符東升

黑龍江省新開(kāi)建筑工程有限公司

對(duì)我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)混凝土鹽凍破壞的研究

符東升

黑龍江省新開(kāi)建筑工程有限公司

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)經(jīng)歷了發(fā)展的黃金時(shí)期，新材料、新技術(shù)被不斷引用到生產(chǎn)實(shí)際中，在施工質(zhì)量以及施工效率上都有了極大的提升，但相對(duì)于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)在混凝土施工技術(shù)上的研究時(shí)間相關(guān)較短，在實(shí)際施工中還存在著這樣那樣的問(wèn)題，特別是在混凝土凍融方面上仍有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，這主要是由于我國(guó)幅員遼闊，多數(shù)地區(qū)地處嚴(yán)寒地帶，混凝土路面經(jīng)常要受到嚴(yán)寒環(huán)境侵蝕。本文作者結(jié)合自身多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了鹽凍破壞現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室研究的研究成果，分析了混凝土凍融破壞的表現(xiàn)形式，并對(duì)控制因素、機(jī)理、防治措施和解決方面進(jìn)行了仔細(xì)介紹，希望為我國(guó)混凝土建筑行業(yè)的發(fā)展提供一定的導(dǎo)向作用。

混凝土路面施工；嚴(yán)寒地區(qū)；凍融破壞；鹽凍剝蝕破壞；凍融循環(huán)

前言：

我國(guó)幅員遼闊，有相當(dāng)?shù)貐^(qū)處于嚴(yán)寒地帶，同時(shí)也伴隨著多數(shù)的降水降雪的情況發(fā)生。通常情況下，在對(duì)我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)結(jié)冰路面進(jìn)行處理時(shí)經(jīng)常要用到混凝土除冰鹽，其作用是加快結(jié)冰路面的融化速度，這主要是因?yàn)辂}能降低水的結(jié)冰溫度[1]，從而達(dá)到自動(dòng)融化冰雪的目的。但混凝土除冰鹽在加快結(jié)冰路面融化速度的同時(shí)也造成了路面的侵蝕破壞，隨著破壞事例不斷增多，以及由此造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)這些混凝土結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用迅猛增加，如何通過(guò)對(duì)混凝土路面進(jìn)行鹽剝蝕破壞機(jī)理、影響因素和防治辦法的研究，增強(qiáng)其抗凍融性能就成為了現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)。這也是提高新建混凝土公路耐久性以及減少冰鹽破壞主要途徑。

1.混凝土除冰鹽剝蝕破壞特征的分析

首先，混凝土經(jīng)過(guò)除冰鹽腐蝕后，其破壞程度發(fā)展十分迅速，如果普通混凝土在被除冰鹽腐蝕后沒(méi)有采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，在經(jīng)過(guò)1-2年就會(huì)出現(xiàn)剝蝕破壞現(xiàn)象，且此破壞程度遠(yuǎn)快于其它種類的破壞。

其次，混凝土腐蝕破壞是從表層逐步向內(nèi)部發(fā)展，表面砂漿層逐漸脫落，暴露出內(nèi)部骨料，最終導(dǎo)致混凝土表面凹凸不平，但在這一階段混凝土層依然具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，此時(shí)若采用常規(guī)鉆芯取樣進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定并不能查出該破壞產(chǎn)生的原因[2]。

在對(duì)混凝土所受到破壞的界面進(jìn)行分析研究，能夠明顯的看到分層剝蝕的痕跡。對(duì)混凝土侵蝕表面進(jìn)行分析時(shí)，可以看到白色的NaCI結(jié)晶體，這是由于混凝土內(nèi)部的冰鹽不斷富集，在沒(méi)有結(jié)冰的情況下也會(huì)鹽結(jié)晶擠壓破壞。在停止使用除冰鹽后，混凝土仍將受到鹽凍剝蝕破壞，最終導(dǎo)致了受鹽污染的混凝土層的損毀。

2.除冰鹽破壞機(jī)理的研究

在除冰鹽存在的條件下，混凝土對(duì)凍融循環(huán)的抵抗作用成為混凝土的抗除冰鹽剝蝕性能,而除冰鹽的侵蝕作用已經(jīng)成為了在冬季環(huán)境下混凝土路橋過(guò)早破壞和喪失耐久性的主要因素。

在冬季環(huán)境下，由于混凝土中存在可凍冰，會(huì)產(chǎn)生約9%的體積膨脹，混凝土的飽水度達(dá)到臨界值時(shí)，就會(huì)收到拉應(yīng)力作用，且拉應(yīng)力會(huì)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加不斷增大，最終導(dǎo)致了混凝土的破壞。

當(dāng)在混凝土路面上使用除冰鹽后，混凝土中的平衡飽水度也隨之增大，且含鹽量增高，系統(tǒng)達(dá)到平衡飽水度所需的時(shí)間在縮短，這些特性都會(huì)導(dǎo)致混凝土抗凍融能力的下降，而更高的結(jié)冰壓會(huì)導(dǎo)致混凝土受到更大的破壞。此外，除冰鹽還會(huì)造成體系同更高滲透壓的產(chǎn)生，由除冰鹽所產(chǎn)生的過(guò)冷冰會(huì)產(chǎn)生更大的破壞力，在冰融化時(shí)會(huì)吸收一定的熱，使混凝土的溫度迅速下降，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的凍害。

根據(jù)以上分析，在混凝土路面上使用除冰鹽后，其所帶來(lái)了不利影響已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了它帶來(lái)的額有利影響，使得混凝土所受的凍害顯著加劇，這也進(jìn)一步說(shuō)明了采用科學(xué)的防治措施來(lái)減少病害的重要性。

3.高混凝土抗鹽侵蝕的技術(shù)措施

3.1.入引氣劑

目前，向混凝土中加入引氣劑已成為提高混凝土抗凍融性能的主要措施，其不僅能夠顯著提高混凝土的塑性和耐久性，顯著改善混凝土發(fā)生離析和泌水現(xiàn)象，雖然引氣劑的加入會(huì)在一定程度上降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，但對(duì)抗折強(qiáng)度所造成的影響微乎其微。在混凝土中加入適量的引氣劑后，會(huì)引入大量的微小氣泡，此類微小氣泡并不會(huì)被水完全充滿，這就在很大程度上降低了混凝土的抱水性，不僅如此，沒(méi)有被自由水所占據(jù)的空間會(huì)吸收一定數(shù)量的過(guò)冷冰，降低體系的結(jié)冰壓，由此明顯改善了混凝土的抗鹽侵蝕能力。一般情況下，混凝土中的含氣量在5%-7%，會(huì)明顯提高抗鹽侵蝕能力。

3.2.整體系的水灰比

雖然引氣劑的摻入能夠?qū)炷恋目果}侵蝕能力有著很好的促進(jìn)作用，但其對(duì)混凝土的水灰比基本上沒(méi)有任何影響，而混凝土的抗鹽侵蝕能力隨著水灰比的增加不斷降低。通常情況下，為使混凝土獲得更好的抗凍融能力，應(yīng)將水灰比控制在0.45以內(nèi)，有些工程則將水灰比降到0.40以下。

3.3.入礦物摻合料及骨料

礦物摻合料對(duì)混凝土的抗凍融能力有著一定的影響，有些摻合料對(duì)混凝土抗凍融能力有著阻礙作用，而有些摻合料則有著明顯的促進(jìn)作用，如石灰石、粉煤灰或礦渣會(huì)導(dǎo)致混凝土的抗鹽凍性能降低,，但硅灰的加入則會(huì)改善該性能，同時(shí)，為了使路橋工程獲得更好的額耐久性，在施工過(guò)程中應(yīng)盡量使用普通硅酸鹽水泥，而不是摻有大量石灰石的水泥。有實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)某一骨料在24h內(nèi)的吸水率大于2%,則其不適合使用在嚴(yán)寒地帶的混凝土水泥中[3]。

3.4.汽養(yǎng)護(hù)預(yù)制混凝土

在路橋施工時(shí),為了加快施工速度,常使用預(yù)制混凝土構(gòu)件,如橋板和路面邊塊等。在生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件時(shí),為了加快生產(chǎn)效率和模具周轉(zhuǎn)速度,常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝。而蒸汽養(yǎng)護(hù)預(yù)制混凝土的抗鹽凍性能明顯降低，這也就說(shuō)明了在對(duì)嚴(yán)寒地帶路面施工時(shí)，盡量不要采用蒸汽養(yǎng)護(hù)預(yù)制混凝土構(gòu)件。如必須對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)操作，應(yīng)盡量使用低的蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度和長(zhǎng)的靜置時(shí)間。

由于混凝土只有在飽水環(huán)境下才會(huì)發(fā)生凍融破壞，因此，為了增強(qiáng)混凝土的抗凍融能力，應(yīng)盡量將混凝土內(nèi)部的飽水率控制在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，在進(jìn)行路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)路面排水設(shè)施的建設(shè)，合理地安排排水溝或埋排水管，合理加大保護(hù)層厚度，以上措施對(duì)增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的耐久性有著很好的促進(jìn)作用。

[1]楊全兵.吳學(xué)禮.黃士元.去冰鹽引起的混凝土鹽凍剝蝕破壞.混凝土.1995年,第6期.

[2]楊思忠.辛建剛.衛(wèi)紅.北京某些立交橋混凝土耐久性破壞調(diào)查分析.北京市市政工程研究院研究報(bào)告,1996年.

[3]傅智.道路混凝土摻引氣劑的研究.公路,1998年,第2期.