降低水泥混凝土路面受除冰鹽破壞的因素分析

李鵬飛 ，羅 軍

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市崇禮區(qū) 財(cái)政局，河北 崇禮 076350 )

進(jìn)入21世紀(jì)以后，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國公路的建設(shè)突飛猛進(jìn)，根據(jù)交通運(yùn)輸部《交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，我國公路總里程由2010年的400.8萬公里增加到2015年的457.7萬公里，至2030年，預(yù)計(jì)我國公路網(wǎng)總規(guī)模將達(dá)到580萬公里，其中水泥混凝土路面里程能占到30 %～40 %。

因?yàn)樗嗷炷谅访鎰偠却蟆⒊休d能力強(qiáng)、耐久性、耐高溫性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在隧道口、收費(fèi)廣場附近及城市橋梁中，廣泛使用水泥混凝土路面鋪設(shè)。 混凝土路面的結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量對公路和橋梁運(yùn)營安全、行車舒適性的改善起到至關(guān)重要的作用。 北方寒冷地區(qū)冬季拋灑除冰鹽融化冰雪，是最常用的做法。 但除冰鹽在快速融化冰雪、保證交通暢達(dá)、安全的同時(shí)，也帶來很大的負(fù)面影響，比如加快道路老化、影響綠化植物生長等。 雖然減少用鹽量已成為世界趨勢，但目前國內(nèi)外冬季公路養(yǎng)護(hù)還不得不繼續(xù)撒鹽?；炷谅访孢\(yùn)營幾年后，往往因?yàn)槎境}的侵蝕，造成路面鋪裝層破損、裂縫，既影響道路的美觀，又給行車安全帶來嚴(yán)重危害，養(yǎng)護(hù)和維修也是一筆不小的支出。因此，研究除冰鹽對混凝土路面的破壞機(jī)理，并由此進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)是必要而且重要的[1]。

1 幾種常見除冰鹽冰點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究

因?yàn)辂}能使溶液的冰點(diǎn)降低，因此當(dāng)除冰鹽被撒到路面，其上的冰雪和鹽混合融點(diǎn)降低就會自動融化，從而大大提高了路面除冰雪效率，保證了交通暢通。正是由于鹽能夠去除路面冰雪，通常把用于這種場合的鹽稱為除冰鹽或者融雪劑。

由于除冰鹽的存在使路面產(chǎn)生平整度降低、抗?jié)B性降低、裂縫加劇、車轍深度加劇等耐久性降低現(xiàn)象，我們把這種現(xiàn)象稱為道路的鹽凍破壞。 因此我們在除冰雪時(shí)不能濫用除冰鹽，而是在能夠有效除去冰雪的前提下盡量少用除冰鹽。

我們都知道鹽能使溶液冰點(diǎn)降低，通過實(shí)驗(yàn)對常用除冰鹽濃度在0～23%范圍內(nèi)的鹽水冰點(diǎn)測量，如表1所示。

表1幾種常用除冰鹽濃度對冰點(diǎn)的影響

通過不斷增大除冰鹽濃度我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)達(dá)到飽和濃度時(shí)，再增加除冰鹽濃度也不會再降低冰點(diǎn)，因此可以得出除冰鹽的最低冰點(diǎn)，如表2所示。

表2除冰鹽的最低冰點(diǎn)(℃)

由表1我們可以看出不同除冰鹽不同濃度冰點(diǎn)不同，所以在使用除冰鹽時(shí)我們要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁睾瓦x取的除冰鹽種類選擇合理用量，不能過量使用和選擇不合理的融雪劑，那樣會增大對混凝土路面的損害而實(shí)際的除冰雪效果欠佳。 由表2我們可以看出各類除冰鹽的最低冰點(diǎn)，這更應(yīng)該引起我們注意，在選擇除冰鹽種類時(shí)要考慮當(dāng)?shù)乇┙蹬R時(shí)的環(huán)境溫度，如果當(dāng)時(shí)溫度小于所選除冰鹽的最低冰點(diǎn)，那么無論再增加除冰鹽用量也不會有效果只會大大增加對路面的傷害。 對于我國北方部分嚴(yán)寒地區(qū)冬季最低氣溫在-20 ℃以下，就不能再使用氯化鈉和尿素作為除冰鹽主要成分，而應(yīng)選擇氯化鈣、氯化鎂等冰點(diǎn)更低的除冰鹽[2]。

2 除冰鹽對水泥混凝土路面破壞因素分析

2.1 引氣量

經(jīng)過工程實(shí)踐和試驗(yàn)表明，摻引氣劑是提高混凝土普通抗凍性的最主要技術(shù)措施。摻引氣劑還可以明顯提高新拌混凝土的保水性和塑性，減少離析和泌水效應(yīng)，還可以改善混凝土抗?jié)B性、抗侵蝕性等耐久性能。 由于引氣后，將在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生大量微小均勻而不連通的小氣泡，這些氣泡在通常情況下不容易被水充滿，使混凝土的保水度明顯降低，同時(shí)這部分空間將及時(shí)吸納受凍區(qū)的過冷水，減輕產(chǎn)生的結(jié)冰壓，從而明顯改善混凝土的抗鹽凍性能[3]。

另外，因?yàn)辂}的存在大大提高了混凝土的保水度，使混凝土受凍時(shí)產(chǎn)生更大的結(jié)冰壓力。 因此，為了防止混凝土受鹽凍破壞，鹽凍混凝土的含氣量要比普通混凝土含氣量更高。 通過實(shí)驗(yàn)顯示，如表3所示當(dāng)混凝土的含氣量為 4.5 %～6.5 %時(shí)，鹽凍剝蝕破壞明顯降低。 建議在水泥混凝土的路橋施工時(shí)，必須摻引氣劑，對要撤除冰鹽的路面，其混凝土的含氣量不應(yīng)小于 4.5 %，不應(yīng)大于6.5 %[3]。

表3含氣量對混凝土鹽凍剝蝕影響(kg/m3)

2.2 水灰比

摻引氣劑是改善混凝土抗鹽凍性的主要的技術(shù)措施之一，但引氣劑的使用并不能降低水灰比的控制。 通過實(shí)驗(yàn)表明，在同樣條件下，混凝土的抗鹽凍性隨著水灰比的增加而降低，但水灰比對混凝土抗鹽凍性的影響遠(yuǎn)比引氣劑小[3]。

根據(jù)我國的具體條件，借鑒國外相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)表明見表4，水灰比在0.48時(shí)混凝土受鹽凍剝落量產(chǎn)生大幅度增加，為了配制高抗鹽凍性能的混凝土，建議水灰比控制在0.48內(nèi)。

表4水灰比對混凝土鹽凍剝蝕影響(kg/m3)

2.3 摻合料

通過大量室內(nèi)試驗(yàn)表明當(dāng)摻入石灰石、粉煤灰或礦渣時(shí)，混凝土的抗鹽凍性能降低，但摻適量硅灰可改善抗鹽凍性能。 如表5所示，對比普通混凝土摻細(xì)石灰石混凝土、摻礦渣混凝土，摻礦渣混凝土、摻粉煤灰混凝土剝落量都有不同程度的增加，摻硅灰混凝土不僅強(qiáng)度有所增加從35.5Mpa提高到38.9Mpa，而且剝落量從0.75kg/m3下降到0.52kg/m3。因此建議在混凝土路橋建設(shè)時(shí)盡可能使用摻加硅灰硅酸鹽水泥，切不可使用摻有大量石灰石、礦渣、粉煤灰的水泥。

表5摻合料對混凝土鹽凍剝蝕的影響

3 結(jié)論

對幾種常見的除冰鹽冰點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出各種除冰鹽不同濃度下的冰點(diǎn)值和最低冰點(diǎn)值，我們要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁睾瓦x取的除冰鹽種類選擇合理用量，不能過量使用和選擇不合理的融雪劑。 通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析水泥混凝土路面受除冰鹽主要破壞因素引氣量、水灰比、摻合料表明:①在水泥混凝土的路橋施工時(shí)，必須摻引氣劑，對要撤除冰鹽的路面，其混凝土的含氣量不應(yīng)小于4.5%，不應(yīng)大于6.5%；②水灰比在0.48時(shí)混凝土受鹽凍剝落量產(chǎn)生大幅度增加，為了配制高抗鹽凍性能的混凝土，建議水灰比控制在0.48內(nèi)；③摻硅灰混凝土不僅強(qiáng)度大幅增加，而且混凝凝土受鹽凍剝落量大幅度降低。因此建議在混凝土路橋建設(shè)時(shí)盡可能使用摻加硅灰硅酸鹽水泥，切不可使用摻有大量石灰石、礦渣、粉煤灰的水泥。