對我國嚴寒地區混凝土鹽凍破壞的研究

符東升

黑龍江省新開建筑工程有限公司

對我國嚴寒地區混凝土鹽凍破壞的研究

符東升

黑龍江省新開建筑工程有限公司

改革開放以來，我國建筑行業經歷了發展的黃金時期，新材料、新技術被不斷引用到生產實際中，在施工質量以及施工效率上都有了極大的提升，但相對于國外發達國家而言，我國在混凝土施工技術上的研究時間相關較短，在實際施工中還存在著這樣那樣的問題，特別是在混凝土凍融方面上仍有許多問題沒有解決，這主要是由于我國幅員遼闊，多數地區地處嚴寒地帶，混凝土路面經常要受到嚴寒環境侵蝕。本文作者結合自身多年的實踐經驗，詳細介紹了鹽凍破壞現場與實驗室研究的研究成果，分析了混凝土凍融破壞的表現形式，并對控制因素、機理、防治措施和解決方面進行了仔細介紹，希望為我國混凝土建筑行業的發展提供一定的導向作用。

混凝土路面施工；嚴寒地區；凍融破壞；鹽凍剝蝕破壞；凍融循環

前言：

我國幅員遼闊，有相當地區處于嚴寒地帶，同時也伴隨著多數的降水降雪的情況發生。通常情況下，在對我國嚴寒地區結冰路面進行處理時經常要用到混凝土除冰鹽，其作用是加快結冰路面的融化速度，這主要是因為鹽能降低水的結冰溫度[1]，從而達到自動融化冰雪的目的。但混凝土除冰鹽在加快結冰路面融化速度的同時也造成了路面的侵蝕破壞，隨著破壞事例不斷增多，以及由此造成的經濟損失和對這些混凝土結構的維修費用迅猛增加，如何通過對混凝土路面進行鹽剝蝕破壞機理、影響因素和防治辦法的研究，增強其抗凍融性能就成為了現階段的研究重點。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，混凝土經過除冰鹽腐蝕后，其破壞程度發展十分迅速，如果普通混凝土在被除冰鹽腐蝕后沒有采取相應措施進行處理，在經過1-2年就會出現剝蝕破壞現象，且此破壞程度遠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部發展，表面砂漿層逐漸脫落，暴露出內部骨料，最終導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的強度，此時若采用常規鉆芯取樣進行強度測定并不能查出該破壞產生的原因[2]。

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

2.除冰鹽破壞機理的研究

在除冰鹽存在的條件下，混凝土對凍融循環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成為了在冬季環境下混凝土路橋過早破壞和喪失耐久性的主要因素。

在冬季環境下，由于混凝土中存在可凍冰，會產生約9%的體積膨脹，混凝土的飽水度達到臨界值時，就會收到拉應力作用，且拉應力會隨著凍融循環次數的增加不斷增大，最終導致了混凝土的破壞。

當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，系統達到平衡飽水度所需的時間在縮短，這些特性都會導致混凝土抗凍融能力的下降，而更高的結冰壓會導致混凝土受到更大的破壞。此外，除冰鹽還會造成體系同更高滲透壓的產生，由除冰鹽所產生的過冷冰會產生更大的破壞力，在冰融化時會吸收一定的熱，使混凝土的溫度迅速下降，導致更為嚴重的凍害。

根據以上分析，在混凝土路面上使用除冰鹽后，其所帶來了不利影響已經遠遠超過了它帶來的額有利影響，使得混凝土所受的凍害顯著加劇，這也進一步說明了采用科學的防治措施來減少病害的重要性。

3.高混凝土抗鹽侵蝕的技術措施

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，顯著改善混凝土發生離析和泌水現象，雖然引氣劑的加入會在一定程度上降低混凝土的抗壓強度，但對抗折強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，會引入大量的微小氣泡，此類微小氣泡并不會被水完全充滿，這就在很大程度上降低了混凝土的抱水性，不僅如此，沒有被自由水所占據的空間會吸收一定數量的過冷冰，降低體系的結冰壓，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對混凝土的抗鹽侵蝕能力有著很好的促進作用，但其對混凝土的水灰比基本上沒有任何影響，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，應將水灰比控制在0.45以內，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

礦物摻合料對混凝土的抗凍融能力有著一定的影響，有些摻合料對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作用，如石灰石、粉煤灰或礦渣會導致混凝土的抗鹽凍性能降低,，但硅灰的加入則會改善該性能，同時，為了使路橋工程獲得更好的額耐久性，在施工過程中應盡量使用普通硅酸鹽水泥，而不是摻有大量石灰石的水泥。有實驗表明，當某一骨料在24h內的吸水率大于2%,則其不適合使用在嚴寒地帶的混凝土水泥中[3]。

3.4.汽養護預制混凝土

在路橋施工時,為了加快施工速度,常使用預制混凝土構件,如橋板和路面邊塊等。在生產預制構件時,為了加快生產效率和模具周轉速度,常采用蒸汽養護工藝。而蒸汽養護預制混凝土的抗鹽凍性能明顯降低，這也就說明了在對嚴寒地帶路面施工時，盡量不要采用蒸汽養護預制混凝土構件。如必須對混凝土進行養護操作，應盡量使用低的蒸汽養護溫度和長的靜置時間。

由于混凝土只有在飽水環境下才會發生凍融破壞，因此，為了增強混凝土的抗凍融能力，應盡量將混凝土內部的飽水率控制在一個較低的范圍內，在進行路面設計時，應加強對路面排水設施的建設，合理地安排排水溝或埋排水管，合理加大保護層厚度，以上措施對增強混凝土構件的耐久性有著很好的促進作用。

[1]楊全兵.吳學禮.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.衛紅.北京某些立交橋混凝土耐久性破壞調查分析.北京市市政工程研究院研究報告,1996年.

[3]傅智.道路混凝土摻引氣劑的研究.公路,1998年,第2期.