哈爾濱地區(qū)混凝土路面抗鹽凍破壞措施

修 昱

(雞西大學(xué) 理工系，黑龍江 雞西 158100)

哈爾濱地區(qū)混凝土路面抗鹽凍破壞措施

修 昱

(雞西大學(xué) 理工系，黑龍江 雞西 158100)

哈爾濱地區(qū)路面除冰鹽的使用，引起混凝土路面的嚴(yán)重剝蝕開裂和鋼筋銹蝕。主要論述了影響混凝土路面抗鹽凍性的主要因素及提高混凝土路面抗鹽凍性的措施。

道路混凝土；抗鹽凍

哈爾濱地區(qū)是我國(guó)最嚴(yán)寒地區(qū)，降雪量大，路面積雪和冰凍嚴(yán)重。為了防止高速公路上冬季冰雪致滑，保證交通正常運(yùn)行，最常用的方法就是在路面撒除冰鹽。而各類除冰鹽都會(huì)引起混凝土路面的嚴(yán)重剝蝕開裂和鋼筋銹蝕，縮短了混凝土道路的使用壽命增加路面維修費(fèi)用。

本文主要論述了影響混凝土路面抗鹽凍性的主要因素及提高混凝土路面抗鹽凍性的措施。

一 除冰鹽對(duì)混凝土剝蝕破壞特征

1.面層裂縫發(fā)展迅速，破壞速度快，沒有經(jīng)過防除冰鹽處理的混凝土路面經(jīng)過幾次凍融循環(huán)就出現(xiàn)表面成斑狀剝落破壞。在實(shí)際工程中往往經(jīng)過1—2個(gè)冬季就會(huì)出現(xiàn)剝落破壞。

2.破壞是從表面逐層向內(nèi)部發(fā)展，表層砂漿層經(jīng)過幾次凍融循環(huán)逐漸剝落，骨料暴露，使道路表面凸凹不平。

3.在受除冰鹽侵蝕的混凝土底部出現(xiàn)白色NaCl結(jié)晶，并且NaCl結(jié)晶經(jīng)過遇濕受潮再結(jié)晶而不斷聚集，因此即使停止使用除冰鹽，這種結(jié)晶壓還會(huì)產(chǎn)生鹽凍剝蝕破壞，直至混凝土層破壞為止。

二 除冰鹽破壞機(jī)理

1.混凝土孔隙中水結(jié)冰體積膨脹9%造成結(jié)冰壓。因?yàn)辂}具有保水性和吸濕性，混凝土的初始飽水度在使用除冰鹽時(shí)明顯提高，從而含有更多的可凍水。受凍時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生更高的結(jié)冰壓。

2.混凝土凍結(jié)時(shí)，大毛細(xì)孔中水的離子濃度隨著水的結(jié)冰而提高，而蒸汽壓卻下降，這時(shí)小毛細(xì)孔中未結(jié)冰的水就會(huì)向大毛細(xì)孔中滲透而形成滲透壓，當(dāng)滲透壓大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)開裂破壞。

當(dāng)使用除冰鹽時(shí)，受凍時(shí)鹽溶液濃度差引起更高的滲透壓。如果水中溶解有鹽，當(dāng)孔隙內(nèi)的水開始結(jié)冰，孔內(nèi)的鹽濃度就會(huì)升高，鹽濃度在整個(gè)水泥石中的均衡分布被打破，這時(shí)為了降低鹽濃度，建立新的平衡，更小的毛細(xì)孔中未結(jié)冰的自由水就會(huì)流向此處，從而產(chǎn)生不斷增加的滲透壓力，導(dǎo)致水泥漿體的內(nèi)部開裂，造成了混凝土最終的鹽凍破壞。

3.混凝土的溫度由于除冰鹽融化冰雪的過程中吸收大量熱而急劇降低，造成過冷水，對(duì)混凝土引起低溫沖擊應(yīng)力，加劇混凝土的凍融破壞。

4.使用除冰鹽會(huì)使混凝土內(nèi)部鹽濃度分布不均勻，那么各層的結(jié)冰程度也就存在差異，當(dāng)混凝土層層結(jié)冰時(shí)形成應(yīng)力差導(dǎo)致出現(xiàn)滲透壓，從而引起內(nèi)部應(yīng)力。這樣的結(jié)冰現(xiàn)象在某些情況下還可能會(huì)阻斷水的滲流，在某層內(nèi)形成高的應(yīng)力集中加劇混凝土的破壞。

三 影響混凝土路面抗鹽凍性的主要因素

1.氣候條件。

溫度低是發(fā)生混凝土鹽凍破壞的主要因素之一，混凝土凍層的厚度隨氣溫的降低而增厚。凍融循環(huán)次數(shù)越多、降溫速度越快，混凝土的剝蝕破壞越嚴(yán)重。

2.水分及含鹽量。

水分的多少也是發(fā)生混凝土鹽凍破壞的主要因素，過大的降水量使水充滿混凝土的孔隙，一旦氣溫降至零點(diǎn)以下，水凝結(jié)成冰產(chǎn)生很大的體積膨脹，對(duì)孔壁產(chǎn)生更大的壓力，混凝土路面就會(huì)產(chǎn)生微小的裂隙。

除冰鹽的用量大，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)增多時(shí)混凝土路面就會(huì)加劇破壞。

3.水灰比及含氣。

水灰比是影響混凝土抗鹽凍剝蝕性能的一個(gè)重要因素，水灰比的增加會(huì)降低混凝土的抗鹽凍性能。水灰比不同混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和孔隙率也不同。水灰比較大會(huì)在混凝土硬化過程中形成較多彼此相連的開口孔隙，更易吸收路面的水分，加速了混凝土的凍脹破壞。

含氣量對(duì)混凝土抗凍性的影響主要是因?yàn)榧託庠谒酀{中形成互相分離的孔隙，避免形成連通的透水孔道，在混凝土受凍結(jié)冰過程中可阻止或抑制水泥漿中微小冰體的生成?；炷恋柠}凍剝蝕量在一定范圍內(nèi)隨含氣量增大而逐漸減小，抗鹽凍性能逐漸增大，含氣量應(yīng)大于5%。

4.外摻。

減水劑、引氣劑以及纖維等外摻劑均能提高混凝土的抗鹽凍性能。在混凝土攪拌過程中由于引氣劑的存在可以引入大量微小均勻而穩(wěn)定的氣泡，氣泡可以有效緩沖水泥漿體中產(chǎn)生的各種應(yīng)力；減水劑可以降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙的數(shù)量；摻入纖維可以提高混凝土的抗拉能力，最終提高混凝土的抗鹽凍性能。

5.礦物摻合。

硅灰、粉煤灰的摻人改善了混凝土內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物的組成，混凝土孔隙率降低，孔徑細(xì)化，使混凝土對(duì)氯離子滲透的擴(kuò)散阻力提高。

四 提高混凝土路面抗鹽凍性的措施

1.水泥種類。

水泥是混凝土的主要組成材料，種類豐富，一般都摻有粉煤灰、石灰石、礦渣等礦物材料。水泥的質(zhì)量很大程度上影響了混凝土的性能，高等級(jí)特別是使用除冰鹽的混凝土路面應(yīng)采用高強(qiáng)度、低干縮性、耐久性與抗磨性好的水泥。如用粉煤灰、礦渣或石灰石取代硅酸鹽水泥，會(huì)不同程度上降低混凝土的抗鹽凍性能，特別是摻石灰石最為明顯。所以硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥是修筑水泥混凝土路面的首選。

2.水灰比、摻合料和引氣。

隨著水灰比的降低通過摻加硅灰及引氣劑混凝土的鹽凍剝蝕量減小。因?yàn)樗冶葴p小會(huì)使混凝土中毛細(xì)孔數(shù)量和孔徑減小并可減少可凍水，有資料表明水灰比應(yīng)控制在0.45以內(nèi)；引氣后產(chǎn)生大量微小均勻而穩(wěn)定的氣泡，有效改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土的飽水度，明顯提高新拌混凝土的工作性能和塑性，減少泌水和離析從而提高了混凝土的抗鹽凍性能；硅灰粉細(xì)后具有微集料效應(yīng)，填充到骨料及水泥顆粒的孔隙中堵塞了毛細(xì)孔，提高了混凝土的密實(shí)度，混凝土鹽凍剝蝕量大大減輕。

3.纖維。

不同尺度和性質(zhì)的鋼纖維以及聚丙烯纖維在混凝土中充分發(fā)揮各自的性能效應(yīng)，很大程度地提高了混凝土的抗彎、拉強(qiáng)度、抗折性能、抗裂性和抗沖擊韌性，從而提高水泥混凝土路面的抗鹽凍性。

4.蒸養(yǎng)混凝土。

對(duì)于要撒除冰鹽的混凝土道路應(yīng)盡可能不采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，因?yàn)樽匀火B(yǎng)護(hù)的混凝土抗鹽凍性能明顯高于蒸養(yǎng)混凝土，如果因施工要求必須采用蒸養(yǎng)混凝土，則蒸養(yǎng)溫度要盡可能低并且要有足夠的預(yù)養(yǎng)靜置時(shí)間。

5.合理的施工。

不合理的施工操作會(huì)破壞表層混凝土氣孔結(jié)構(gòu)和造成含氣量損失?；炷猎跀嚢?、抹面、養(yǎng)護(hù)等施工環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格控制合理操作。

(1)混凝土的攪拌。

混凝土在攪拌過程中要準(zhǔn)確稱量各個(gè)組成材料，攪拌要充分；保證施工過程中混凝土的勻質(zhì)、減少塌落度損失，消除離析泌水現(xiàn)象。

(2)混凝土的抹面。

混凝土施工完成進(jìn)行表面處理時(shí)要恰當(dāng)?shù)哪?，過度的抹面會(huì)引起混凝土表層含氣量的損失和表層氣孔結(jié)構(gòu)的破壞，另外要在水泥的初凝和終凝之間進(jìn)行抹面否則會(huì)因泌水聚集表層結(jié)構(gòu)疏松，剝蝕量增大。

(3)適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)。

對(duì)混凝土表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)是十分必要的，表層混凝土的微觀結(jié)構(gòu)受養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)濕度的影響，如果養(yǎng)護(hù)時(shí)間和濕度不夠其抗鹽凍性能就差，所以在混凝土水化過程中必須提供充足的水分和溫度。

(4)合理的排水設(shè)計(jì)。

在對(duì)除冰鹽破壞機(jī)理的分析中我們可以了解到，混凝土的受凍破壞只有在飽水時(shí)才會(huì)發(fā)生，因此在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮如何快速地把路面融化水及時(shí)排除。在混凝土道路施工時(shí)應(yīng)設(shè)置排水坡或者排水溝等其他構(gòu)造措施，從而減少水在路面的滯留。

(5)骨料對(duì)混凝土抗鹽凍性的影響。

宜選用火成巖或花崗巖作為抗鹽凍混凝土的骨料。若骨料中含泥巖、灰?guī)r等弱顆粒，該類骨料在凍融和除冰鹽等作用下的粉化、剝蝕，不僅造成強(qiáng)度缺陷，更主要造成耐久性的降低。另外在24小時(shí)內(nèi)的吸水率大于2%的骨料最好不要用于抗鹽凍的混凝土中。

(6) 有機(jī)硅涂層及摻抗鹽剝蝕劑。

隨著抗鹽凍混凝土研究的深入，現(xiàn)在一些新型的有機(jī)硅涂層及抗鹽凍外加劑能夠很大程度上降低混凝土的鹽凍剝蝕量，顯著地提高了混凝土的抗鹽凍性能。

哈爾濱地區(qū)混凝土路面撒除冰鹽后，在除冰鹽和凍融循環(huán)共同作用下導(dǎo)致混凝土路面過早破壞或耐久性失效，因此基于以上路面抗鹽凍破壞研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，對(duì)哈爾濱以及其他寒冷地區(qū)混凝土路面提出如下建議:

(1)對(duì)于沒有采取抗鹽凍預(yù)防技術(shù)措施施工的混凝土路面不要使用除冰鹽。

(2)計(jì)劃使用除冰鹽的新建混凝土道路，要借鑒以上研究采取相應(yīng)的防治技術(shù)措施，對(duì)要使用除冰鹽的橋梁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不僅要采取防治除冰鹽剝蝕破壞技術(shù)措施還要采取一定的技術(shù)措施來(lái)防治鋼筋的銹蝕，如降低水灰比、增加保護(hù)層厚度等。即使不撒除冰鹽的混凝土道路也要摻入適量的引氣劑來(lái)提高路面的抗凍耐久性。

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ClassNo.:TU755.7DocumentMark：A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

MeasurestoResisttheDestroyofFrozenSalttotheConcreteRoadinHarbinArea

Xiu Yu

The salt used for clearing ices caused the concrete road serious cracked and made the reinforced concrete rusted in Harbin area. This article mainly discusses the major factors that influence the resistance of concrete road to the frozen salt and the solutions to this problem.

concrete；resistance to frozen salt

修昱，講師，雞西大學(xué)。

1672-6758(2012)09-0075-2

TU755.7

A