伸縮縫處混凝土凍害成因分析及預(yù)防措施

張大衛(wèi)

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)多個(gè)伸縮縫通車項(xiàng)目的“回頭看”，發(fā)現(xiàn)部分伸縮縫的混凝土出現(xiàn)了不同程度的凍融破壞。破壞的主要特征體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a)混凝土由表及里出現(xiàn)了不同程度的剝蝕，破壞部分粗骨料裸露。b)停車道混凝土凍融破壞較行車道、超車道嚴(yán)重。行車道及超車道的破壞主要表現(xiàn)在混凝土輕度凍融破壞后，由于車輛荷載作用，而出現(xiàn)“啃邊”現(xiàn)象。停車道混凝土凍害較為嚴(yán)重，部分混凝土已“破碎成渣”。c)伸縮縫混凝土凍害出現(xiàn)間隔現(xiàn)象，就是每隔2～3道有一道破壞。d)夏季施工的伸縮縫項(xiàng)目較之冬季施工的項(xiàng)目更易出現(xiàn)凍害現(xiàn)象。

2 混凝土冰融破壞機(jī)理

硬化混凝土是由水泥、水和粗、細(xì)骨料組成的毛細(xì)孔多孔體，包括凝膠孔、毛細(xì)孔、氣孔等。各種孔隙之間的孔徑差異很大，且往往相互連通，氣孔是混凝土攪拌和振搗時(shí)自然吸入的，且一般呈封閉的球體。在攪拌時(shí)為了得到必要的和易性，加入的拌合水總要多于水泥的水化水，這部分多余的水便以游離水的形式滯留在混凝土中，形成連續(xù)的毛細(xì)孔，并占有一定的體積。根據(jù)郭成舉《混凝土凍害的機(jī)制》分析，多孔材料的凍融破壞取決于材料內(nèi)部存在的應(yīng)力和應(yīng)變的大小[1]。混凝土的凍融破壞是由于混凝土內(nèi)部存在一定數(shù)量的可凍水，可凍水以一種空間網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)分布在混凝土內(nèi)部。當(dāng)混凝土受凍，混凝土內(nèi)部的可凍水會(huì)首先在上部結(jié)冰，把孔隙密封。當(dāng)繼續(xù)受凍時(shí)，孔隙內(nèi)部的水就會(huì)產(chǎn)生巨大的靜水壓力，將混凝土破壞。由此推斷混凝土受凍破壞取決于混凝土抗拉能力、內(nèi)部可凍水含量。同時(shí)混凝土的初始飽水度、致密性、開(kāi)閉孔隙率等都會(huì)影響混凝土抗凍融破壞的能力。

3 伸縮縫處混凝土凍融破壞原因分析

a)伸縮縫的構(gòu)造原因 伸縮縫為保證其行車的舒適性，要求橫向平整度在0～-2 mm之間，也就是略低于路面。這會(huì)導(dǎo)致在冬季積雪融化時(shí)，水在伸縮縫處有積存，從而使混凝土一直處于飽水狀態(tài)。冬季積雪融化，會(huì)吸收大量的熱，導(dǎo)致混凝土凍害。

b)混凝土自身的原因 (a)水灰比過(guò)大，導(dǎo)致混凝土中孔隙率較大，內(nèi)部封閉的可凍水更多，在負(fù)溫條件下體積膨脹更大，從而更易受凍破壞，且凍害結(jié)果更為嚴(yán)重。(b)混凝土本身質(zhì)量不過(guò)關(guān)，砂石含泥量大（降低混凝土標(biāo)號(hào)，致密性變差）、混凝土自身致密性不好、混凝土閉口孔隙率小開(kāi)口孔隙率大等都會(huì)導(dǎo)致混凝土抗凍性能變差。(c)冬季施工的混凝土加入了防凍劑，防凍劑中的引氣劑組分能夠在混凝土中形成大量穩(wěn)定封閉的氣泡，這些氣泡很大程度上增強(qiáng)了混凝土的抗凍融破壞能力。同時(shí)防凍劑中摻加劑有降低混凝土中可凍水冰點(diǎn)的作用，也從一定程度上增強(qiáng)了混凝土的抗凍害能力。這也是夏季施工的伸縮縫項(xiàng)目較之冬季施工的項(xiàng)目易出現(xiàn)凍害的原因。

c)雪季為確保通車，通常會(huì)使用融雪劑，以加快路面積雪融化。由于行車特性，行車道及主車道伸縮縫面會(huì)較快變干，混凝土表面飽水度低。停車道車輛行駛較少，混凝土被積雪覆蓋，表面飽水度高導(dǎo)致。從而停車道較之行車道和主車道更易凍融破壞，凍害情況也較之嚴(yán)重[2]。

d)伸縮縫混凝土用量一般在3～6 m3，所用混凝土罐車大概在8～12 m3，也就是一罐混凝土料能夠澆筑2～4道縫，澆筑一道縫需要30 min。加之從攪拌站到澆筑現(xiàn)場(chǎng)一般估計(jì)在30～60 min，如果一罐料澆筑3或4道縫很有可能導(dǎo)致混凝土過(guò)了初凝時(shí)間（120 min）。過(guò)了澆筑時(shí)間的混凝土，強(qiáng)度不能得到有效保障，并且容易出現(xiàn)裂紋，這也在一定程度上降低了混凝土的抗凍害能力。

4 處理辦法及預(yù)防措施

a)由于伸縮縫通車平順性的要求，伸縮縫總要略低于路面。因此建議后期路面養(yǎng)護(hù)單位在雪停后盡量采取機(jī)器鏟雪的方法，將整個(gè)伸縮縫上部的積雪清理干凈。b)降低混凝土水灰比,從而減少混凝土中可凍水含量，同時(shí)內(nèi)部孔隙率減小，這就能夠從一定程度上增強(qiáng)混凝土的抗凍害能力。c)有意識(shí)地主動(dòng)建立混凝土的抗凍害機(jī)制，比如摻加適量的引氣劑。引氣劑能夠在混凝土內(nèi)部形成大量封閉穩(wěn)定的微小氣泡，這能夠增強(qiáng)混凝土的抗凍害能力。d)嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)收面人員在抹平的過(guò)程中不壓漿，而采取在表面灑水的辦法收光面。應(yīng)堅(jiān)持原漿收面。e)嚴(yán)格把好混凝土質(zhì)量關(guān)，特別是粗、細(xì)骨料和外加劑的技術(shù)指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。由于伸縮縫混凝土使用量不大，自己建站，成本較高，質(zhì)量也不易控制，故使用商混比較合適，但需選用正規(guī)大型商混站，質(zhì)量能夠得到保障。f)控制每車料的方量，一般情況下一車料澆筑1～2道縫為宜。應(yīng)將混凝土從拌和機(jī)口出料到澆筑完畢的時(shí)間控制在120 min以內(nèi)。g)夏季施工要做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，在混凝土澆筑的1～2 d內(nèi)必須保持混凝土表面處于充分濕潤(rùn)狀態(tài)。如果養(yǎng)護(hù)不到位會(huì)導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度不夠，并會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂紋。降低混凝土抗凍害能力。h)對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)表面受凍破壞的伸縮縫混凝土，需要鑿除表面15～20 cm，重新澆筑環(huán)氧樹(shù)脂混凝土（或其他快硬早強(qiáng)強(qiáng)度高、附著力大的混凝土）。

5 總結(jié)

橋梁伸縮縫是橋梁的重要組成部分，它可以協(xié)調(diào)橋梁上部結(jié)構(gòu)由于車載、風(fēng)載、溫度荷載等原因引起的橋梁位移。如果出現(xiàn)了由于凍融破壞引起的伸縮縫混凝土表面剝落，將會(huì)導(dǎo)致路面平整度變差，從而影響行車舒適度，并對(duì)橋梁和路面造成附加的沖擊荷載。