文萊高速公路水泥混凝土抗融雪劑腐蝕性能研究

李心秋

摘 要：基于交通安全和高效的核心理念，膠東半島冬季公路運(yùn)營(yíng)中通常采用鋪撒除冰鹽型融雪劑進(jìn)行融冰除雪，由此帶來了蓋板、護(hù)欄等水泥混凝土結(jié)構(gòu)物的鹽凍損壞病害，直接導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性退化。本文從保障混凝土結(jié)構(gòu)物基本功能與力學(xué)性能前提下，主要對(duì)邊溝蓋板進(jìn)行了抗融雪劑腐蝕性能研究，通過凍融性能試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化了混凝土施工配合比，有效提高了抗腐蝕性能，對(duì)降低全壽命周期成本具有顯著推廣意義。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土;融雪劑;抗腐蝕;研究

中圖分類號(hào)：U416.216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 項(xiàng)目概況

文登至萊陽公路工程（以下簡(jiǎn)稱“文萊高速”）是山東省高速公路網(wǎng)“九縱五橫一環(huán)七射多連”中“連三”的重要組成部分，項(xiàng)目起自威海市文登區(qū)，東接G18榮烏高速（榮成至文登段），途徑威海文登、乳山，煙臺(tái)海陽、萊陽四個(gè)縣市區(qū)的14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，終點(diǎn)止于煙臺(tái)萊陽市，西與S16榮濰高速（濰坊至萊陽段）對(duì)接。

項(xiàng)目所在區(qū)域煙臺(tái)、威海為山東省北部膠東半島的重要沿海城市，具有顯著的海洋性氣候特點(diǎn)，冬季受強(qiáng)大蒙古高壓控制，不斷有冷空氣爆發(fā)南下，氣候干燥寒冷，多偏北風(fēng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且易受暴雪侵襲，兩市素有“雪窩”之稱。

2 融雪劑對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的腐蝕機(jī)理

膠東地區(qū)冬季降雪天氣頻繁，路面由于積雪結(jié)冰而濕滑，撒布融雪劑則是最主要的融冰除雪方式。融雪劑主要分為氯鹽類和非氯鹽類兩種類型。目前，國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用的依然是氯鹽類融雪劑。氯鹽通過裂縫等滲透到混凝土中，對(duì)混凝土有一定的破壞作用，如鹽結(jié)晶腐蝕、加速凍融破壞[1]、刺激堿集料反應(yīng)等，而且當(dāng)氯離子到達(dá)鋼筋表面并超過一定量時(shí)，原處于鈍化狀態(tài)的鋼筋就會(huì)活化、腐蝕、膨脹，使混凝土保護(hù)層發(fā)生順鋼筋開裂、脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載力下降或喪失。受海洋環(huán)境及冬季融雪劑等因素影響，混凝土結(jié)構(gòu)物不可避免地發(fā)生不同程度的損傷、破壞。在水泥混凝土所有耐久性失效問題中，鹽凍剝蝕破壞最為迅速，其中邊溝蓋板（C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）由于是清理積雪和融雪劑混合的主要集中區(qū)域，融雪劑腐蝕問題突出，造成邊溝蓋板表面剝落、鋼筋外露，蓋板的表觀形態(tài)惡化，同時(shí)對(duì)駛?cè)肼穫?cè)的失控車輛也存在一些安全隱患。

3 邊溝蓋板抗氯鹽類融雪劑腐蝕性能研究

在混凝土施工過程中，為提高其外觀質(zhì)量，經(jīng)常會(huì)摻配15%～20%比例的粉煤灰，水膠比控制在0.38～0.40，因其具有火山灰活性，受擴(kuò)散控制的溶解反應(yīng)影響早期粉煤灰微珠表面溶解，反應(yīng)生成物沉淀在顆粒的表面上，后期鈣離子繼續(xù)通過表層和沉淀的水化產(chǎn)物層向芯部擴(kuò)散。大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠狀出現(xiàn)，不斷進(jìn)行的火山灰反應(yīng)使粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，使混凝土更加致密，從而切斷了混凝土滲水的通道，混凝土的后期強(qiáng)度和耐久性得到進(jìn)一步提高。

為進(jìn)一步解決邊溝蓋板受低溫凍結(jié)損壞、融雪劑腐蝕損壞[2]等實(shí)際工程問題，本文對(duì)文萊高速各合同段混凝土配合比進(jìn)行了調(diào)研分析，并對(duì)不同摻量的粉煤灰對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的性能影響進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，通過凍融循環(huán)試驗(yàn)，研究了抗融雪劑腐蝕型邊溝蓋板混凝土合理的粉煤灰摻量與優(yōu)化的配合比。

混凝土抗凍性能是指其承受多次凍融循環(huán)作用而不產(chǎn)生疲勞破壞的能力，前提是混凝土孔結(jié)構(gòu)含水量應(yīng)當(dāng)超過臨界值，即達(dá)到飽和狀態(tài)，抵抗凍融破壞的能力體現(xiàn)在混凝土本身能否下降過快或發(fā)生大的改變，外觀不產(chǎn)生大的剝落損傷。為此現(xiàn)場(chǎng)制作了8組試件（養(yǎng)護(hù)達(dá)到28天齡期，粉煤灰摻量在20%～25%之間不等）在實(shí)驗(yàn)室開展了50～200次的凍融循環(huán)試驗(yàn)觀測(cè)，測(cè)定了N次凍融循環(huán)后試件的質(zhì)量損失率與試件相對(duì)動(dòng)彈模量，其中試件相對(duì)動(dòng)彈模量采用波速測(cè)量方式并采用理論計(jì)算方法確定。經(jīng)歷50次凍融循環(huán)后，試件的表觀形態(tài)沒有發(fā)生明顯的變化，100次凍融循環(huán)后，試件表觀形態(tài)依舊沒有發(fā)生明顯變化，150次凍融循環(huán)后試件表面有明顯的輕微脫落和坑槽，200次凍融循環(huán)后試件表面坑槽更加明顯。從表1可知，原始狀態(tài)混凝土試件的質(zhì)量經(jīng)歷50次、100次、150次……凍融循環(huán)后，總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

通過探索混凝土經(jīng)歷多次凍融循環(huán)環(huán)境作用后相對(duì)波速參數(shù)的變化趨勢(shì)，從而客觀評(píng)價(jià)混凝土材料抵抗外界荷載作用變形能力。對(duì)混凝土進(jìn)行N次凍融循環(huán)試驗(yàn)后進(jìn)行波速測(cè)量試驗(yàn)，并借助理論計(jì)算方法計(jì)算得到試件相對(duì)波速，各試件不同階段相對(duì)波速測(cè)試值見表2。

分析表2可知，隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件的相對(duì)波速總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，但均在試件經(jīng)歷100次凍融循環(huán)時(shí)呈現(xiàn)相對(duì)較大的動(dòng)彈性模量值轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然后試件的相對(duì)波速繼續(xù)降低。

4 結(jié)語

粉煤灰作為混凝土工程中重要的摻劑，當(dāng)它的摻量提升至25%左右時(shí)，在保證力學(xué)性能及使用功能的前提下顯著改善了混凝土的抗凍抗?jié)B性能。主要表現(xiàn)在以下兩方面：一是粉煤灰的活性效應(yīng)對(duì)氫氧化鈣進(jìn)行了消耗，導(dǎo)致混凝土不易因冰凍產(chǎn)生裂隙，同時(shí)其本身可以形成水化硅酸鈣等凝膠材料，對(duì)混凝土中因水泥產(chǎn)生的毛細(xì)孔隙進(jìn)行填充，減少孔隙數(shù)量和大小，進(jìn)而提升了混凝土的密實(shí)度，降低了混凝土內(nèi)部的孔隙數(shù)量和孔徑大小，有效改善了混凝土的抗凍性能。二是由于其粒度較細(xì)的填充效應(yīng)以及C-S-H水化產(chǎn)物較多，可以明顯改善漿體-集料的界面性質(zhì)，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透性，降低了可能出現(xiàn)的滲透問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勇，凌云志.融雪劑對(duì)混凝土橋涵和路面的危害分析[J].全面腐蝕控制，2019，33（03）：30-31.

[2]王帥，張帥.不同融雪劑對(duì)混凝土路緣石耐久性的影響[J].北方交通，2018，41（11）：65-67.

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