路面的凍融與抑制凍結(jié)(融冰雪)課件

路面的的凍融融與抑抑制凍凍結(jié)(融冰雪雪)課件張春輝輝道路與與鐵道道工程程一、路路面的的凍融融二、路路面的的凍結(jié)結(jié)凍結(jié)：：指流體體（包包括液液體、、氣體體）因因為低低溫而而凝固固（成成為固固體））。凍融：：在寒冷冷氣候候條件件下，，土壤壤或巖巖層中中凍結(jié)結(jié)的冰冰在白白天融融化，，晚上上凍結(jié)結(jié)，或或者夏夏季融融化，，冬季季凍結(jié)結(jié)。這這種融融化、、凍結(jié)結(jié)的過過程稱稱為凍凍融作作用。。1.凍土工工程技技術(shù)研研究歷歷史。2.我國凍凍土分分布區(qū)區(qū)域及及特點點。3.混凝土土路面面凍融融破壞壞概況況。4.混凝土土路面面破壞壞機理理。5.凍融破破壞的的控制制方法法。路面的的凍融融凍土工工程技技術(shù)有有著160多年的的發(fā)展展歷史史早在1891年,俄羅斯斯就修修建了了西伯伯利亞亞大鐵鐵路20世紀初初,伴隨著著阿拉拉斯加加和加加拿大大西北北部采采礦、、伐木木業(yè)的的發(fā)展展,美、加加修建建了最最早的的一批批公路路;17世紀后后期,人們就就已經(jīng)經(jīng)注意意到冰冰凍作作用下下的凍凍脹現(xiàn)現(xiàn)象,但隨著著人類類活動動足跡跡的延延伸,直到20世紀才才開始始對凍凍融現(xiàn)現(xiàn)象及及其對對建筑筑工程程的影影響開開展研研究。。季凍區(qū)區(qū)：年平均均氣溫溫較低低,凍結(jié)期期較長長,凍融作作用對對建筑筑工程程的影影響較較嚴重重的區(qū)區(qū)域。。特點：：冬季寒寒冷干干燥漫漫長。。夏季高高溫多多雨且且短促促。春秋兩兩季氣氣候多多變。。年平均均氣溫溫較低低。負溫時時間較較長、、溫差差大。。冬季冰冰凍深深度較較大。。夏季太太陽輻輻射較較強。。裂縫、沉陷等病害,使用壽命短路面混泥土路面瀝青路面材料概況混凝土土的凍凍融破破壞是是道路路工程程老化化的重重要標標志之之一，，也是是我國國混凝凝土工工程最最常見見的病病害之之一。。混凝土土路面面破壞壞機理理鹽溶液液可凍水受凍結(jié)冰體積膨脹保水度達到或超過臨界保水度混凝土受拉開裂凍融循環(huán)開裂不斷加劇破壞加劇混凝土土是由由硬化化水泥泥漿體體和骨骨料組組成的的含毛細孔孔的復(fù)合合材料料。混凝土土：含水原原因：：為了獲獲得混混凝土土所必必要的的和易性性，其拌拌和水水量總總要多多于水水泥水水化所所需的的水量量，那那部分分多余余水便便以游游離水水的形形式滯滯留于于混凝凝土中中，形形成占占有一一定體體積的的連通通毛細細孔。。這些連通通毛細孔孔就是導(dǎo)導(dǎo)致混凝凝土遭受受凍害的的主要原原因。新拌水泥泥混凝土土易于各各工序施施工操作作（攪拌拌、運輸輸、澆灌灌、搗實實等）并并能獲得得質(zhì)量均均勻、成成型密實實的性能能。也稱稱混凝土土的工作作性。和易性一、膨脹壓力力。當(dāng)混混凝土中中的毛細細孔在某某負溫下下發(fā)生物物態(tài)變化化，由水水轉(zhuǎn)化成成冰時體體積膨脹脹9%，因受毛毛細孔的的約束產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力；二、滲透壓力力。由于于表面張張力作用用，混凝凝土中毛毛細孔水水的冰點點隨著孔孔徑的減減少而降降低，因因而在粗粗孔中的的水結(jié)冰冰后，由由冰與過過冷水的的飽和蒸蒸汽氣壓壓差和過過冷水之之間鹽分分濃度差差引起水水分遷移移而形成成滲透壓壓。過冷水遷遷移滲透透結(jié)果必必然會使使毛細孔孔中冰的的體積不不斷增大大，從而而形成更更大的膨膨脹壓力力。主要破壞壞力一是混凝凝土必須須接觸水水或混凝凝土中有有一定的的含水量量。另一個必必要條件件是混凝凝土所處處的環(huán)境境必須存存在反復(fù)復(fù)交替的的正負溫溫度。凍融破壞壞的兩個個必要條條件：一、材料料對抗凍凍性的影影響。二、配合合比對抗抗凍性的的影響。。三、施工工工藝對對抗凍性性的影響響。凍融破壞壞的控制制方法外加劑的的影響摻合料的的影響水泥品種種的影響響外加劑的的影響引氣劑微小氣泡緩解壓力減水劑木鈣減水引氣木鈣（木木質(zhì)素磺磺酸鈣））是一種種多組分分高分子子聚合物物陰離子子表面活活性劑，，外觀為為棕黃色色粉末物物質(zhì)，略略有芳香香氣味，，具有很很強的分分散性、、粘結(jié)性性。目前前木質(zhì)素素磺酸鈣鈣系列產(chǎn)產(chǎn)品已被被廣泛用用做水泥泥減水劑劑、耐火火材料結(jié)結(jié)合劑等等。木鈣攪拌時時產(chǎn)生生的大大量細細膩氣氣泡，，附著著在水水泥顆顆粒周周圍，，使之之表面面包圍圍了一一層牢牢固而而富有有彈性性的泡泡膜(類似肥肥皂膜膜)。若引引氣劑劑屬離離子系系時，，產(chǎn)生生的氣氣泡帶帶電，，彼此此相斥斥，阻阻止了了它們們的聚聚集，，因而而增加加了穩(wěn)穩(wěn)定性性，同同時將將水排排除在在氣泡泡之外外，達達到減減水目目的。。引氣氣劑為為混凝凝土引引進了了大量量微小小且獨獨立的的氣泡泡，這這些球球形氣氣泡如如滾珠珠一樣樣，起起著潤潤滑作作用，，使混混凝土土的工工作性性大大大改善善。混混凝土土含氣氣量增增加，，內(nèi)部部氣泡泡間距距變小小是抵抵抗除除冰鹽鹽剝蝕蝕的有有效措措施。。因此此對于于道路路工程程，采采用摻摻引氣氣劑的的混凝凝土對對抗凍凍融是是有利利的。。引氣劑的作作用原理：：摻用粉煤灰灰。摻用硅粉。。高活性高細細度，因此此促進水泥泥的二次水水化，增加加水化產(chǎn)物物，使水化化產(chǎn)物均勻勻分布，改改善水泥與與骨料結(jié)合合面的狀態(tài)態(tài)。摻合料的影影響在其他因素素相同的情情況下，不不同水泥品品種混凝土土的抗凍性性排列大致致如下：硅酸鹽水泥泥>普通硅酸鹽鹽水泥>礦渣硅酸鹽鹽水泥>火山灰質(zhì)硅硅酸鹽水泥泥>粉煤灰硅酸酸鹽水泥.水泥品種的的影響水灰比的影影響骨灰比的影影響混凝土的水水灰比越大大，毛細孔孔越多，密密實度越差差，而吸水水率越大，，在凍融過過程中產(chǎn)生生的冰脹壓壓力和滲透透壓力也就就越大，因因此混凝土土的抗凍性性越差。水灰比的影影響骨灰比是混混凝土中砂砂石用量與與水泥用量量的比例。。在水灰比比相同的條條件下，混混凝土的抗抗凍性隨著著骨灰比的的增大而下下降。骨灰比的影影響拌和工藝的的影響成型工藝的的影響?zhàn)B護的影響響準確地按設(shè)設(shè)計配合比比拌制出均均勻的混凝凝土混合料料是保證混混凝土各項項性能的基基礎(chǔ)，實踐踐證明，現(xiàn)現(xiàn)場機械攪攪拌混凝土土明顯優(yōu)于于商品混凝凝土。優(yōu)越性拌和工藝的的影響主要表現(xiàn)在在以下幾方方面：1.含氣量優(yōu)于于商品混凝凝土；2.更容易控制制配合比、、計量偏差差、投料順順序、攪拌拌時間以及及各種原材材料合格等等因素。3.由于現(xiàn)場攪攪拌縮短了了運距，減減少了混凝凝土的運輸輸時間和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運的次數(shù)數(shù)，使混凝凝土不宜發(fā)發(fā)生分層、離析析現(xiàn)象，同時可以以確?；炷猎诔跄皾仓晖戤叄┕すけ容^靈活活。采用新工藝藝引起混凝凝土水灰比比或含氣量量的變化。。例如真空吸水成成型工藝，將使混凝凝土拌合物物中的一部部分水被抽抽吸排除，，從而提高高了混凝土土的抗凍性性。成型工藝藝的影響響混凝土如如果得不不到及時時的養(yǎng)護護，混凝凝土表層層水分散散失、體體積收縮縮產(chǎn)生干干縮裂縫縫（一般般稱龜裂裂縫）。。龜裂縫縫會對混混凝土外外表面遭遭受凍融融破壞提提供空隙隙。養(yǎng)護的影影響路面的凍凍結(jié)1.當(dāng)前現(xiàn)狀狀。2.抗凍結(jié)路路面分類類。3.路面的適適用范圍圍。4.凍結(jié)抑制制路面主主要特點點。常見方法法：將各種化化學(xué)類凍凍結(jié)抑制制材料，，比如如氯化鈉鈉、氯氯化鈣等等氯鹽類類融雪劑劑直接撒撒布到路路面表面面；抗凍結(jié)路面分類添加劑吸吸著型物理類物理化學(xué)學(xué)類添加材混混入型添加材混混入、吸吸著型化學(xué)類彈性體混混入型彈性體混混入、散散布型彈性體體壓入入型空隙填填充型型刻槽填填充型型彈性體體、添添加材材混入入型刻槽填填充型型空隙填填充型型1.對凍結(jié)結(jié)抑制制材料料顆粒粒表面面作憎水化化處理，，能夠降降低冰冰點下下降劑劑的吸吸濕性性能；；同同時，，憎憎水顆粒粒周圍圍分布布親水性性顆粒，，能能夠增增加鹽鹽分的析出出速度度，確確保凍凍結(jié)抑抑制效效果的的發(fā)揮揮；2.醋酸類類、、磷磷酸類類等復(fù)鹽鹽作為為新的的冰點點下降降劑，使使凍凍結(jié)抑抑制效效果大大幅增增加，，-9℃℃條件下下仍然能能夠發(fā)發(fā)揮凍凍結(jié)抑抑制的的功能能；3.凍結(jié)抑抑制路路面的的凍結(jié)結(jié)抑制制效果果可以以維持持6~7年，且且夏夏季鹽鹽分析析出量量比冬冬季少少。在路面面鋪裝裝材料料中摻摻加抗抗凍消消融化化學(xué)材材料,通過毛毛細作用化化學(xué)材材料緩緩釋溶溶出,達到路路面冰冰點下下降和和凍結(jié)結(jié)體破壞的的目的的。從從而在在一定定程度度上降降低路路面水水的結(jié)結(jié)冰率。由由于融融雪化化學(xué)材材料混混入的的是整整個鋪鋪裝體體,即使表表面層被被不斷斷消耗耗,體內(nèi)的的化學(xué)學(xué)材料料也會會不斷斷出現(xiàn)現(xiàn),能保持凍結(jié)結(jié)抑制制效果果的持持續(xù)性性。良良好的的材料料能達達到6年以上的抑抑制凍凍滑期期?；瘜W(xué)法法抑制制機理理主要是是通過過在路路面鋪鋪裝材材料內(nèi)內(nèi)添加加一定定量的的彈性材材料,改變路路面與與輪胎胎的接接觸狀狀態(tài)和和路面面的變形形特性性。利利用添添加的的彈性性材料料變化化能力力較強的特性,通過路面在外外荷載作用下下產(chǎn)生的自應(yīng)力,使路面冰雪破破碎融化,從而有效抑制制路面積雪的結(jié)冰冰,這種方法主要要是通過面層層變形達到防凍結(jié)目目的。物理法抑制機機理水泥固化型表面裹油型粉末型添加材混入型型水泥固化型的的鹽分以水泥泥固化成粒狀狀、圓球狀物物體表面裹油型的的鹽分以顆粒粒形式表面裹裹油后置換混混合料中的細細集料粉末型鹽化物物以粉體形式式置換混合料料中的石粉采用水泥固化化的氯化物與與保水性材料料填充混合料料的空隙，形形成半柔性的的抗凍結(jié)路面面。吸著型混合料空隙中中，填充高聚聚物鹽類（如如醋酸鉀）等等抑制凍結(jié)的的材料，達到到抑制冰雪的的目的。添加材混入型型、吸著型橡膠顆粒瀝青青混合料聚氨基甲酸乙乙酯彈性層將廢舊橡膠輪輪胎破碎成一一定形狀和粒粒徑的顆粒，，以骨料的形形式直接添加加于瀝青混合合料中，代替替部分集料。。彈性體混入型型采用聚氨基甲甲酸乙酯將堅堅硬石料與彈彈性橡膠顆粒粒黏結(jié)形成彈彈性層，鋪筑筑于路面上，，通過其彈性性避免了冰雪雪的附著，從從而提高了破破冰的能力。。在空隙率較高高的瀝青混合合料中摻加橡橡膠顆粒進行行鋪筑，鋪筑筑完成后在路路表撒布橡膠膠顆粒并馬上上進行碾壓。。這種路面可可以起到排水水、降噪和抗抗凍結(jié)等多種種作用。彈性體混入、、散布型在剛完工工的瀝青青混凝凝土路面面上鋪鋪撒直徑徑２ｃｍ的的五角形橡膠膠顆粒，用壓壓路機將其壓壓入瀝青混凝凝土路面。壓壓入路面內(nèi)的的橡膠顆粒有有小部分露出出路面，增加加了路面的摩摩擦力。同時時，車輛荷載載的作用使橡橡膠顆粒變形形，車輛通過過后的反彈力力使冰破碎，，從而防止路路面打滑。彈性體壓入型型在瀝青混合料料中，用聚氨氨基甲酸乙酯酯浸透后鋪筑筑，或在薄面面層鋪筑后以以刻槽形式壓壓入聚氨基甲甲酸乙酯彈性性層。通過其其彈性和光滑滑避免了冰雪雪的附著，從從而提高了抗抗冰凍的能力力?？障短畛湫托驮阡佒臑r瀝青混凝土土表面按一一定間距開開一直徑５５０ｍｍ、、深２５ｍｍｍ的小洞洞，然后壓壓入同樣尺尺寸的橡膠膠小圓柱體體，并同時時用纖維隙隙料填充。。在結(jié)冰后后只要經(jīng)過過行車的碾碾壓，由于于橡膠的彈彈性，冰層層就會自動動破裂。刻槽填充型型物理化學(xué)類類抗凍結(jié)路路面是同時時摻加彈性性體與鹽化化物后形成成的路面結(jié)結(jié)構(gòu)，在積積雪結(jié)冰的的情況下發(fā)發(fā)揮物理化化學(xué)綜合作作用，有效效地進行除除雪化冰。。物理化學(xué)類類抗凍結(jié)路路面摻加橡膠顆顆粒與鹽