融雪劑對道路水泥混凝土影響研究

程培峰 劉 滿 魏玉偉

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

目前，水泥混凝土因為它的成本低、力學強度高，施工方便等優點，仍然被廣泛的應用在道路工程中。而我國北方的冬季，常常會伴有降雪，與此同時道路上積雪結冰，嚴重的影響了行車安全。去除路面上的冰雪最常用、也最經濟有效的手段就是向道路拋灑融雪劑。但使用融雪劑同樣是有利有弊的，它能夠快速的使道路上的冰雪融化，從而保障行車的安全，但是它會對路面造成嚴重的破壞。經調查研究，在使用融雪劑的1年～2年后路面就會出現鹽凍剝蝕破壞，嚴重影響了路面的耐久性，縮短了道路的使用壽命，造成了很大的經濟損失[1]。有關于道路水泥混凝土的耐久性問題也已經是困擾工程界的難題，因此研究關于道路水泥混凝土在融雪劑作用下的抗凍能力是很有意義的。

1 鹽凍破壞特點

鹽凍破壞的發展往往非常的迅速，在不摻加混凝土外加劑的情況下，使用氯鹽融雪劑除冰雪后的1個～2個冬季，路面就會出現一定程度上的剝蝕性的損傷。通常混凝土從它的表面開始發生破壞，表面的水泥砂漿脫落，露出了骨料，從而導致混凝土表面不平。另外，混凝土表面的剝蝕破壞是分層進行的，被破壞的表面下的混凝土依舊是完好的。除去剝蝕層之后，混凝土的抗壓性能正常。在剝蝕層的上面可以看得到白色晶體。

2 鹽凍破壞機理

2.1 凍融破壞機理

對于凍融破壞的機理，已經有前人進行過大量分析。現有比較成熟的兩個理論，分別是靜水壓理論、滲透壓理論。

鮑爾斯的靜水壓理論認為，在混凝土受凍的時候，其孔溶液就會結冰、膨脹。同一孔隙里沒有結冰的孔溶液就會向外流動。孔溶液需要克服一定的阻力才可流動，那么就會出現靜水壓，產生一定的應力。靜水壓力與孔溶液流經的長度呈正相關，那么流程的長度增加靜水壓力也會相應的增加。當流程長度增加到一定的數值時，靜水壓力達到極限，大于混凝土的抗拉強度，從而對混凝土造成一定的破壞。鮑爾斯對這個理論又加以完善，定量的研究了氣孔間距對混凝土抗凍性的影響，提出了能夠保障混凝土抗凍性能的最小氣孔間距。同時表明了影響靜水壓大小的因素：混凝土的滲透能力，水飽和的程度，氣孔的大小、距離等。

鮑爾斯、海爾姆斯、賴特曼提出的滲透壓理論認為，混凝土在受凍的時候，能夠讓孔溶液結冰的溫度和孔的大小是有關系的。孔越小使孔溶液結冰的溫度也就越低。當大的孔隙里的溶液結冰，孔溶液的濃度也就隨之升高，而這時小孔隙里的溶液就會向大孔隙里滲透，也就形成了滲透壓，這時候壓力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土就受到了破壞。孔隙中的冰和孔溶液兩種自由能的差形成了滲透壓。這個理論很適合來解釋融雪劑溶液作用下的滲透壓力的現象。對于某個特定的孔，當達到一定的溫度的時候，孔內的部分水就會結冰，導致鹽溶液濃度變高。而這個時候，其他孔中的孔溶液就會向鹽溶液濃度高的孔中遷移，來平衡鹽溶液的濃度。在鹽溶液從一個孔到另一個孔流動的過程當中就會產生滲透壓力，同時孔溶液的遷移也會使冰體不斷的增多，而后滲透壓就會不斷的增大，導致混凝土產生破壞[2]。

2.2 鹽凍破壞機理

混凝土的鹽凍破壞和凍融破壞本質是相同的，鹽凍破壞僅僅改變了破壞的強度和質量損失的速度，但是卻不改變其機理。融雪劑具有吸濕和保水的性能，使混凝土更加的飽水，同時飽水時間也有所增加，從而增大了靜水壓力并對混凝土產生更為嚴重的破壞。融雪劑逐步滲入混凝土內也會使其內部濃度產生差異，從而使各層的冰凍程度有所不同，受凍時就會出現應力差，形成滲透壓，引起內部應力。融雪的過程會吸收熱量，這會使冰雪下面的混凝土溫度急劇降低，產生了溫度應力，使混凝土破壞的更為迅速。

3 鹽凍破壞程度的影響因素

3.1 外部因素

3.1.1融雪劑種類

現如今，正在應用中的融雪劑種類繁多，經研究表明，不同種類的融雪劑對水泥混凝土造成的損傷程度也有所不同。各類融雪劑也有其特有的優缺點。其中應用最多的是氯鹽類融雪劑，它具有結冰溫度低、造價低、融雪效果優良等優勢。但是，它對路面以及周圍環境所帶來的損害也是非常巨大的。而一些非氯鹽有機物，如醋酸鈣、醋酸鎂等，還有一些環保型融雪劑，如醇類、尿素等。相對來說對路面和周圍環境的影響有所降低，但因其冰點低、價格高等因素沒有得到廣泛的應用，僅在橋梁，跑道等特殊交通設施中得到應用。

對于融雪劑種類對混凝土破壞程度的影響，查湘義做了一定的研究。研究結果表明對混凝土破壞程度由大到小融雪劑的種類分別是，氯化鈉>氯化鈣>氯化鎂>硝酸鎂。同時表明與鹽凍破壞相比，鹽對混凝土的化學侵蝕破壞是很小的[3]。

3.1.2鹽溶液濃度

鹽凍破壞程度并不是一直隨著鹽溶液濃度增加而增大的，經大量的研究表明在鹽溶液的濃度為4%時，混凝土受到的鹽凍剝蝕破壞是最嚴重的，當鹽溶液濃度大于4%混凝土受到的破壞程度反而降低。原因是鹽溶液的作用效果具有雙重性。一方面，由于有鹽溶液的存在，結冰的溫度會有所降低，這是對抗凍有利的。另一方面，鹽溶液吸濕飽水的能力，又大大的提高了混凝土的飽水程度，對抗凍不利。因此，在溶液濃度為0%～4%的時候，鹽溶液的吸濕飽水性占主導因素，混凝土破壞程度隨鹽溶液濃度的增大而加大。增加到4%以上時，鹽溶液降低冰點的有利因素占主導，混凝土的破壞程度隨鹽溶液濃度的增大反而減小[4]。

3.1.3混凝土表面處理

在混凝土表面刷涂料是一種降低鹽凍破壞程度的有效手段。現在應用中的防水涂料也有許多種類。涂料能在混凝土表面形成一層防護膜，從而減少水的進入，提高了混凝土的抗滲性能，同時也提高了耐鹽凍性能。但是在道路混凝土上應用不是很廣泛。

3.2 內部因素

3.2.1水灰比

水灰比能夠極大的影響混凝土的力學強度，同時對耐久性也存在著一定的影響。而研究表明水灰比小，則混凝土的強度就高，混凝土的抗鹽凍性能也隨之變好。降低水灰比能夠使混凝土的孔隙率變小，有害的大孔減少，小孔或微孔等有益孔增加，從而改善了混凝土的孔結構，使混凝土強度增大，抗鹽凍性能增強。熊建平等人的研究結果表明水灰比對鹽凍條件下的剝蝕量影響很大，隨著鹽凍循環數從30次增至120次，水灰比為0.40的混凝土剝蝕量相較水灰比為0.44時的剝蝕量降低了11%～29%。吳澤媚的試驗研究也表明C50混凝土較C30混凝土表現出更加良好的抗鹽凍性能[5]。

3.2.2引氣劑

適當添加引氣劑，會使混凝土中的含氣量增大，且引入較多為小孔，使混凝土內部的氣泡間距變小，是提高混凝土耐鹽凍性能的非常有效的手段。但是伴隨著含氣量的增大，混凝土的各項強度會有所下降。不過引氣劑的加入會提高拌合物的流動性，可以采用提高水灰比的方式來補償抗壓強度，提高抗折強度。引氣劑應用在道路混凝土上是很有益處的。

3.2.3礦物細摻料

礦物細摻料通常都具有超細粒作用，能夠更好的填充混凝土的孔隙，使混凝土孔結構更加優良。更有一部分礦物細摻料具有火山灰活性，如硅灰、粒化高爐礦渣等，它們與氫氧化鈣發生反應生成具有膠凝性的物質，改善混凝土過渡層的性質，從而提高混凝土抗鹽凍性[6]。

4 結語

1)混凝土鹽凍破壞特征表現為分層剝蝕，且破壞速度快。

2)混凝土鹽凍破壞只是將凍融破壞進程加快，并沒有改變破壞方式。而凍融破壞機理則有靜水壓理論和滲透壓理論。

3)融雪劑種類、濃度，混凝土表面的處理，混凝土水灰比，引氣劑、礦物細摻料的使用等因素都能夠影響混凝土的抗鹽凍性。

[1] 王有振.氯鹽類融雪劑對混凝土路面危害分析[J].齊魯工業大學學報(自然科學版),2014,28(4):71-74.

[2] 李光明,丁文霞,楊健琳.融雪劑的作用機理及危害分析研究[J].交通科技,2011(1):78-80.

[3] 查湘義.CMA融雪劑對水泥混凝土的影響試驗研究[J].宜春學院學報,2016,38(9):50-52.

[4] 楊全兵.鹽及融雪劑種類對混凝土剝蝕破壞影響的研究[J].建筑材料學報,2006(4):464-467.

[5] 吳澤媚,陳東豐,高培偉,等.氯鹽和凍融雙重作用對混凝土抗鹽凍性的影響[J].硅酸鹽通報,2011,30(6):1244-1248.

[6] 李中華,巴恒靜.道路混凝土抗鹽凍性能的研究[J].四川大學學報(工程科學版),2008(5):79-83.