關(guān)于水泥混凝土路面抗凍耐久性研究

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)取得了飛速發(fā)展，水泥混凝土路面修建技術(shù)也不斷提高。水泥混凝土路面作為一種主要的路面結(jié)構(gòu)形式，以其使用年限長(zhǎng)、不易損壞的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于天氣自然外界因素的影響水泥混凝土路面也會(huì)產(chǎn)生的開裂、斷板、錯(cuò)臺(tái)、沉陷至使混凝土路面的使用壽命縮短。本文就水泥混凝土路面抗凍耐久性進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：

在我國(guó)北方地區(qū)，由于天氣寒冷給水泥混凝土路面破壞的主要特征為：破壞是從表層開始，逐步向內(nèi)部擴(kuò)展，導(dǎo)致砂漿層剝落，骨料暴露，表面凹凸不平；面板出現(xiàn)裂縫、斷板；這種破壞發(fā)展非常快，對(duì)沒有采取防治除冰鹽破壞措施的普通混凝土，往往經(jīng)過一兩個(gè)冬季就出現(xiàn)破壞。

一、影響水泥混凝土路面耐久性的因素

1．1路面設(shè)計(jì)方面的因素

路面設(shè)計(jì)因數(shù)造成的水泥混凝土路面耐久性因數(shù)主要有：路面厚度偏薄，板塊平面尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)，排水設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)葞c(diǎn)。

(1)路面厚度偏薄，根據(jù)相關(guān)研究資料，路面的使用壽命與路面厚度成5次方關(guān)系。如果因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)交通量調(diào)查不準(zhǔn)，路基基層的模量和材料參數(shù)選用不當(dāng)?shù)仍颍孤访嫫。蜁?huì)使路面壽命縮短，過早地破壞路面。另外隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，大噸位車輛逐年增多，單軸軸載比原設(shè)計(jì)計(jì)算軸載增加幾倍，根據(jù)軸載等效換算系數(shù)f=(Pi/PO)，超重軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載應(yīng)換算成16次方關(guān)系。因此在設(shè)計(jì)階段，既要充分考慮交通發(fā)展?fàn)顩r，準(zhǔn)確調(diào)查交通量及運(yùn)輸車輛的發(fā)展?fàn)顩r，又要考慮到超重車的影響，相應(yīng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)路面設(shè)計(jì)因數(shù)的影響，其中包括板塊平面尺寸設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)。平面尺寸設(shè)計(jì)水泥混凝土路面直接暴露在大氣中，溫度的變化會(huì)使混凝土路面在不斷的伸縮和翹曲中處于拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的反復(fù)交替作用狀態(tài)，此拉壓應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力。混凝土板越長(zhǎng)，溫度應(yīng)力就越大。若設(shè)計(jì)時(shí)板塊過長(zhǎng)或長(zhǎng)寬比例不當(dāng)，溫度應(yīng)力超出容許范圍，路面板即產(chǎn)生開裂斷板。排水設(shè)計(jì)不當(dāng)路基及基層如排水不良，長(zhǎng)期受水浸泡，會(huì)引起路基失穩(wěn)或強(qiáng)度不足，使路面產(chǎn)生不規(guī)則裂縫；裂隙水或邊溝水等滲入路基基層，冬季凍脹時(shí)會(huì)使路面產(chǎn)生縱向開裂。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合地形條件設(shè)計(jì)全面的排水系統(tǒng)，確保地表水、地下水不會(huì)對(duì)路面造成破壞。

1．2路基施工方面的因素

路基施工在材料的選擇、回填材料的控制上會(huì)影響水泥混凝土路面耐久性。在通常情況下，不能被壓實(shí)到規(guī)定的密實(shí)度和不能形成穩(wěn)定填方的材料，不能用于路基填筑。如沼澤土，腐植土等材料；液限指數(shù)大于50％，塑限指數(shù)大于25％的材料；有機(jī)質(zhì)含量大于3％的材料；壓實(shí)含水量和最佳含水量之差大于2％的材料等。路基填筑前，應(yīng)首先探明地質(zhì)情況，然后采取合理的施工方案，否則就容易給路基造成隱患，使成形路基沉陷或滑移，最終影響混凝土面板。此外，由于回填材料不符合要求，壓實(shí)度不足等極易造成臺(tái)背沉陷或錯(cuò)臺(tái)，尤其應(yīng)引起注意的是邊緣如為不透水性填料，路面滲入的水積存在臺(tái)背，時(shí)間一長(zhǎng)，便影響了路基穩(wěn)定，造成面板破壞。

1．3混凝土的凍害因數(shù)

首先是凍融破壞，混凝土是由水泥砂漿及粗骨料組成的毛細(xì)孔多孔體。骨料的孔隙率及其間的含水率骨料本身一般是比較密實(shí)的，孔隙率極低，孔徑也較小。通常骨料孔隙中的水是不凍結(jié)的。但骨料的孔隙率影響了水的擴(kuò)散阻力，骨料的飽水程度影響了它的容水空間。在拌制過程中加入的拌和水總要多于水泥的水化水，這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細(xì)孔，并占有一定的體積。因?yàn)樗隼浣Y(jié)冰會(huì)發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，特別是采用較大粒徑的骨料，混凝土凍結(jié)時(shí)間排出多余水份的通路較長(zhǎng)，產(chǎn)生的壓力較大，因而易造成破壞。

其次是鹽凍破壞，混凝土鹽凍剝蝕破壞是指在凍融循環(huán)的條件下，因使用除冰鹽而引起的混凝土表面起皮、剝落、開裂等破壞。與單純的凍融破壞不同，由于鹽的存在，使混凝土內(nèi)產(chǎn)生的滲透壓增大，飽水度提高，結(jié)冰壓力增大，加劇了混凝土的受凍破壞，這是破壞的主要機(jī)理。同時(shí)，因鹽的作用而產(chǎn)生的過冷水最終在毛細(xì)孔中結(jié)冰而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以及混凝土表面和內(nèi)部之間的鹽濃度梯度使混凝土受凍時(shí)因分層結(jié)冰而產(chǎn)生應(yīng)力差等，都使破壞力增加，導(dǎo)致混凝土的層層剝落。由于鹽使冰雪融化將吸收大量的熱量，使冰雪覆蓋層下的混凝土溫度劇降，導(dǎo)致額外的凍害。

二、增強(qiáng)水泥混凝土路面抗凍耐久性措施

2．1基層施工方控制

(1)原材料的控制 水泥混凝土路面基層一般采用水泥穩(wěn)定類集料。水泥穩(wěn)定集料的級(jí)配要求良好，有機(jī)質(zhì)含量不得大于2％，集料中不得含有勃土塊、腐殖質(zhì)等有害物質(zhì)。

(2)平整度、標(biāo)高的控制

基層平整度和標(biāo)高是保證面板厚度的基礎(chǔ)。平整度誤差會(huì)造成路面板厚度不一，有局部超厚也有局部厚度小于設(shè)計(jì)值，所以水泥混凝土路面在基層施工時(shí)，一定要控制好平整度。采用攤鋪機(jī)攤鋪，一般能確保平整度符合規(guī)范要求。標(biāo)高是控制板厚度的關(guān)鍵，控制時(shí)寧低勿高。決不能為節(jié)約成本而有意抬高標(biāo)高。

(3)施工過程的控制

鋪筑前應(yīng)將路基上的所有浮土、雜物全部清除，并嚴(yán)格整形和壓實(shí)。對(duì)松軟部分或壓實(shí)不足的部分都應(yīng)重新翻松、壓實(shí)。松鋪好的集料在壓實(shí)時(shí)，其含水量應(yīng)比最佳含水量稍高。

2．2混凝土路面抗凍控制

我國(guó)北方由于天氣寒冷混凝土路面抗凍控制顯的尤其重要，在混凝土路面抗凍控制上可以以摻入引氣劑、控制水灰比來(lái)進(jìn)行控制。

2．1摻入引氣劑

這是提高混凝土抗凍性最常用的方法。在混凝土中引入均勻分布的氣孔對(duì)改善混凝土的抗凍性能有顯著作用，但必須有合適的。含量和孔的尺寸。引氣劑所產(chǎn)生的孔與其它孔的本質(zhì)區(qū)別在于引氣劑產(chǎn)生的孔是封閉的，孔內(nèi)不含水，通常稱之為氣泡。而其它孔是連通的，允許水自由進(jìn)入，在潮濕環(huán)境下它含有較多的水。引氣劑形成的孔本身不凍，而且可以釋放冰凍作用產(chǎn)生的壓力，減輕對(duì)混凝土的凍融破壞。對(duì)于抗凍混凝土，必須摻人引氣劑，使混凝土有一定的含氣量。研究結(jié)果表明，如若不摻人引氣劑，即便水灰比低到0.3，混凝土也是不抗凍的。若摻引氣劑，水灰比為0.5時(shí)，混凝土也能承受300次凍融循環(huán)。

2．2嚴(yán)格控制水灰比

水灰比越大，混凝土孔隙率越高，則較大孔的數(shù)量也越多可凍孔就越多，混凝土的抗凍性較差。所以，對(duì)有抗凍要求的混凝土，應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，一般不應(yīng)超過0.55。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，水泥混凝土路面的耐久性對(duì)于公路的使用年限，對(duì)與國(guó)家經(jīng)濟(jì)成本都有著重要的影響影響水泥混凝土路面耐久性的因素還有很多，在我國(guó)北方地區(qū)混凝土路面抗凍耐久由為重要。