李彥陽(yáng)，郝 宇

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué);2. 大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院)

1 引 言

21 世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)不斷更新和迅速發(fā)展的世紀(jì)，對(duì)交通土建工程提出了更高層次的要求。近年來(lái)，水泥混凝土路面技術(shù)雖然發(fā)生了日新月異的變化，但水泥混凝土路面裂縫采用的防治措施問(wèn)題仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。

2 橋面凍融破壞的原因

2.1 混凝土凍融破壞機(jī)理

混凝土凍融破壞機(jī)理:常溫下硬化的混凝土是由未水化水泥、水泥水化產(chǎn)物、集料、水、空氣共同組成的氣——液——固三相平衡體系，當(dāng)混凝土處于負(fù)溫度下時(shí)，其內(nèi)部孔隙中的水分將發(fā)生從液相到固相的轉(zhuǎn)變。由于水的固相體積為其液相體積的1.1 倍，隨著溫度的降低，空隙中的水開(kāi)始結(jié)凍，由于凍脹的壓力作用，若毛細(xì)孔中充滿90%以上的水，則未凍結(jié)的水受到壓力從它孔隙排出。附近若有分隔的小氣泡，則壓力水滲入小氣泡，組織受到一定程度的破壞，使壓力得到緩解。經(jīng)過(guò)多次凍融循環(huán)后，這種體積膨脹應(yīng)力造成的損傷積累將會(huì)導(dǎo)致混凝土的永久性變形，從而破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 混凝土橋面破壞實(shí)例

此次在綏滿公路阿城——尚志段調(diào)查橋面破壞時(shí)觀察的23 座橋中，有一部分混凝土橋面破壞就屬于凍融破壞。由于黑龍江省位于我國(guó)北部，冬季寒冷多雨，冰凍時(shí)間長(zhǎng)，因此這類破壞屬于普遍現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察取樣可以得到產(chǎn)生破壞的主要原因:橋面鋪裝部分混凝土產(chǎn)生細(xì)微裂縫，降水由此處滲入路面基層、底基層，再由反復(fù)凍脹使裂縫變寬，從而導(dǎo)致既大又深的裂縫破壞。另外由于混凝土路面在施工時(shí)處在冰凍時(shí)期，當(dāng)時(shí)鋪筑時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生凍脹破壞。觀察中有兩處橋面已經(jīng)破壞十分嚴(yán)重，因此已經(jīng)罩上了一層瀝青材料。再如哈爾濱二環(huán)路安樂(lè)街附近的立交橋，某些蓋梁部分也已經(jīng)由于凍融原因而開(kāi)裂。

3 影響凍融破壞的因素

要對(duì)混凝土凍融破壞現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防，首先要了解凍融破壞的影響因素，即混凝土抗凍性的影響因素。失重率、水灰比、拌和及振搗方式等都是重要的影響因素。漿體強(qiáng)度越高，抗凍性越好。集料本身的抗凍性能也會(huì)影響整個(gè)混凝土的抗凍性能?？傊?，影響混凝土抗凍性的原因很多，其機(jī)理也相當(dāng)復(fù)雜。但從本質(zhì)上說(shuō)，混凝土抵抗凍融破壞的能力主要取決于混凝土自身的孔隙特征。

隨著混凝土外加劑試驗(yàn)研究與運(yùn)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，依據(jù)混凝土抵抗凍融破壞機(jī)理而提出的引氣混凝土，在抵抗混凝土凍融破壞的應(yīng)用中越來(lái)越顯示出它的優(yōu)點(diǎn)與效果。試驗(yàn)資料證明新拌混凝土的含氣量每增加一個(gè)百分點(diǎn)，混凝土的抗凍標(biāo)號(hào)將比基準(zhǔn)混凝土有較大程度的提高。在不改變混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，目前積極而有效地防治凍融破壞的方法可歸納為以下兩類。

(1)提高混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，保證混凝土的密實(shí)性，增加混凝土抵抗凍融破壞的能力。

(2)在普通混凝土中引入氣泡，提高混凝土抗凍性。具體來(lái)說(shuō)有以下幾種方式。

①加防凍劑。它能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠的防凍強(qiáng)度。

②加引氣劑。它能改善混凝土拌合物的和易性，減少混凝土的離析，提高混凝土的密實(shí)性、抗?jié)B性、抗凍性。

在建設(shè)部和交通部新頒布的混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程與施工規(guī)范中，明確指出:在嚴(yán)寒地區(qū)有水流作用和冰雪侵蝕的混凝土中，必須摻入適量的引氣劑，并規(guī)定不同情況下混凝土含氣量的控制范圍。在黑龍江省，使用比較廣泛、最具代表性的應(yīng)屬松香酸鈉了，在綏滿公路阿城——尚志段增幅高速公路混凝土中摻入的即為此類引氣劑。

(3)混凝土的振搗密實(shí)與配合比。

混凝土的振搗密實(shí)與配合比優(yōu)化，是增強(qiáng)混凝土抗凍性的必要條件。從此次調(diào)查橋面破損、裂縫的情況分析，造成這種破壞的原因還與混凝土的密實(shí)性有關(guān)。如距阿城K86+525 處的一個(gè)三孔板橋，由于磨損，現(xiàn)在橋面已經(jīng)露出細(xì)骨料，是由于當(dāng)時(shí)施工振搗不密實(shí)，可見(jiàn)到骨料中有許多蜂窩狀小洞，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部疏松，這也是此橋破損的原因之一。

4 橋面凍融破壞的防治措施

隨著我國(guó)科技的進(jìn)步和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，城鄉(xiāng)交流日益活躍，道路交通量大幅增加，大型客車和重型貨車也日益增多，導(dǎo)致交通擁擠和車輛的剎車啟動(dòng)頻繁，從而對(duì)橋梁面層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用性能要求更高。因此，鋼纖維混凝土作為一種新型維修橋面鋪裝的建筑材料在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展。早在20 世紀(jì)60年代，美國(guó)就出現(xiàn)了鋼纖維混凝土橋面。在我國(guó)，自1986年大連第一屆鋼纖維混凝土科技與應(yīng)用研究成果交流會(huì)以來(lái)，對(duì)鋼纖維混凝土的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)研究越來(lái)越深入，并在混凝土修補(bǔ)、維修橋面等方面等到應(yīng)用。

與普通混凝土和鋼筋混凝土相比，鋼纖維混凝土具有很高的韌性和抗折性，在耐磨耗、抗沖擊、控制裂縫方面都有優(yōu)良的力學(xué)性能，它能夠克服類似一般混凝土的脆性問(wèn)題。在沖擊荷載和重復(fù)荷載作用下，耐久性能明顯提高。因此，鋼纖維混凝土的出現(xiàn)被認(rèn)為是繼鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土之后，對(duì)混凝土材料的又一次革命。目前正日益廣泛地應(yīng)用在公路、橋梁、隧道、機(jī)場(chǎng)跑道、水工大壩、高層建筑等各個(gè)領(lǐng)域中。

據(jù)報(bào)道，日本所有的公路橋，每年的修補(bǔ)橋面的費(fèi)用高達(dá)數(shù)百億日元。我國(guó)雖無(wú)這樣詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，但混凝土橋面層因開(kāi)裂、破壞而失修的事實(shí)有目共睹。在此次野外調(diào)查中，綏滿公路上的某些橋面破損已十分嚴(yán)重。大量的實(shí)踐表明，摻入鋼纖維的混凝土作為橋面面層鋪裝，使用一段時(shí)間后無(wú)明顯開(kāi)裂現(xiàn)象，完整性良好。我國(guó)自20 世紀(jì)80年代以來(lái)，在許多地區(qū)應(yīng)用了鋼纖維混凝土橋面面層，例如北京安慧立交橋面、上海虹橋機(jī)場(chǎng)高架車道、杭州錢(qián)塘江大橋橋面鋪裝等等，效果均不錯(cuò)，實(shí)踐證明，鋼纖維混凝土是解決橋面開(kāi)裂破壞最理想的材料。

［1］趙國(guó)藩等.鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］李金玉，曹建國(guó)，徐文雨，等.混凝土凍融破壞機(jī)理的研究［J］.水利學(xué)報(bào)，1999，(1).

［3］潘鋼華，秦鴻根，李松泉，等.粉煤灰混凝土凍融破壞機(jī)理研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2002，3(5).

［4］湯志強(qiáng);劉小隨. 淺析水工建筑物混凝土凍融破壞及防治［J］.河南水利，2009，(6).