水泥混凝土路面凍害分析與薄層修補(bǔ)技術(shù)解析

王飛飛

(宣化縣交通運(yùn)輸局，河北 宣化 075100)

水泥混凝土路面凍害分析與薄層修補(bǔ)技術(shù)解析

王飛飛

(宣化縣交通運(yùn)輸局，河北 宣化 075100)

本文結(jié)合宣化地區(qū)水泥混凝土路面的現(xiàn)實(shí)狀況，對路面凍害的作用機(jī)理進(jìn)行了全面分析，并提出了薄層修補(bǔ)技術(shù)的施工，為宣化縣公路的修建與完善提供理論基礎(chǔ)。

水泥混凝土路面；凍害分析；薄層修補(bǔ)；技術(shù)探討

從宣化地區(qū)水泥混凝土路面的實(shí)情得知，水泥混凝土路面出現(xiàn)了不同程度松散現(xiàn)象，但其下層結(jié)構(gòu)并沒有受此影響，試驗(yàn)表明其強(qiáng)度仍可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。通過長時間的分析和研究，最終將薄層修補(bǔ)技術(shù)作為解決水泥混凝土路面凍害的主要手段，該方法不僅具有較強(qiáng)的粘結(jié)能力，還具備極好的防凍性和抗?jié)B性。

一、水泥混凝土路面凍害的作用機(jī)理

（一）物理作用

就目前來看，水泥混凝土路面的凍害機(jī)理多達(dá)五、六種，其中代表性較高的機(jī)理為靜水壓假說。在水泥混凝土路面中，具有許多不同形式孔徑，在毛細(xì)孔壓力的不斷作用下，孔徑較小的孔洞會在短時間內(nèi)吸滿水分，但孔徑較大的孔洞會在壓力的影響下，出現(xiàn)不飽和的情況，當(dāng)外界環(huán)境溫度達(dá)到零下以后，孔洞中的水分會凝結(jié)成冰，體積會逐漸增大，此時會生成一定強(qiáng)度的水壓力，此壓力促使水分向空氣泡的方向運(yùn)動。如果水壓力不斷上升，且超出限度，水泥混凝土將失去限制作用，最終出現(xiàn)開裂。冰的實(shí)際蒸汽壓會比水的小很多，所以水分會不斷向凝固區(qū)域運(yùn)動，并逐漸結(jié)冰。另外，水泥混凝土中存在各種類型的鹽類，水分凝固以后，還未發(fā)生凝固水分的含鹽量迅速上升，從而形成較大的濃度差，最終引發(fā)滲透。由此可見，水泥混凝土路面凍害是一個復(fù)雜的過程，影響因素是多方面的，所以在處理時，應(yīng)對各項(xiàng)原因進(jìn)行綜合性的分析。

實(shí)驗(yàn)表明，除冰鹽對水泥混凝土路面的破壞具有一定特殊性。除冰鹽的主要成分為氯化鈉溶液，這種溶液在一定條件下，會使水泥混凝土的重量損失速度發(fā)生相應(yīng)的改變，并未對凍害機(jī)理造成影響。在水泥混凝土的毛細(xì)管吸水試驗(yàn)過程中，樣品中除冰鹽的含量與平衡時間成正比關(guān)系，也就是說，鹽的含量越高，越難失水。然而，當(dāng)鹽的實(shí)際濃度保持一致時，外界濕度的不斷增加，水泥混凝土的平衡速率將顯著提高，在鹽飽和性的影響下，水泥混凝土含鹽狀態(tài)下的飽水度會相對較高。因此，在外界環(huán)境的溫度較低時，水泥混凝土內(nèi)部會形成極高的結(jié)晶壓。此外，由于鹽的實(shí)際濃度不均衡，所以在溫度較低的影響下，冰雪在融化的同時會使水泥混凝土內(nèi)部的實(shí)際溫度急劇下滑，進(jìn)而加劇凍害。通過多次干濕循環(huán)試驗(yàn)得知，水處理環(huán)境下的樣品干長度比濕長度要大很多，但在氯化鈉處理環(huán)境下，干長度會受到循環(huán)次數(shù)的顯著影響，進(jìn)一步說明了含有鹽溶液的水泥混凝土在蒸發(fā)時會比較干燥，水泥混凝土孔洞中的鹽類會出現(xiàn)結(jié)晶的情況，從而產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓，最終導(dǎo)致水泥混凝土路面出現(xiàn)損害。

（二）化學(xué)作用

除冰鹽不但會加劇水泥混凝土路面的凍害，在非凍結(jié)環(huán)境下一樣會對水泥混凝土路面造成損害，通過相應(yīng)的化學(xué)試驗(yàn)得知，長時間與氯化鈉溶液接觸的水泥混凝土，其產(chǎn)物會在熟石灰的作用下被浸濾，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

此反應(yīng)明顯增加了水泥混凝土表面的孔隙率，間接增加了水分的結(jié)冰量，進(jìn)而加劇路面凍害。此外，上述反應(yīng)所生成的氯化鈣會在水泥混凝土中進(jìn)行進(jìn)一步的反應(yīng)，相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式為：

另外，強(qiáng)堿溶液氫氧化鈉會在鹽類的催化作用下與水泥混凝土內(nèi)部的集料進(jìn)行堿集料反應(yīng)，從而加劇了路面凍害，降低路面的性能。

二、水泥混凝土路面薄層修補(bǔ)技術(shù)施工

（一）表面鑿毛

根據(jù)水泥混凝土路面粘結(jié)要求而制定的鑿毛方案，對出現(xiàn)凍害的水泥混凝土路面實(shí)施鑿毛處理。傳統(tǒng)的人工鑿毛處理法無法適應(yīng)薄層修補(bǔ)技術(shù)施工的具體要求，所以在實(shí)際情況中，應(yīng)利用相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備完成。現(xiàn)階段，使用較為廣泛的鑿毛方法主要有三種類型，分別為高壓水射、刻槽法和酸溶液的腐蝕法。據(jù)了解高壓水射鑿毛法在指定的路段中實(shí)施了多次的試驗(yàn)，運(yùn)用強(qiáng)度為70MPa的水流對路段的水泥水凝土路面實(shí)施相應(yīng)的鑿毛工作。處理完成以后，作用面的構(gòu)造深度在2mm左右，在設(shè)計(jì)方案要求的限度以內(nèi)。為了切實(shí)提高水泥混凝土表面的實(shí)際粗糙程度，需在噴射的水中添加一定量的石子，但該方法仍處在試驗(yàn)階段，相應(yīng)的數(shù)據(jù)和要求還沒有得到準(zhǔn)確的判定。酸溶液腐蝕法需使用一定濃度的鹽酸，鹽酸會在一定條件下腐蝕水泥混凝土，從而達(dá)到鑿毛的目的，但運(yùn)用該方法無法準(zhǔn)確控制構(gòu)造深度，如果操作不當(dāng)還可能會對周邊的自然環(huán)境造成破壞，因此該鑿毛方法的使用條件較為嚴(yán)格。就目前來看，刻槽法的應(yīng)用與發(fā)展前景較為理想，且效果顯著，但相應(yīng)的施工設(shè)備仍處在研究階段，還需要一定的時間。

在對水泥混凝土進(jìn)行鑿毛時，應(yīng)嚴(yán)格控制施工手段，以免鑿毛過度破壞下層結(jié)構(gòu)。鑿毛處理完成以后，工作人員應(yīng)立即使用鋼絲刷對路面進(jìn)行清理，完全清除鑿毛處理產(chǎn)生的碎塊或油污，從而為下一階段的施工做好準(zhǔn)備。

（二）涂刷粘結(jié)劑

水泥混凝土路面的粘結(jié)劑應(yīng)具備粘度大、流動性高、耐用性好等特點(diǎn)，從而切實(shí)增強(qiáng)水泥混凝土路面的強(qiáng)度。在材料領(lǐng)域不斷發(fā)展的影響下，有機(jī)粘結(jié)材料的種類越發(fā)豐富，為薄層修補(bǔ)技術(shù)創(chuàng)造了十分便利的條件，但實(shí)際的造價過高，并不具有較高的實(shí)用性。所以在實(shí)際情況中，大多運(yùn)用TGJGN粘結(jié)材料，不同粘結(jié)材料的基本性能如表1所示。

表1 不同粘結(jié)材料的基本性能

（三）鋪筑薄層

按照規(guī)范完成配合比的計(jì)算工作，從而制造水泥混凝土。在制作鋼筋混凝土的過程中，所選鋼纖維與混合料的拌合應(yīng)十分均勻，不能出現(xiàn)結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，這是鋪筑薄層工作的重要環(huán)節(jié)，稍有不慎就會對混凝土的強(qiáng)度造成影響。然而，從鋼纖維的角度講，決定混凝土均勻度的主要因素為所選鋼纖維的摻量、骨料粒徑等方面。通常情況下，鋼纖維的實(shí)際摻量應(yīng)維持在2%以內(nèi)，如果條件允許，應(yīng)盡量使用銑削類型的鋼纖維材料。在明確混合比之后，應(yīng)將工作重心放在攪拌方式上，在工程施工過程中，一般拌和機(jī)械主要采用性能強(qiáng)勁的強(qiáng)制式拌和設(shè)備，嚴(yán)把投料順序大關(guān)，要求最佳的投料順序?yàn)椋裙橇希笏啵詈筇砑觿诨旌狭蠑嚢杈鶆蛞院筮€需加水在進(jìn)行攪拌，一段時間以后逐級加入鋼纖維，直至攪拌均勻。運(yùn)用自卸式運(yùn)輸車將制備完成的鋼纖維混凝土運(yùn)輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)域，卸料時，實(shí)際高度應(yīng)嚴(yán)格控制在1.5m以內(nèi)，以免出現(xiàn)離析。此后，在鑿毛和涂刷工序均完成且合格的水泥混凝土路面上進(jìn)行鋪設(shè)，運(yùn)用平板振搗器輔助鋪設(shè)工作，前后需疊加15cm，振搗時間應(yīng)維持在15s左右，直到鋪設(shè)表面出漿。由于鋼纖維混凝土的流動性較差，所以在路面的邊角處極易出現(xiàn)蜂窩，還需密切注意路面邊角區(qū)域的鋪設(shè)細(xì)節(jié)。鋪設(shè)振搗的維持時間不能過長，從而避免鋼纖維混凝土下沉至下層結(jié)構(gòu)。在抹平環(huán)節(jié)中，由于鋼纖維的分布不均，所有有些鋼纖維會竄出表面，會嚴(yán)重危機(jī)到通行安全，所以務(wù)必要將竄出的部分抹平。最后，在抹平工作完成且無溢水現(xiàn)象時，還需立即進(jìn)行拉毛處理，就本工程而言，應(yīng)將深度牢牢控制在1-2mm之間。

三、總結(jié)

水泥混凝土路面的凍害問題一直以來都是公路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)工作的重點(diǎn)，也是影響公路正常使用的主要危害，凍害的作用機(jī)理較為復(fù)雜，既有物理作用原因又有化學(xué)作用原因，所以處理凍害是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程。如今，薄層修補(bǔ)技術(shù)在處理水泥混凝土路面凍害方面具有很好的效果和前景，在實(shí)際的施工過程中，應(yīng)從鑿毛、涂刷、鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)等工序入手，注重細(xì)節(jié)，從而取得滿意的效果，促進(jìn)公路建設(shè)的全面發(fā)展。

[1]許彬彬.鋼纖維混凝土抗凍性的試驗(yàn)研究.混凝土與水泥制品.2012,(6):46-47.

[2]劉秉京.混凝土技術(shù)[M].北京:人民交通出版社, 2012,(4):17-18.

[3]李俊毅.摻惰性材料水泥混凝土抗凍性試驗(yàn)研究.低溫建筑技術(shù),.2012,(3):14-15.

TU75

B

1007-6344（2015）04-0146-01