| 首頁 |
|
前夕混凝士路面凍害成因與防治
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，公路交通量增大，重型運(yùn)輸車輛的比重越來越大，這對(duì)公路路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用性能提出了更高的要求。水泥混凝土路面適應(yīng)了這種需求，混凝土路面因其施工簡易且適應(yīng)重交通的要求，也得以快速增長，同時(shí)我國北方冬季的凍害對(duì)道路的影響也越來越受到行業(yè)的重視，下就這一現(xiàn)象作一下簡要分析：
一、混凝土凍害原因分析：
1.1混凝土路面拌和和施工成型期：混凝土路面其強(qiáng)度增長主要靠水化作用，而在路面的新拌混凝土施工過程中的強(qiáng)度低、空隙率高、含水多，極易發(fā)生凍脹破壞。凍脹破壞的外觀特征是材料體內(nèi)出現(xiàn)若干的冰夾層，彼此平行而垂直于熱流方向。其過程為：結(jié)構(gòu)物表面降溫冷卻時(shí)，冷流向材料體內(nèi)延伸，在深處某水平位置開始凍結(jié)，一般從較粗大孔穴中水分開始，冰晶形成后從間隙吸水，發(fā)育增長，且是不可逆轉(zhuǎn)的過程，水分從材料未凍水或從外部水源補(bǔ)給，并進(jìn)行宏觀規(guī)模的移動(dòng)。第一層孔穴中冰凍后，在冰晶生長的過程中，材料質(zhì)體受到拉應(yīng)力，如果超過抗拉強(qiáng)度即破壞。
1.2混凝土路面養(yǎng)護(hù)期滿后：混凝土路面中存在的空隙的有三種，即凝膠孔、毛細(xì)孔及氣泡，在某一固定負(fù)溫下混凝土中水分只有一部分是可以凝結(jié)成冰(以下簡稱可凍水)的，凝結(jié)水產(chǎn)生多余體積與冰凍破壞力成正比。而三種孔徑的空隙中，凝膠水由于表面的強(qiáng)大作用不大可能就地凍結(jié)，氣泡水和毛細(xì)水易凍結(jié)因而可凍水主要集中在水泥石及骨料顆粒的毛細(xì)孔中?；炷林懈鞣N孔徑的空隙可認(rèn)為連續(xù)分布，分布在這些空隙中的水在降溫過程中將按順序逐步凍結(jié)。凍水一般是溫度的逆函數(shù)，溫度愈低，可凍水愈多。
連續(xù)的毛細(xì)管溝網(wǎng)絡(luò)體系破壞過程；隨著水化進(jìn)展凝膠體生成，網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系被破壞、分成個(gè)別孤立的毛細(xì)孔(水在其中凍結(jié)的容器)，而凝膠連同其特征性凝膠孔和少數(shù)細(xì)小毛孔就構(gòu)成透水器壁。隨著水化深入，材料質(zhì)地致密及溫度的下降，將有更多細(xì)小空間的水參與冰凍，作為器壁的凝膠的滲水性也不斷減小。
當(dāng)冰凍多余水受水壓力推動(dòng)向附近氣泡(逃逸邊界)排除時(shí)，材料本身將受到推移水分前進(jìn)的后應(yīng)反作用力導(dǎo)致受拉破壞。材料組織愈致密水流宣泄不及，疏導(dǎo)不暢引起的動(dòng)水壓力增大。
水泥漿中包含的一般是鹽類稀溶液，一旦冰凍后變?yōu)榧儽蜐舛雀叩娜芤海浑S著溫度下降，濃度不斷提高。另一方面鄰近凝膠中水分始終保持不凍，其溶液濃度保持原有的水平，于是在毛細(xì)孔溶液和凝膠水之間出現(xiàn)濃度差。濃度差使得溶劑向溶液中自發(fā)擴(kuò)散滲透，即溶質(zhì)向凝膠水中擴(kuò)散，而凝膠水向毛細(xì)孔中濃溶液轉(zhuǎn)移。其結(jié)果毛細(xì)孔中水分增加，和冰接觸的溶液稀釋，冰晶逐漸生長，長大。當(dāng)毛細(xì)孔穴充滿冰和溶液時(shí)，冰晶進(jìn)一步生長必將產(chǎn)生膨脹壓力，導(dǎo)致破壞。
另一方面在水壓的情況下，水分凍結(jié)膨脹，多余水在壓力推動(dòng)下外流，流向可能消納水分的未凍地點(diǎn)；作為水流的結(jié)果壓力消失，析冰情況正好相反：水分不是從冰凍地點(diǎn)外流，而是從未凍地點(diǎn)(凝膠)流向已凍冰地點(diǎn)(毛細(xì)孔)，方向恰好相反。未凍地點(diǎn)的水移動(dòng)一定距離后，最后以冰凍結(jié)束，作為水流運(yùn)動(dòng)的結(jié)果產(chǎn)生壓力。
以上兩點(diǎn)可以綜合為：第一階段毛細(xì)孔中始發(fā)的冰凍，向所有方向產(chǎn)生的水壓力，引起內(nèi)應(yīng)力；第二階段較大毛細(xì)孔中水分首先生成冰晶，可從小孔中吸引未凍結(jié)水使自身增長，產(chǎn)生靜應(yīng)力。
骨料作為一個(gè)部分，如果冰凍膨脹同樣會(huì)成為導(dǎo)致混凝土破裂的應(yīng)力來源；為了保證混凝土完好，必須要求骨料和水泥凈漿兩者都不破壞。如顆粒大到一定限度以上，核心存在的距離任何逃逸邊界均在臨界尺寸以上的保水區(qū)域，此時(shí)將因超過骨料破裂強(qiáng)度的內(nèi)部水壓力而破裂，這就是臨界儲(chǔ)存效應(yīng)。凡屬中等吸水、細(xì)孔結(jié)構(gòu)、滲透較低的巖石，這種危險(xiǎn)較突出；空隙多、滲透性強(qiáng)的骨料臨界尺寸也很大。在特殊情況巖石吸水率極低(如石英巖)，可凍水極少，冰水是無滲應(yīng)力出現(xiàn)；
綜上所述，影響混凝土路面的抗凍性的因素有以下五個(gè)方面：
(1)材料的性質(zhì)(強(qiáng)度、變形、空隙情況)；
(2)氣候條件(凍融循環(huán)次數(shù)、最低溫度、降溫速度、降水量、空氣相對(duì)濕度等)；
(3)材料使用方式(降水量、自由水及溫度梯度)；
(4)構(gòu)造因素：如有筋無筋、體積大小、厚薄、排水措施等；
(5)施工因素：如配合比、拌合、澆搗、養(yǎng)護(hù)條件等。
二、混凝土路面凍害防治措施：
要提高混凝土路面的抗凍能力，針對(duì)以上論述和分析，從混凝土的原材料選擇、配合比、澆筑和養(yǎng)生四個(gè)環(huán)節(jié)著重考慮：
(一)從原材料性質(zhì)來考慮：
1用抗凍性高的水泥：我國各種水泥抗凍性高低次序如下：硅酸鹽水泥＞普遍硅酸鹽水泥＞礦渣硅酸鹽水泥＞火山灰或粉煤灰硅酸鹽水泥。在冬季混凝土施工中，應(yīng)首選硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
2選用抗凍性好的骨料：根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)應(yīng)使用低吸水率小粒徑骨料。
