伸縮縫處混凝土凍害成因分析及預防措施

張大衛

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 現狀

通過對多個伸縮縫通車項目的“回頭看”，發現部分伸縮縫的混凝土出現了不同程度的凍融破壞。破壞的主要特征體現在以下幾個方面：a)混凝土由表及里出現了不同程度的剝蝕，破壞部分粗骨料裸露。b)停車道混凝土凍融破壞較行車道、超車道嚴重。行車道及超車道的破壞主要表現在混凝土輕度凍融破壞后，由于車輛荷載作用，而出現“啃邊”現象。停車道混凝土凍害較為嚴重，部分混凝土已“破碎成渣”。c)伸縮縫混凝土凍害出現間隔現象，就是每隔2～3道有一道破壞。d)夏季施工的伸縮縫項目較之冬季施工的項目更易出現凍害現象。

2 混凝土冰融破壞機理

硬化混凝土是由水泥、水和粗、細骨料組成的毛細孔多孔體，包括凝膠孔、毛細孔、氣孔等。各種孔隙之間的孔徑差異很大，且往往相互連通，氣孔是混凝土攪拌和振搗時自然吸入的，且一般呈封閉的球體。在攪拌時為了得到必要的和易性，加入的拌合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在混凝土中，形成連續的毛細孔，并占有一定的體積。根據郭成舉《混凝土凍害的機制》分析，多孔材料的凍融破壞取決于材料內部存在的應力和應變的大小[1]。混凝土的凍融破壞是由于混凝土內部存在一定數量的可凍水，可凍水以一種空間網狀體結構分布在混凝土內部。當混凝土受凍，混凝土內部的可凍水會首先在上部結冰，把孔隙密封。當繼續受凍時，孔隙內部的水就會產生巨大的靜水壓力，將混凝土破壞。由此推斷混凝土受凍破壞取決于混凝土抗拉能力、內部可凍水含量。同時混凝土的初始飽水度、致密性、開閉孔隙率等都會影響混凝土抗凍融破壞的能力。

3 伸縮縫處混凝土凍融破壞原因分析

a)伸縮縫的構造原因 伸縮縫為保證其行車的舒適性，要求橫向平整度在0～-2 mm之間，也就是略低于路面。這會導致在冬季積雪融化時，水在伸縮縫處有積存，從而使混凝土一直處于飽水狀態。冬季積雪融化，會吸收大量的熱，導致混凝土凍害。

b)混凝土自身的原因 (a)水灰比過大，導致混凝土中孔隙率較大，內部封閉的可凍水更多，在負溫條件下體積膨脹更大，從而更易受凍破壞，且凍害結果更為嚴重。(b)混凝土本身質量不過關，砂石含泥量大（降低混凝土標號，致密性變差）、混凝土自身致密性不好、混凝土閉口孔隙率小開口孔隙率大等都會導致混凝土抗凍性能變差。(c)冬季施工的混凝土加入了防凍劑，防凍劑中的引氣劑組分能夠在混凝土中形成大量穩定封閉的氣泡，這些氣泡很大程度上增強了混凝土的抗凍融破壞能力。同時防凍劑中摻加劑有降低混凝土中可凍水冰點的作用，也從一定程度上增強了混凝土的抗凍害能力。這也是夏季施工的伸縮縫項目較之冬季施工的項目易出現凍害的原因。

c)雪季為確保通車，通常會使用融雪劑，以加快路面積雪融化。由于行車特性，行車道及主車道伸縮縫面會較快變干，混凝土表面飽水度低。停車道車輛行駛較少，混凝土被積雪覆蓋，表面飽水度高導致。從而停車道較之行車道和主車道更易凍融破壞，凍害情況也較之嚴重[2]。

d)伸縮縫混凝土用量一般在3～6 m3，所用混凝土罐車大概在8～12 m3，也就是一罐混凝土料能夠澆筑2～4道縫，澆筑一道縫需要30 min。加之從攪拌站到澆筑現場一般估計在30～60 min，如果一罐料澆筑3或4道縫很有可能導致混凝土過了初凝時間（120 min）。過了澆筑時間的混凝土，強度不能得到有效保障，并且容易出現裂紋，這也在一定程度上降低了混凝土的抗凍害能力。

4 處理辦法及預防措施

a)由于伸縮縫通車平順性的要求，伸縮縫總要略低于路面。因此建議后期路面養護單位在雪停后盡量采取機器鏟雪的方法，將整個伸縮縫上部的積雪清理干凈。b)降低混凝土水灰比,從而減少混凝土中可凍水含量，同時內部孔隙率減小，這就能夠從一定程度上增強混凝土的抗凍害能力。c)有意識地主動建立混凝土的抗凍害機制，比如摻加適量的引氣劑。引氣劑能夠在混凝土內部形成大量封閉穩定的微小氣泡，這能夠增強混凝土的抗凍害能力。d)嚴禁現場收面人員在抹平的過程中不壓漿，而采取在表面灑水的辦法收光面。應堅持原漿收面。e)嚴格把好混凝土質量關，特別是粗、細骨料和外加劑的技術指標是否滿足規范要求。由于伸縮縫混凝土使用量不大，自己建站，成本較高，質量也不易控制，故使用商混比較合適，但需選用正規大型商混站，質量能夠得到保障。f)控制每車料的方量，一般情況下一車料澆筑1～2道縫為宜。應將混凝土從拌和機口出料到澆筑完畢的時間控制在120 min以內。g)夏季施工要做好混凝土的養護工作，在混凝土澆筑的1～2 d內必須保持混凝土表面處于充分濕潤狀態。如果養護不到位會導致混凝土表面強度不夠，并會產生塑性收縮裂紋。降低混凝土抗凍害能力。h)對于已經出現表面受凍破壞的伸縮縫混凝土，需要鑿除表面15～20 cm，重新澆筑環氧樹脂混凝土（或其他快硬早強強度高、附著力大的混凝土）。

5 總結

橋梁伸縮縫是橋梁的重要組成部分，它可以協調橋梁上部結構由于車載、風載、溫度荷載等原因引起的橋梁位移。如果出現了由于凍融破壞引起的伸縮縫混凝土表面剝落，將會導致路面平整度變差，從而影響行車舒適度，并對橋梁和路面造成附加的沖擊荷載。