性，能起到微集料效应和二次反应，一定程度上改善水泥石与骨料界面过渡区的缺陷，提高混凝土整体性和密实度，从而提高混凝土耐磨性;但过量石粉较大颗粒属于完全惰性材料，在浆体中形成缺陷区，从而降低混凝土耐磨性。此外，当石粉含量过高时，大量游离态石粉将聚集在水泥石与集料界面处，形成几乎无强度的薄弱区域，将对界面过渡区及混凝土耐磨性产生不利影响 ^[5]。

　　 机场道面混凝土破坏往往是由于长期经受反复冲击动载及循环磨损造成的，因此在机场道面混凝土应用中，抗冲击性也是一项重要的设计指标 ^[6]。不同母岩及石粉含量对混凝土抗冲击性的影响如表4所示。由表4可知，不同种类的机制砂石粉含量及试验所用配合比对机场道面混凝土的抗冲击性影响较大。不同母岩对混凝土抗冲击性影响显著，且存在不同的变化规律，即采用机制砂Ⅰ配制的混凝土，初裂冲击次数随着石粉掺量的减少呈逐渐降低的趋势;而机制砂Ⅱ配制的混凝土，初裂抗冲击次数随着机制砂石粉掺量的增加呈先减小后增大的趋势。此外，还可看出粉煤灰对混凝土抗冲击性具有明显的提升作用。综合耐磨性与抗冲击性配置性能良好的道面混凝土，应首选卵石破碎制成的机制砂，并且石粉含量应控制在10%左右，在仅有石灰石机制砂的条件下，应严格控制机制砂石粉含量，且宜≤5%。

　　 已有对普通混凝土抗冻性的研究均表明机制砂中石粉含量对混凝土抗冻性的影响较小 ^[7,8,9]，而石粉含量对机场道面用干硬性混凝土的抗冻性影响未曾提及和研究。

　　 不同冻融循环次数下混凝土质量损失率变化规律如图3所示。由图3可知，在冻融循环条件下，机制砂种类与冻融循环后混凝土质量损失率具有一定相关性，卵石机制砂较石灰石机制砂具有较明显的抗混凝土质量损失的作用，其质量损失率均较小;机制砂中石粉对冻融循环后混凝土质量损失具有一定抑制作用，即随着石粉含量的增加混凝土经冻融循环后的质量损失率降低。同时，掺入一定量的粉煤灰对降低混凝土经冻融循环后的质量损失率具有明显的改善作用。分析原因为:随着冻融循环作用的不断进行，混凝土内部原生态裂缝在饱和水结冰膨胀的压力作用下逐渐扩张深化，且解冻后继续吸水饱和，其增加幅度大于试件因冻融作用破坏而剥落的表层混凝土质量，由此表现出混凝土质量有所增加的假象。

　　 机制砂中不同石粉含量下，所配制混凝土经过300次冻融循环后动弹性模量损失率如图4所示。试验采用SⅠ，SⅡ组时，当混凝土抗冻性均达到F300后，机制砂中石粉含量的增加对其配制混凝土的抗冻性影响不大 ^[9,10,11]。采用YⅠ，YⅡ组时，当机制砂中石粉含量过大时(>20%)，混凝土抗冻性呈降低趋势。机制砂石粉含量控制在一定范围内时(≤15%)，混凝土抗冻等级均可达F300及以上。

　　 1)机制砂种类和品质明显影响混凝土抗冲击能力，应通过试验进行筛选，且粉煤灰具有提高混凝土抗冲击性的作用。

　　 2)在一般气候条件下(无冻融循环气候)配制机制砂机场道面混凝土，选用Ⅰ类卵石破碎制成的机制砂时，石粉含量应控制在10%左右;选用Ⅱ类石灰石破碎制成的机制砂时，石粉含量宜越低越好。

　　 3)在有冻融循环气候条件下，配制出抗冻等级F300的机制砂机场道面混凝土时，综合考虑各性能指标要求，应优选卵石破碎制成的机制砂且石粉含量宜为10%～15%，其机场道面混凝土性能最优。