專利名稱：一種航空跑道壓潰型安全攔阻方塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種航空跑道的安全設(shè)施，特別涉及當(dāng)飛機(jī)沖出跑道時(shí)的安全攔阻設(shè) 施，確切地說(shuō)是一種航空跑道壓潰型安全攔阻方塊。
二背景技術(shù)：
當(dāng)飛機(jī)著陸或放棄起飛程序時(shí)，不能夠及時(shí)停止，出現(xiàn)意外而沖出跑道，飛機(jī)和旅客會(huì) 遇到不同情況如果飛機(jī)滑行在有足夠長(zhǎng)度的較堅(jiān)硬土壤上，可能會(huì)安全停下來(lái)；但是，如 果機(jī)場(chǎng)跑道之外是土壤或有雨水、下雪結(jié)冰，或在山區(qū)江河附近等，飛機(jī)滑行的距離和結(jié)果 如何就要看運(yùn)氣了，往往就會(huì)造成機(jī)毀人亡的事故。為了使沖出跑道而發(fā)生事故的損失最小， 美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)規(guī)定在跑道的端頭必須預(yù)留出300米長(zhǎng)度的安全區(qū)域。世界各 國(guó)也紛紛對(duì)在建的和將要興建的航空跑道規(guī)劃設(shè)計(jì)安全區(qū)域。但對(duì)已有的航空機(jī)場(chǎng)或條件有 限的在建和將要興建的機(jī)場(chǎng)，由于機(jī)場(chǎng)土地面積(如山區(qū))、機(jī)場(chǎng)周邊居民區(qū)、交通道路、 環(huán)境條件等限制，無(wú)法征集到足夠的土地、空間作為完整的安全區(qū)域。為解決潛在的安全隱 患，在跑道端部設(shè)置攔阻設(shè)施不失為亡羊補(bǔ)牢的安全保護(hù)措施。對(duì)軍用機(jī)場(chǎng)和航母機(jī)坪多采 用攔阻網(wǎng)或攔阻鋼纜繩，這是根據(jù)軍用飛機(jī)和艦載飛機(jī)的著陸支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。對(duì)平時(shí)主要 用于民航的航空機(jī)場(chǎng)，鑒于民用飛機(jī)著陸支架結(jié)構(gòu)和普通旅客的人身安全考慮，多設(shè)置壓潰 型攔阻安全跑道，這為民航飛機(jī)場(chǎng)的最佳安全攔阻設(shè)施選擇。
該安全攔阻跑道是由厚度以及壓潰強(qiáng)度遞增的系列方塊構(gòu)成的斜坡狀軟道面。方塊是根 據(jù)飛機(jī)特定的減速阻力設(shè)計(jì)加工的，其在飛機(jī)滑行過(guò)程中被碾壓，并通過(guò)飛機(jī)自重造成依次 逐漸形變、潰碎對(duì)飛機(jī)著陸輪組及起落支架做功，產(chǎn)生阻力(壓潰攔阻)以衰減滑行速度直 至為零，這種攔阻方塊的減速力學(xué)原理完全符合飛機(jī)本身原先的著陸荷載設(shè)計(jì)要求。攔阻跑 道斜面的主要作用是在飛機(jī)對(duì)攔阻方塊碾壓過(guò)程中，使攔阻方塊與飛機(jī)著陸輪組的接觸面 積和壓潰強(qiáng)度依次加大，導(dǎo)致攔阻的作用力逐漸增加，這樣安全攔阻跑道可以適用于多種類 型飛機(jī)的安全攔阻。
對(duì)于這種壓潰型攔阻方塊所用的材料，主要性質(zhì)應(yīng)該具備有脆性、可調(diào)控壓潰強(qiáng)度、受水 影響的材料性質(zhì)變化較小，不招引各種生物、無(wú)靜電、不燃或助燃、火災(zāi)中不會(huì)放出有害氣 體、可長(zhǎng)期保持其材料性能穩(wěn)定、耐候性好、對(duì)飛機(jī)和乘客的可能損害最小、便于日常維護(hù)、 以及可以經(jīng)濟(jì)地大批量工業(yè)化生產(chǎn)等。多年以來(lái)，對(duì)于這種設(shè)置在跑道端頭區(qū)域的壓潰型跑道攔阻設(shè)施，航空機(jī)場(chǎng)研究人員曾
建議采用多種可壓潰的材料或設(shè)施，但是結(jié)果都不理想。例如，將河砂裝入防水包裝袋中作 為攔阻塊，然而，砂包容易破碎，雨水及冰雪可以進(jìn)入包裝袋之間孔隙，攔阻效果極差。還 有選擇設(shè)置大面積的淺水池，但是在冬季水結(jié)冰后，攔阻效果失效，還可能招引野生動(dòng)物， 造成飛行事故。碎石作為另一個(gè)選擇，與土壤或河砂相比，受到天氣的影響較小，但是碎石 會(huì)阻礙飛機(jī)著陸輪壓入土壤，還可能造成飛石對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞等。
美國(guó)專利US 5193764公開的飛機(jī)攔阻系統(tǒng)采用酚醛泡沫材料或者具有剛性、脆性、耐 火性的板材多層組合而成，其厚度和壓潰強(qiáng)度因具體航空機(jī)場(chǎng)條件而變化。這些材料若伴有 火災(zāi)，則立即失去攔阻減速作用，并且該材料本身具有一定的壓縮回彈性，可導(dǎo)致攔阻減速 失敗或減弱，即攔阻結(jié)果難以預(yù)測(cè)。
美國(guó)專利US 5902068、 US 6726400公開了一種由水泥(建議使用早強(qiáng)水泥，在實(shí)際生產(chǎn) 中只能使用這種水泥)、發(fā)泡劑和水用物理發(fā)泡工藝加工的泡沫混凝土攔阻方塊。首先用水 泥和水制備泥漿，單獨(dú)用發(fā)泡劑和水經(jīng)劇烈攪拌物理制備有大量泡沫的添加劑，然后將泥槳 和添加劑兩者混合攪拌后，澆注于模具中，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)形成發(fā)泡混凝土方塊。
美國(guó)專利US 5885025、 US 6971817公開了在泡沫混凝土方塊外，再包裹一層水泥薄板 材，以保護(hù)泡沫混凝土方塊避免被噴氣飛機(jī)尾氣的破壞，以及提高耐水性。 三、發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供構(gòu)建壓潰型安全跑道用的攔阻方塊。所要解決的技術(shù)問(wèn)題是選擇 適宜的材料及其生產(chǎn)方法，使攔阻方塊符合特定的飛機(jī)攔阻目的，如具有必要的、均勻的中 空結(jié)構(gòu)，以及可被脆性壓潰的攔阻所需的強(qiáng)度。
本攔阻方塊的技術(shù)方案有兩種 (一)、是以鋁粉為發(fā)氣劑制備的粉煤灰加氣混凝土方塊或者砂加氣混凝土方塊，其內(nèi)有通 過(guò)化學(xué)反應(yīng)所發(fā)泡形成的中空氣泡，其底部為由加強(qiáng)筋加固的加強(qiáng)層。如圖1所示。通過(guò)調(diào) 節(jié)加氣混凝土原料配比和中空氣泡的數(shù)量與密度，使攔阻方塊獲得可調(diào)控的脆性壓潰攔阻所 需的強(qiáng)度。
其生產(chǎn)方法包括原料和水的混合攪拌、澆模發(fā)氣、脫模切割、預(yù)養(yǎng)和蒸養(yǎng)，與現(xiàn)有的物 理發(fā)泡的泡沫混凝土的攔阻方塊技術(shù)的區(qū)別在于 (1)本攔阻方塊包括下述重量份數(shù)的原料
粉煤灰或細(xì)砂55 80份，生石灰10 25份，生石灰 15 20份， 石膏2 5份，
水泥 5 20份，石膏 1 8份，
鋁粉 0.3 10份。 優(yōu)選
粉煤灰或細(xì)砂60 70份，
水泥 10 15份，
鋁粉 0.5 8份。 將粉煤灰同生石灰等其他原料混合后加水?dāng)嚢璩蓾{料或者細(xì)砂同生石灰等其他原料混 合后加水?dāng)嚢璩蓾{料，澆注于預(yù)設(shè)有加強(qiáng)筋和隔離劑的模具中，任其化學(xué)反應(yīng)發(fā)氣，形成多 孔結(jié)構(gòu)的粉煤灰加氣混凝土方塊或者砂加氣混凝土方塊。細(xì)砂為建筑業(yè)作骨料用的河砂、陶 砂等。按水料比0.55 :1 0.75:1或者0.6 :1~0.7 :1的比例加水?dāng)嚢柚苽錆{料。加強(qiáng)筋選自 金屬絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)片或耐堿玻璃纖維或其網(wǎng)布等，其作用是在方塊底部形成加強(qiáng)層，以減少 搬運(yùn)、安裝施工過(guò)程中的損壞。隔離劑選自塑料薄膜或機(jī)油，旨在方便脫模。
(2) 待發(fā)氣反應(yīng)結(jié)束后移至預(yù)養(yǎng)室中，于50 70'C條件下預(yù)養(yǎng)1 2小時(shí)，然后脫模， 切割成方塊。
(3) 切割后的方塊移至蒸養(yǎng)釜中，蒸氣壓力10 14kg/cm2、 180 195。C條件下蒸養(yǎng)5 7小時(shí)。冷卻、降壓后出料，即得到其內(nèi)具有中空氣泡的多孔結(jié)構(gòu)的粉煤灰加氣混凝土攔阻 方塊或者砂加氣混凝土攔阻方塊。
(二)、是以水泥漿料經(jīng)模具成型的混凝土方塊，其中有中空長(zhǎng)孔(空洞)，底部為由加強(qiáng) 筋加固的加強(qiáng)層。如圖2所示。通過(guò)調(diào)節(jié)混凝土的配方比，如添加不同重量份數(shù)的粉煤灰或 /和細(xì)砂等，以及中空長(zhǎng)孔的疏密分布及其截面形狀和大小不同比如或圓形或橢圓形或矩形 或三角形或梯形或菱形等措施，使攔阻方塊獲得可調(diào)控的脆性壓潰攔阻的強(qiáng)度。
其生產(chǎn)方法是將普通水泥和水?dāng)嚢杌旌铣蓾{料或者水泥40 80份，粉煤灰或/和細(xì)砂 20 60份與水?dāng)嚢杌旌铣蓾{料，然后澆注到預(yù)置有芯模、加強(qiáng)筋和隔離劑的模具中，初凝 后抽出芯模、常規(guī)養(yǎng)護(hù)便得到具有中空長(zhǎng)孔結(jié)構(gòu)的混凝土攔阻方塊。粉煤灰或/和細(xì)砂的相
對(duì)比例，可根據(jù)具體攔阻方塊的脆性壓潰強(qiáng)度要求來(lái)確定。
在本兩種技術(shù)方案中，所使用的水泥是一般建筑行業(yè)用的水泥，比如硅酸鹽水泥或/和 礦渣水泥或/和粉煤灰水泥或/和堿激活水泥等。堿激活水泥是土壤聚合物水泥、堿礦渣水泥、 堿激活粉煤灰水泥、堿激活火山灰水泥等。與硅酸鹽類水泥的硅酸鈣的水化反應(yīng)機(jī)理完全不 同，堿激活水泥以偏高嶺石等無(wú)定形硅鋁氧化合物材料為主要活性成分，以及高爐礦渣、電廠粉煤灰、硅灰等工業(yè)廢渣組成，在生石灰等堿鹽或堿的激活作用下，聚合反應(yīng)形成大量網(wǎng) 絡(luò)狀沸石型結(jié)構(gòu)的硅鋁鏈膠凝產(chǎn)物，起到水泥的膠凝作用。
本兩種技術(shù)方案所產(chǎn)生的攔阻方塊所組成的安全攔阻跑道，是由系列方塊構(gòu)成的斜坡狀 安全攔阻道面，從正常跑道端部向外沿著跑道長(zhǎng)度方向，方塊厚度以及壓潰強(qiáng)度遞增。如圖
3所示。
本方塊是根據(jù)飛機(jī)特定的減速阻力設(shè)計(jì)加工的，其在飛機(jī)滑行過(guò)程中被碾壓，并通過(guò)飛 機(jī)自重造成依次逐漸形變、潰碎，對(duì)飛機(jī)著陸輪組及起落支架做功產(chǎn)生阻力(壓潰攔阻)以 衰減滑行速度直至為零，這種攔阻方塊的減速力學(xué)原理完全符合飛機(jī)本身原先的著陸荷載 設(shè)計(jì)要求。
本方塊的鋪設(shè)是根據(jù)方塊的厚度，沿著跑道長(zhǎng)度方向，將整個(gè)安全攔阻跑道分為2-3個(gè) 攔阻區(qū)域。在同一區(qū)域中的攔阻方塊的強(qiáng)度相同，方塊的厚度由10公分至90公分范圍遞增。 區(qū)域的交替處，方塊可以上下重疊排列，使相鄰的兩區(qū)域間的壓潰強(qiáng)度呈漸增高式過(guò)渡。攔 阻方塊的底部用瀝青或其它防水型粘合劑與地面相固定，以免攔阻方塊移動(dòng)。
攔阻跑道斜面的主要作用是在飛機(jī)對(duì)攔阻方塊碾壓過(guò)程中，使攔阻方塊與飛機(jī)著陸輪 組的接觸面積依次加大，導(dǎo)致攔阻的作用力逐漸增加，本攔阻跑道可以適用于多種類型飛機(jī) 的安全攔阻。
粉煤灰加氣混凝土攔阻方塊或者砂加氣混凝土攔阻方塊其濕密度和干密度可通過(guò)改變 原料配比,特別是鋁粉的用量進(jìn)行調(diào)整，從而得到不同容重和脆性壓潰強(qiáng)度的粉煤灰加氣混 凝土攔阻方塊或者砂加氣混凝土攔阻方塊，以滿足具體安全攔阻跑道的設(shè)計(jì)要求。以鋁粉為 發(fā)氣劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)膨脹發(fā)泡形成多孔結(jié)構(gòu)，氣泡的大小較為均勻，只要物料攪拌混合均 勻，其氣泡分布、密度也較為一致，特別是經(jīng)過(guò)高溫高壓蒸養(yǎng)處理，膠結(jié)料中水化反應(yīng)完全, 使方塊的整體性能各向同性且穩(wěn)定，不隨時(shí)間的推移而變化,其產(chǎn)品完全可以滿足飛機(jī)壓潰 型攔阻方塊的技術(shù)要求。
與加氣混凝土相比，泡沫混凝土雖然同屬多孔結(jié)構(gòu)，有相似的外觀和相近的力學(xué)性能， 但是多孔結(jié)構(gòu)形成的方法不同，泡沫混凝土中的中空氣泡是由泡沫借助物理強(qiáng)力攪拌方法, 摻入料漿中固化形成的，泡沫大小不同，也無(wú)法均勻排布，在固化過(guò)程中還會(huì)游走、上浮、 形變甚至破滅，致使氣泡的大小和分布不可能均勻、 一致，其力學(xué)性能各向異性，容易開裂， 而且只經(jīng)過(guò)常規(guī)養(yǎng)護(hù)，水化反應(yīng)不充分，其力學(xué)性能甚至幾何尺寸都不穩(wěn)定，耐候性差,其 產(chǎn)品在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用極其有限。更具體地說(shuō),雖然泡沫混凝土的組成的原材料簡(jiǎn)單，但是，泡沫混凝土的生產(chǎn)工藝是相當(dāng) 復(fù)雜和難以控制。世界上至今為止，生產(chǎn)制造泡沫混凝土的技術(shù)和設(shè)備還遠(yuǎn)不如生產(chǎn)加氣混 凝土的技術(shù)和設(shè)備成熟，泡沫混凝土生產(chǎn)必須要大量人工操作控制。由于在水泥漿中產(chǎn)生氣 泡的原理、攪拌方式和攪拌過(guò)程所用時(shí)間、水泥的水合反應(yīng)速度及溫度對(duì)氣泡的穩(wěn)定性等影 響，因此導(dǎo)致泡沫混凝土內(nèi)部密度很不均勻，這樣也就造成其力學(xué)強(qiáng)度以及其它性質(zhì)的很不 均勻性(各向異性)。特別是，在大批量產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，這些材料不均勻缺陷是難以避免， 而且不可進(jìn)行調(diào)控，作為跑道安全攔阻方塊用途來(lái)使用時(shí)，是不能接受的。也就是說(shuō)，泡沫 混凝土的攔阻作用和效果難以預(yù)測(cè)。
實(shí)驗(yàn)表明，加氣混凝土氣孔率60 80%，密度為200 1500 Kg/m3，其抗壓強(qiáng)度與密度 正相關(guān)，并可穩(wěn)定保持10年以上，70(rc以下不會(huì)損失強(qiáng)度，可抵抗噴氣飛機(jī)尾氣的傷害。
具有中空長(zhǎng)孔結(jié)構(gòu)的混凝土攔阻方塊生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，可通過(guò)改變配方比如添加粉煤灰或 細(xì)砂以及中空長(zhǎng)孔的數(shù)量及其截面形狀和大小,可以得到不同脆性壓潰強(qiáng)度的攔阻方塊以滿 足具體安全攔阻跑道的設(shè)計(jì)要求。
模擬試驗(yàn)表明，本兩種技術(shù)方案所產(chǎn)生的攔阻方塊適用于包括波音、麥道和空中客車等 大型客機(jī)和小型客機(jī)的各種民航客機(jī)的有效攔阻，對(duì)飛機(jī)的破壞最小，特別是能充分保護(hù)乘 客的人身安全。本攔阻方塊，不僅適用于民航機(jī)場(chǎng)跑道，也適用于高速公路急彎處、賽車道 等正常跑道端部設(shè)置安全攔阻跑道。
特別指出是，本攔阻方塊也很適用于軍用機(jī)場(chǎng)跑道。軍用機(jī)場(chǎng)多設(shè)置在山區(qū)或較隱蔽的 地區(qū)，本壓潰型攔阻跑道可增加機(jī)場(chǎng)跑道的有效長(zhǎng)度，提高機(jī)場(chǎng)跑道的利用率。除了需要人 工時(shí)刻監(jiān)視控制的攔阻網(wǎng)和攔阻鋼纜繩設(shè)施之外，還可以再附加一種長(zhǎng)期自我維持的飛行安 全設(shè)施，無(wú)需人工值守，對(duì)于軍用機(jī)場(chǎng)的安全保障有重要意義。
四

圖h粉煤灰加氣混凝土攔阻方塊或砂加氣混凝土攔阻方塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2:中空長(zhǎng)孔混凝土攔阻方塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1和圖2中，1為粉煤灰加氣混凝土攔阻方塊或砂加氣混凝土攔阻方塊內(nèi)的中空氣泡， 2為加強(qiáng)層，3為混凝土攔阻方塊內(nèi)的中空長(zhǎng)孔。
圖3:沖出跑道的飛機(jī)、壓潰型攔阻方塊及其攔阻跑道示意圖。
五具體實(shí)施方式
現(xiàn)以定點(diǎn)澆注法(澆注機(jī)固定、模具移動(dòng))加工1米X1米、厚10 900mm的攔阻方塊為例，非限定實(shí)施例敘述如下
取金屬組裝模具，內(nèi)噴130#機(jī)油作隔離劑，底部置放耐堿玻璃纖維布。對(duì)加工中空長(zhǎng) 圓孔混凝土攔阻方塊來(lái)說(shuō)還需平行置放若干根圓芯模。
1、 取粉煤灰67份，生石灰17份，硅酸鹽水泥13份，石膏3份，鋁粉5份，投入澆注 攪拌機(jī)中混合攪拌，再加入65份水繼續(xù)攪拌成漿料，然后澆注于模具中，控制料漿厚度約 為模具高度的2/3，漿料在模具中反應(yīng)發(fā)氣并膨脹，待料漿不再升溫、膨脹時(shí)移入預(yù)養(yǎng)室中， 60'C保溫2小時(shí)，然后脫模切割，送高壓蒸養(yǎng)釜中蒸氣養(yǎng)護(hù)，溫度190。C、蒸氣壓力12kg/cm2， 維持6小時(shí)，最后冷卻、降壓、出料即得到粉煤灰加氣混凝土攔阻方塊。
2、 取細(xì)砂65份，生石灰18份，堿激活水泥15份，石膏5份，鋁粉6份，水65份， 其余操作同實(shí)施例l。得到砂加氣混凝土攔阻方塊。
3、 取100份礦渣水泥、60份水，或者80份粉煤灰水泥、20份河砂和60份水，或者 75份堿激活水泥、15份河砂、10份粉煤灰和65份水，投入澆注攪拌機(jī)中混合攪拌成漿料， 然后澆注于預(yù)設(shè)有圓芯模的模具中，初凝后抽出圓芯模，切割，蒸氣養(yǎng)護(hù)，得到具有中空長(zhǎng) 圓孔結(jié)構(gòu)的混凝土攔阻方塊。
權(quán)利要求1、 一種航空跑道壓潰型安全攔阻方塊，其特征在于混凝土方塊內(nèi)有化學(xué)發(fā)泡形成的氣泡(1)，底部為由加強(qiáng)筋加固的加強(qiáng)層(2)。
2、 一種航空跑道壓潰型安全攔阻方塊，其特征在于混凝土方塊內(nèi)有中空 長(zhǎng)孔(3)，底部為由加強(qiáng)筋加固的加強(qiáng)層(2)。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓潰型安全攔阻方塊，其特征在于所述的中空長(zhǎng) 孔(3)是截面為圓形或橢圓形或矩形或三角形或梯形或菱形的中空長(zhǎng)孔。
專利摘要一種航空跑道壓潰型安全攔阻方塊，是55～85份粉煤灰或細(xì)紗分別同10～25份生石灰、5～20份水泥、1～8份石膏以及0.3～10份鋁粉經(jīng)化學(xué)發(fā)泡制備的粉煤灰加氣混凝土方塊或者砂加氣混凝土方塊，或由模具成型的帶有中空長(zhǎng)孔的混凝土方塊，方塊底部有由加強(qiáng)筋加固的加強(qiáng)層。本方塊厚度自10～90cm遞增，在跑道端部沿跑道方向鋪設(shè)成厚度和壓潰強(qiáng)度均遞增的斜坡狀安全攔阻跑道，對(duì)意外沖出跑道的飛機(jī)進(jìn)行攔阻，以確保飛機(jī)特別是乘客的安全。模擬試驗(yàn)表明，本方塊鋪設(shè)的安全攔阻跑道適用于包括波音、麥道和空中客車等大型客機(jī)和中小型客機(jī)的各種民航客機(jī)的有效攔阻，并確保安全。本方塊也適用于高速公路急彎處、賽車道等設(shè)置安全攔阻跑道。
文檔編號(hào)E01C9/00GK201132920SQ20072003400
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者桂永全 申請(qǐng)人:桂永全