水泥混凝土路面凍害分析與薄層修補技術(shù)解析

王飛飛

(宣化縣交通運輸局，河北 宣化 075100)

水泥混凝土路面凍害分析與薄層修補技術(shù)解析

王飛飛

(宣化縣交通運輸局，河北 宣化 075100)

本文結(jié)合宣化地區(qū)水泥混凝土路面的現(xiàn)實狀況，對路面凍害的作用機理進行了全面分析，并提出了薄層修補技術(shù)的施工，為宣化縣公路的修建與完善提供理論基礎。

水泥混凝土路面；凍害分析；薄層修補；技術(shù)探討

從宣化地區(qū)水泥混凝土路面的實情得知，水泥混凝土路面出現(xiàn)了不同程度松散現(xiàn)象，但其下層結(jié)構(gòu)并沒有受此影響，試驗表明其強度仍可以達到標準。通過長時間的分析和研究，最終將薄層修補技術(shù)作為解決水泥混凝土路面凍害的主要手段，該方法不僅具有較強的粘結(jié)能力，還具備極好的防凍性和抗?jié)B性。

一、水泥混凝土路面凍害的作用機理

（一）物理作用

就目前來看，水泥混凝土路面的凍害機理多達五、六種，其中代表性較高的機理為靜水壓假說。在水泥混凝土路面中，具有許多不同形式孔徑，在毛細孔壓力的不斷作用下，孔徑較小的孔洞會在短時間內(nèi)吸滿水分，但孔徑較大的孔洞會在壓力的影響下，出現(xiàn)不飽和的情況，當外界環(huán)境溫度達到零下以后，孔洞中的水分會凝結(jié)成冰，體積會逐漸增大，此時會生成一定強度的水壓力，此壓力促使水分向空氣泡的方向運動。如果水壓力不斷上升，且超出限度，水泥混凝土將失去限制作用，最終出現(xiàn)開裂。冰的實際蒸汽壓會比水的小很多，所以水分會不斷向凝固區(qū)域運動，并逐漸結(jié)冰。另外，水泥混凝土中存在各種類型的鹽類，水分凝固以后，還未發(fā)生凝固水分的含鹽量迅速上升，從而形成較大的濃度差，最終引發(fā)滲透。由此可見，水泥混凝土路面凍害是一個復雜的過程，影響因素是多方面的，所以在處理時，應對各項原因進行綜合性的分析。

實驗表明，除冰鹽對水泥混凝土路面的破壞具有一定特殊性。除冰鹽的主要成分為氯化鈉溶液，這種溶液在一定條件下，會使水泥混凝土的重量損失速度發(fā)生相應的改變，并未對凍害機理造成影響。在水泥混凝土的毛細管吸水試驗過程中，樣品中除冰鹽的含量與平衡時間成正比關(guān)系，也就是說，鹽的含量越高，越難失水。然而，當鹽的實際濃度保持一致時，外界濕度的不斷增加，水泥混凝土的平衡速率將顯著提高，在鹽飽和性的影響下，水泥混凝土含鹽狀態(tài)下的飽水度會相對較高。因此，在外界環(huán)境的溫度較低時，水泥混凝土內(nèi)部會形成極高的結(jié)晶壓。此外，由于鹽的實際濃度不均衡，所以在溫度較低的影響下，冰雪在融化的同時會使水泥混凝土內(nèi)部的實際溫度急劇下滑，進而加劇凍害。通過多次干濕循環(huán)試驗得知，水處理環(huán)境下的樣品干長度比濕長度要大很多，但在氯化鈉處理環(huán)境下，干長度會受到循環(huán)次數(shù)的顯著影響，進一步說明了含有鹽溶液的水泥混凝土在蒸發(fā)時會比較干燥，水泥混凝土孔洞中的鹽類會出現(xiàn)結(jié)晶的情況，從而產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓，最終導致水泥混凝土路面出現(xiàn)損害。

（二）化學作用

除冰鹽不但會加劇水泥混凝土路面的凍害，在非凍結(jié)環(huán)境下一樣會對水泥混凝土路面造成損害，通過相應的化學試驗得知，長時間與氯化鈉溶液接觸的水泥混凝土，其產(chǎn)物會在熟石灰的作用下被浸濾，相應的化學反應方程式為：

此反應明顯增加了水泥混凝土表面的孔隙率，間接增加了水分的結(jié)冰量，進而加劇路面凍害。此外，上述反應所生成的氯化鈣會在水泥混凝土中進行進一步的反應，相關(guān)化學反應方程式為：

另外，強堿溶液氫氧化鈉會在鹽類的催化作用下與水泥混凝土內(nèi)部的集料進行堿集料反應，從而加劇了路面凍害，降低路面的性能。

二、水泥混凝土路面薄層修補技術(shù)施工

（一）表面鑿毛

根據(jù)水泥混凝土路面粘結(jié)要求而制定的鑿毛方案，對出現(xiàn)凍害的水泥混凝土路面實施鑿毛處理。傳統(tǒng)的人工鑿毛處理法無法適應薄層修補技術(shù)施工的具體要求，所以在實際情況中，應利用相應的機械設備完成?，F(xiàn)階段，使用較為廣泛的鑿毛方法主要有三種類型，分別為高壓水射、刻槽法和酸溶液的腐蝕法。據(jù)了解高壓水射鑿毛法在指定的路段中實施了多次的試驗，運用強度為70MPa的水流對路段的水泥水凝土路面實施相應的鑿毛工作。處理完成以后，作用面的構(gòu)造深度在2mm左右，在設計方案要求的限度以內(nèi)。為了切實提高水泥混凝土表面的實際粗糙程度，需在噴射的水中添加一定量的石子，但該方法仍處在試驗階段，相應的數(shù)據(jù)和要求還沒有得到準確的判定。酸溶液腐蝕法需使用一定濃度的鹽酸，鹽酸會在一定條件下腐蝕水泥混凝土，從而達到鑿毛的目的，但運用該方法無法準確控制構(gòu)造深度，如果操作不當還可能會對周邊的自然環(huán)境造成破壞，因此該鑿毛方法的使用條件較為嚴格。就目前來看，刻槽法的應用與發(fā)展前景較為理想，且效果顯著，但相應的施工設備仍處在研究階段，還需要一定的時間。

在對水泥混凝土進行鑿毛時，應嚴格控制施工手段，以免鑿毛過度破壞下層結(jié)構(gòu)。鑿毛處理完成以后，工作人員應立即使用鋼絲刷對路面進行清理，完全清除鑿毛處理產(chǎn)生的碎塊或油污，從而為下一階段的施工做好準備。

（二）涂刷粘結(jié)劑

水泥混凝土路面的粘結(jié)劑應具備粘度大、流動性高、耐用性好等特點，從而切實增強水泥混凝土路面的強度。在材料領(lǐng)域不斷發(fā)展的影響下，有機粘結(jié)材料的種類越發(fā)豐富，為薄層修補技術(shù)創(chuàng)造了十分便利的條件，但實際的造價過高，并不具有較高的實用性。所以在實際情況中，大多運用TGJGN粘結(jié)材料，不同粘結(jié)材料的基本性能如表1所示。

表1 不同粘結(jié)材料的基本性能

（三）鋪筑薄層

按照規(guī)范完成配合比的計算工作，從而制造水泥混凝土。在制作鋼筋混凝土的過程中，所選鋼纖維與混合料的拌合應十分均勻，不能出現(xiàn)結(jié)團的現(xiàn)象，這是鋪筑薄層工作的重要環(huán)節(jié)，稍有不慎就會對混凝土的強度造成影響。然而，從鋼纖維的角度講，決定混凝土均勻度的主要因素為所選鋼纖維的摻量、骨料粒徑等方面。通常情況下，鋼纖維的實際摻量應維持在2%以內(nèi)，如果條件允許，應盡量使用銑削類型的鋼纖維材料。在明確混合比之后，應將工作重心放在攪拌方式上，在工程施工過程中，一般拌和機械主要采用性能強勁的強制式拌和設備，嚴把投料順序大關(guān)，要求最佳的投料順序為，先骨料，后水泥，最后添加劑，在混合料攪拌均勻以后還需加水在進行攪拌，一段時間以后逐級加入鋼纖維，直至攪拌均勻。運用自卸式運輸車將制備完成的鋼纖維混凝土運輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)域，卸料時，實際高度應嚴格控制在1.5m以內(nèi)，以免出現(xiàn)離析。此后，在鑿毛和涂刷工序均完成且合格的水泥混凝土路面上進行鋪設，運用平板振搗器輔助鋪設工作，前后需疊加15cm，振搗時間應維持在15s左右，直到鋪設表面出漿。由于鋼纖維混凝土的流動性較差，所以在路面的邊角處極易出現(xiàn)蜂窩，還需密切注意路面邊角區(qū)域的鋪設細節(jié)。鋪設振搗的維持時間不能過長，從而避免鋼纖維混凝土下沉至下層結(jié)構(gòu)。在抹平環(huán)節(jié)中，由于鋼纖維的分布不均，所有有些鋼纖維會竄出表面，會嚴重危機到通行安全，所以務必要將竄出的部分抹平。最后，在抹平工作完成且無溢水現(xiàn)象時，還需立即進行拉毛處理，就本工程而言，應將深度牢牢控制在1-2mm之間。

三、總結(jié)

水泥混凝土路面的凍害問題一直以來都是公路建設及養(yǎng)護工作的重點，也是影響公路正常使用的主要危害，凍害的作用機理較為復雜，既有物理作用原因又有化學作用原因，所以處理凍害是一項十分復雜的工程。如今，薄層修補技術(shù)在處理水泥混凝土路面凍害方面具有很好的效果和前景，在實際的施工過程中，應從鑿毛、涂刷、鋪設及養(yǎng)護等工序入手，注重細節(jié)，從而取得滿意的效果，促進公路建設的全面發(fā)展。

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TU75

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1007-6344（2015）04-0146-01