混凝士路面凍害成因與防治-

1、混凝士路面凍害成因與防治關(guān)鍵詞:路面冬季施工路面凍害原因分析防治方法隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,公路交通量增大,重型運輸車輛的比重越來越大,這對公路路面結(jié)構(gòu)強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,同時我國北方冬季的凍害對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。

2、其過程為:結(jié)構(gòu)物表面降溫冷卻時,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給,并進行宏觀規(guī)模的移動。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,如果超過抗拉強度即破壞。1.2混凝土路面養(yǎng)護期滿后:混凝土路面中存在的空隙的有三種,即凝膠孔、毛細孔及氣泡,在某一固定負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大作用不大可能就地凍結(jié),氣泡水和毛細水易凍結(jié)因而可凍水主要集中在水泥石

3、及骨料顆粒的毛細孔中?；炷林懈鞣N孔徑的空隙可認為連續(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)的毛細管溝網(wǎng)絡(luò)體系破壞過程;隨著水化進展凝膠體生成,網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系被破壞、分成個別孤立的毛細孔(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。當冰凍多余水受水壓力推動向附近氣泡(逃逸邊界排除時,材料本身將受到推移水分前進的后應(yīng)反作用力導致受拉破壞。材料組織愈致密水流宣泄不及,疏導不暢引起的動水壓力增大。水泥漿中

4、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?隨著溫度下降,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)擴散滲透,即溶質(zhì)向凝膠水中擴散,而凝膠水向毛細孔中濃溶液轉(zhuǎn)移。其結(jié)果毛細孔中水分增加,和冰接觸的溶液稀釋,冰晶逐漸生長,長大。當毛細孔穴充滿冰和溶液時,冰晶進一步生長必將產(chǎn)生膨脹壓力,導致破壞。另一方面在水壓的情況下,水分凍結(jié)膨脹,多余水在壓力推動下外流,流向可能消納水分的未凍地點;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外流,而是從未凍地點(凝膠流向已凍冰地點

5、(毛細孔,方向恰好相反。未凍地點的水移動一定距離后,最后以冰凍結(jié)束,作為水流運動的結(jié)果產(chǎn)生壓力。以上兩點可以綜合為:第一階段毛細孔中始發(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。骨料作為一個組分,如果冰凍膨脹同樣會成為導致混凝土破裂的應(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,此時將因超過骨料破裂強度的內(nèi)部水壓力而破裂,這就是臨界儲存效應(yīng)。凡屬中等吸水、細孔結(jié)構(gòu)、滲透較低的巖石,這種危險較突出;空隙多、滲透性強

6、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方面:(1材料的性質(zhì)(強度、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

7、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)驗應(yīng)使用低吸水率小粒徑骨料。3、入提高抗凍性效果顯著的外加劑:3.1采取摻用防凍劑以降低新拌水泥混凝土的內(nèi)部水溶液冰點以及干擾冰晶生長,有效保護未成熟混凝土不受凍脹破壞,在負溫條件下能夠繼續(xù)水化。3.2采取摻用引氣劑,引氣不僅在表面無冰時減輕大體積冰誘導冰凍的出現(xiàn),并且在過程中也減輕了冰擠出的損害,消納更多的毛細孔中冰凍所產(chǎn)生的多余體積,有助于保護成熟混凝土免于傷害。4、凝土的配合比:配合比設(shè)計采取高效減水劑盡量降低水灰比并經(jīng)過充分

8、水化,就有可能生產(chǎn)出實際上不包含可凍水的混凝土路面。不包含毛細水(或數(shù)量很少的混凝土路面,由于凝膠中空間極微細,結(jié)晶的始發(fā)十分困難,并不發(fā)生凍結(jié),故施工中盡量不使用粉煤灰作為外摻料加入混凝土。5、改善混凝土的氣候條件以及使用方式(冬季施工要求:在混凝土路面的冬季施工中,采取有效的保溫措施,使新拌混凝土在正溫條件下水化,強度達到設(shè)計強度后采取棉氈包裹繼續(xù)保溫,以此延長混凝土養(yǎng)護周期,保證成熟混凝土充分水化,盡量降低路面毛細水含量,防止成熟混凝土的受凍。5.1混凝土冬季施工的材料儲備保溫。為避免入冬以后進料困難、砂石料在料場或運輸過程中受凍,砂石料應(yīng)在入冬前組織進場;砂石料應(yīng)在入冬前進行蓋上10c

9、m以上的草袋以及棉氈或采取其它措施,必須保證砂石料不受凍、溫度在0以上,同時防止出現(xiàn)冰雪、凍塊進入攪拌機內(nèi),給混凝土溫度帶來損失;防止部分凍塊進入攪拌機內(nèi)會很難被粉碎、溶化,嚴重影響混凝土質(zhì)量;水泥、外加劑應(yīng)在庫房或暖棚內(nèi)進行保溫,禁止對其進行直接加溫;冬季溫度過低,應(yīng)提前做好水源儲備并防止污染。5.2混凝土拌和料的加溫。在對攪拌站進行搭設(shè)溫棚保溫、砂石料保持正溫的情況下,通常是僅將水加熱,因為加熱水設(shè)備簡單,同時水的熱容量比粒料容量大,一般1lkg水升高 1時所吸收的熱量要比1lkg 粒料升高 1所吸收的熱量多4倍。拌制混凝土時,把水加熱6585。或者把水和石砂料一齊加熱到60一70,要保證

10、混凝士在拌和時的溫度不超過4O,攤鋪后的溫度不低于 l0-20。因而,混凝土的運輸距離不宜太遠。防止在運輸過程中降溫過快。應(yīng)事先將前臺各種機具準備好?；炷寥肽：笞ゾo時間振搗、整平、抹面。5.3混凝土的拌和。混凝土拌和料的投料順序:1砂石料進拌和機加90%的水進行攪拌1min;2水泥、外加劑進拌和機進行攪拌1.5min以上并補充剩余10%的水分;砂石料與水泥、外加劑分開進料斗,必須以此防止水泥、外加劑接觸熱水發(fā)生水泥“假凝”現(xiàn)象;拌和時間適當延長,以防止出現(xiàn):a混凝土顏色不均勻、外觀質(zhì)量問題;b防止材料間熱交換時間過短,混凝土和易性和施工性能差。5.4混凝土的運輸。各種混凝土運輸車、混凝土輸送

11、泵以及管道在使用前必須用熱水清洗加溫;保證運輸過程順暢、運輸速度快速;混凝土泵安裝后要加保溫采暖棚,管道用棉氈包裹保溫;管道在使用前后用熱水沖洗干凈,防止混凝土殘料在管道內(nèi)凍結(jié)、影響暢通。5.5混凝土的澆筑。舊混凝土要沖洗干凈,并進行加溫,包括模板、鋼筋均必須采取有效措施如暖棚進行加溫至10以上方可進行混凝土澆筑;盡量減少因施工操作引起的混凝土拌和物溫度損失,如減少混凝土暴露時間、及時對混凝土予以保溫。5.6混凝土的溫度監(jiān)控。建立溫度檢測制度、指定專人負責,建立完整的檢測記錄。在老莊和特大橋冬季施工中外加劑的選用具有防凍、引氣、減水等功能的復合性外加劑,采用525mm連續(xù)級配碎石粗集料與水泥配合,施工中防凍效果良好,能夠滿足現(xiàn)場冬季施工的要求5.7混凝土的養(yǎng)護:.混凝土鋪筑后,采用蓄熱法保溫養(yǎng)生,由于水泥的水化作用釋放出的熱量使混凝土集料溫度上升,塑料布和草苫子覆蓋路面使水化熱量蓄保起來(剛澆筑抹面