申力濤

（山西省交通科學(xué)研究院 黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

我國(guó)東北、華北及西北地區(qū)，由于地理位置原因，冬季經(jīng)常出現(xiàn)雨雪天氣，造成路面積雪結(jié)冰，對(duì)交通造成一定的影響，為提高路面冰雪天氣下車(chē)輛通行率，降低道路行駛隱患，市政工程主管單位常通過(guò)噴撒除冰鹽（融雪劑）的方法對(duì)積雪結(jié)冰路面進(jìn)行融雪除冰作業(yè)，此方法雖能快速融雪除冰，提高道路車(chē)輛通行效率，但對(duì)路面造成的后期破壞也是極其嚴(yán)重的，除冰鹽（融雪劑）通過(guò)降低冰雪融點(diǎn)，使冰雪融化，達(dá)到開(kāi)放交通目標(biāo)，但融化后的除冰鹽溶液滲入到水泥混凝土縫隙中，經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后，水泥混凝土?xí)l(fā)生嚴(yán)重的剝蝕破壞，其速率與嚴(yán)重程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)凍融破壞，有關(guān)資料顯示，當(dāng)噴撒除冰鹽（融雪劑）進(jìn)行融冰除雪后，水泥混凝土經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季的破壞程度可達(dá)到常規(guī)凍融破壞的4～5倍。

圖1 水泥混凝土發(fā)生鹽凍剝蝕破壞

由圖1可知，除冰鹽（融雪劑）對(duì)水泥混凝土造成的鹽凍剝蝕破壞不僅危及水泥混凝土建筑物結(jié)構(gòu)安全，降低其服役壽命，而且對(duì)其造成的破壞進(jìn)行維修也將花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，維修過(guò)程中需要中斷或者對(duì)交通進(jìn)行管制，對(duì)群眾的日常出行造成不便[1-4]。參考國(guó)內(nèi)外對(duì)除冰鹽（融雪劑）造成的水泥混凝土剝蝕破壞研究資料得知，水泥混凝土抗鹽凍剝蝕性能主要受5個(gè)因素影響：a）水灰比；b）含氣量；c）飽水度；d）水泥混凝土原料質(zhì)量；e）凍融破壞前齡期[5-8]。目前我國(guó)對(duì)水泥混凝土抗鹽凍剝蝕性能不夠重視，仍偏重于水泥混凝土力學(xué)性能方面，加之施工管理的粗放及施工人員素質(zhì)普遍低下的現(xiàn)狀，在施工過(guò)程中不能對(duì)水泥混凝土水灰比進(jìn)行有效控制，從而造成水泥混凝土建筑物在噴撒除冰鹽（融雪劑）后一個(gè)冬季就發(fā)生嚴(yán)重的剝蝕破壞。本文通過(guò)調(diào)整水泥混凝土水灰比，研究分析了在不同水灰比條件下水泥混凝土抗鹽凍剝蝕破壞性能的變化規(guī)律，以便為今后的水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

本次研究選用唐山冀東水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5級(jí)水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.1.2 粗集料

本次研究所用粗集料由山西喜躍發(fā)路橋建筑材料有限公司提供的三檔石料摻配組成，其中大中小石料的摻配比例為3∶1∶1，粒徑范圍為4.75～26.5 mm，石料的級(jí)配曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 石料級(jí)配曲線(xiàn)圖

1.1.3 細(xì)集料

本次試驗(yàn)用細(xì)集料由山西喜躍發(fā)路橋建筑材料有限公司提供，篩分結(jié)果達(dá)到JTG F30—2003《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定的要求，詳見(jiàn)圖3。

圖3 河砂級(jí)配曲線(xiàn)圖

1.1.4 水及減水劑

水為飲用水；減水劑為蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)的PC-1018型聚羧酸減水劑。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試件制作

為了便于試驗(yàn)操作，本次試驗(yàn)?zāi)＞卟捎弥睆?50 mm的PVC管材，高度為75 mm，底面放置木板并涂刷脫模劑，按設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行攪拌并裝入模具，在振實(shí)臺(tái)振動(dòng)30 s左右至表面出漿，然后對(duì)試件表面進(jìn)行拉毛工藝處理，模擬實(shí)際水泥混凝土路面施工過(guò)程中表面處理方式。24 h后拆除底置木板，將水泥混凝土試件連帶PVC模具共同養(yǎng)護(hù)24 d后，放入20℃水中養(yǎng)護(hù)4 d。

圖4 水泥混凝土鹽凍剝蝕試件成型

1.2.2 鹽凍方法

實(shí)際鹽凍過(guò)程中，除冰鹽（融雪劑）溶液都是與水泥混凝土成型面接觸，因此本次試驗(yàn)研究采用試件倒置的方法，將試件的成型面翻轉(zhuǎn)浸泡在配制的3%氯化鈉鹽溶液中，浸入深度為4～6 mm[9]。

圖5 水泥混凝土試件鹽凍剝蝕試驗(yàn)示意圖

1.2.3 鹽凍循環(huán)制度

參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料后，選取快速鹽凍試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行本次試驗(yàn)，以達(dá)到快速評(píng)價(jià)的目的，設(shè)置的凍融循環(huán)制度見(jiàn)圖6。

圖6 水泥混凝土鹽凍剝蝕循環(huán)制度圖

a）一次完整的鹽凍循環(huán)合計(jì)為8個(gè)小時(shí)，其中每個(gè)周期內(nèi)前3 h為溫度降低階段，由20℃降至-25℃，然后低溫保持1 h，4～7 h為溫度上升階段，由-25℃升至20℃，保溫1 h，每天可完成3次鹽凍循環(huán)。

b）每完成5個(gè)鹽凍循環(huán)后，將試件表面進(jìn)行清洗，收集剝落的水泥混凝土顆粒，試件控制在45 min內(nèi)完成。

1.2.4 剝落量測(cè)試方法

表層的水泥砂漿剝落是水泥混凝土鹽凍剝蝕破壞的典型現(xiàn)象，從而造成試件表面粗骨料裸露，凹凸不平。本次研究采用單位面積剝落物質(zhì)量作為水泥混凝土抗鹽凍剝蝕性能指標(biāo)，即在完成預(yù)先設(shè)定的鹽凍循環(huán)過(guò)程后，將試件放入超聲波清洗劑進(jìn)行清洗，同時(shí)用小毛刷將試件表面的小顆粒一同收集，然后將剝落物放入烘箱內(nèi)105℃烘干至恒重進(jìn)行稱(chēng)量。

圖7 剝落物清洗及收集

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

參照相關(guān)研究資料，本次研究進(jìn)行了5種不同水灰比的鹽凍對(duì)比試驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中混凝土試件鹽凍剝落物主要是表層的水泥砂漿，因此配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循固定水泥漿體積的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)表2。

表2 水泥混凝土鹽凍剝蝕試件配合比統(tǒng)計(jì)表

3 剝落量測(cè)試

按表2設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行水泥混凝土試件制作并養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后將試件放入試驗(yàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行鹽凍試驗(yàn)，每完成5個(gè)鹽凍循環(huán)后，對(duì)剝落物進(jìn)行收集及烘干稱(chēng)量，稱(chēng)量結(jié)果及變化規(guī)律曲線(xiàn)詳見(jiàn)表3和圖8。

表3 水泥混凝土試件剝落物質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表 g

圖8 水泥混凝土試件鹽凍循環(huán)剝落量變化規(guī)律曲線(xiàn)

由表3和圖8可知，水泥混凝土試件的鹽凍剝落量隨水灰比的提高而逐漸增大，說(shuō)明試件在鹽凍過(guò)程中剝蝕破壞逐漸變得嚴(yán)重，抗鹽凍剝蝕性能逐漸降低，分析主要原因是隨著水灰比不斷提高，試件內(nèi)部的空隙率逐漸增大，開(kāi)口空隙數(shù)量逐漸增多，使較多的鹽溶液滲入水泥混凝土內(nèi)部，發(fā)生結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致剝落量增加。

4 結(jié)論

由本次研究結(jié)果可知，水灰比大小對(duì)水泥混凝土抗鹽凍剝蝕性能有決定性影響，采用高效減水劑來(lái)降低水泥混凝土水灰比，可顯著提高其抗鹽凍剝蝕破壞能力，從而提高其耐久性，因此建議在水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，在滿(mǎn)足水泥混凝土工作性的前提下，盡可能降低水灰比，提高水泥混凝土結(jié)構(gòu)物的密實(shí)度，降低空隙率，減少鹽溶液滲入水泥混凝土孔通道，從而達(dá)到提高水泥混凝土抗鹽凍剝蝕破壞的能力。