融雪劑對水泥混凝土路面的破壞機理及防治

融雪劑對水泥混凝土路面的破壞機理及防治蓋曉連;邰連河【摘要】融雪劑因具有一定的除冰雪作用而廣泛應(yīng)用于北方的冰雪路面，混凝土路面因此處于鹽凍狀態(tài)，出現(xiàn)路面剝蝕破壞.通過分析融雪劑對混凝土的鹽凍破壞機理,提出混凝土早期破壞的防治措施.通過混凝土凍融破壞研究的現(xiàn)狀分析，為實驗室研究提出更有利于北方公路建設(shè)的設(shè)計方案及注意事項.【期刊名稱】《黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)》【年(卷)，期】2012(026)002【總頁數(shù)】3頁(P40-42)【關(guān)鍵詞】融雪劑;混凝土;凍融破壞【作者】蓋曉連;邰連河【作者單位】東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院,黑龍江哈爾濱150027;東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院黑龍江哈爾濱150027【正文語種】中文【中圖分類】U416.216在北方寒冷地區(qū)，每年冬季持續(xù)時間較長，降雪量較大，氣溫較低。為了保證路面行車暢通，通常在雪后拋撒融雪劑以達到迅速融雪效果。融雪劑在融雪的同時給混凝土帶來了極大的凍害，引起混凝土路面的嚴(yán)重剝蝕、橋梁鋼筋的銹蝕。以哈爾濱為例，冬季最低氣溫約在-30OC，持續(xù)時間長達4個月以上，一些設(shè)計年限在20a、30a的混凝土路面，在不到設(shè)計年限一半的時間內(nèi)就出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，研究表明與融雪劑的大量使用有直接關(guān)系。目前，我國正處于大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段，修建大量的高速公路、通鄉(xiāng)公路、立交橋等，如何能夠以破壞的實例為鑒，更好地掌握融雪劑的破壞機理，延長道路和橋梁的使用壽命，為新建工程提供技術(shù)支持，是一項值得長期深入研究的課題。1現(xiàn)狀分析1.1混凝土凍融破壞的現(xiàn)狀中國于20世紀(jì)70、80年代興建的立交橋在90年代初發(fā)生嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象。以北京三元橋和西直門等立交橋的破壞為例，分析原因主要是下雪時灑融雪劑弓I起的。國際上，20世紀(jì)80年代北美、歐洲、日本等國組成一個技術(shù)專家組，對約80萬座道路橋梁進行現(xiàn)場調(diào)查、分析測試。結(jié)果指出，寒冷地區(qū)融雪劑引起的鹽凍剝蝕破壞和鋼筋銹蝕破壞是道橋破壞或失效的最主要原因，對這類破壞的防治與修補也是混凝土結(jié)構(gòu)中最棘手的問題［1］。1.2混凝土凍融破壞研究的現(xiàn)狀世界各國高度重視混凝土在鹽凍環(huán)境下的破壞情況，開展大量實驗研究，并積極地把研究成果應(yīng)用于實際工程中，取得了良好效果。各國學(xué)者對混凝土凍融破壞做了大量研究的同時提出一系列假說，主要有：冰的分離層假說、靜水壓力假說、沖水系數(shù)假說、滲透壓力假說、溫度應(yīng)力假說等。在衡量混凝土抗凍性能的技術(shù)指標(biāo)方面，除了常用的強度、相對動彈性模量、質(zhì)量損失等，還包括平均氣泡間距、臨界水飽和度、平均空隙因子等指標(biāo)的分析；在混凝土抗凍性能研究的技術(shù)手段方面，有顯微鏡觀測、超聲波測試、磁共振成像技術(shù)、中子衍射技術(shù)等；在對混凝土抗凍性能的應(yīng)用型研究方面，主要包括自密實混凝土、再生骨料混凝土、高爐礦渣混凝土、纖維混凝土、硅灰混凝土、粉煤灰混凝土等抗凍性能研究。已有文獻資料顯示，混凝土凍融研究多以室內(nèi)研究為主，對凍融后的混凝土進行力學(xué)性能試驗研究，積累了大量標(biāo)準(zhǔn)（快速凍融）凍融試驗數(shù)據(jù)，提高對凍融現(xiàn)象認識的同時，也發(fā)現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)與混凝土的抗鹽凍性能之間的聯(lián)系并不十分明確，有待進一步研究。盡管混凝土凍融破壞機理十分復(fù)雜，至今沒有一個公認的能夠完全解釋混凝土凍害的理論，但這些研究為工程建設(shè)提供了較有力的理論支撐，為當(dāng)前的研究工作指明了方向。2融雪劑及使用現(xiàn)狀融雪劑是由化冰鹽（用來降低冰雪冰點的鹽）演變而來的。目前常用的融雪劑大致分為三類：一類是氯鹽型，例如氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉等；第二類是非氯鹽型，有機鹽或無機鹽，例如鈣鎂乙酸鹽、乙酸鉀等；第三類是混合型，氯鹽+非氯鹽、氯鹽+非氯鹽+阻銹劑［2］。目前，所使用的融雪劑主要成分為氯化鈉，氯化鈉具有降低冰點性能好等特點，因其價格低廉而廣泛應(yīng)用。從已有技術(shù)資料表明，在美國和俄羅斯等國，鈣鎂乙酸鹽和乙酸鉀有一定的應(yīng)用，氯化鈉在一些交通發(fā)達國家至今仍在使用，而且多用干噴法。3融雪劑對混凝土路面的破壞機理融雪劑對混凝土的破壞是指混凝土在凍融循環(huán)條件下，使用融雪劑而弓I起的混凝土表面起皮、剝落、開裂等破壞，破壞速度遠大于普通混凝土的凍融破壞速度。大量研究結(jié)果表明，融雪劑對混凝土的侵蝕主要是物理作用與化學(xué)作用的綜合效應(yīng)。3.1融雪劑的物理作用ACI認為，混凝土破壞的主要原因在于融雪劑對混凝土的物理作用。在使用融雪劑時，因鹽具有吸濕性和保水性，使得融雪劑作用下的混凝土的初始飽水度高于普通混凝土，溫度降低時，混凝土中可凍水將產(chǎn)生體積膨脹，產(chǎn)生結(jié)冰壓力。當(dāng)混凝土的飽水度達到或超過臨界飽水度時，混凝土受到拉應(yīng)力作用，并因凍融循環(huán)的增加，破壞不斷加劇。楊全兵等學(xué)者的研究表明，鹽含量愈高，達到平衡時間愈短，飽水愈快，加劇體積膨脹。融雪劑使冰雪融化的同時吸收大量的熱量，使冰雪層下的混凝土溫度下降，產(chǎn)生附加凍害。融雪劑在拋灑時難以保證均勻，導(dǎo)致混凝土表面和內(nèi)部之間形成鹽濃度差，產(chǎn)生滲透壓?；炷猎谑軆鰰r分層結(jié)冰，產(chǎn)生的應(yīng)力差導(dǎo)致破壞力增加，加劇了混凝土的層層剝落。3.2融雪劑的化學(xué)作用朱蓓蓉等學(xué)者進行了除冰鹽對混凝土化學(xué)侵蝕機理的試驗研究，結(jié)果表明，復(fù)鹽的形成是融雪劑中鹽分造成混凝土嚴(yán)重化學(xué)侵蝕的主要原因。融雪劑的化學(xué)作用主要是由復(fù)鹽形成導(dǎo)致的。復(fù)鹽具有膨脹性，通常集中在混凝土表層，表層膨脹而內(nèi)部收縮，必然引起混凝土表面剝落。當(dāng)混凝土中含有活性骨料時，融雪劑中的鹽組分將加速堿骨料反應(yīng)，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。另外，Ca（OH）2的溶出也會引起混凝土破壞，由于Ca（OH）2溶于水，混凝土有一定的滲透性，當(dāng)有壓力和水流作用時，水流將Ca（OH）2溶出帶走，使水泥混凝土空隙率增加，強度下降。隨著Ca（OH）2被溶出，高堿性水化物變成堿性水化物，最終喪失膠結(jié)能力，水泥混凝土結(jié)構(gòu)破壞進一步降低，最終導(dǎo)致整體破壞［3］。4混凝土凍融破壞防治措施4.1針對不同路面采用不同的除冰雪措施針對不同路面采用不同的除冰雪措施，對于普通水泥混凝土路面應(yīng)該嚴(yán)格控制融雪劑的使用量，盡量使用環(huán)保型融雪劑；對于瀝青混凝土路面，堆積的冰雪要及時運走以防止融雪劑溶液進入綠化帶，更不能將殘雪堆積在樹木周圍及綠化帶內(nèi)；對于橋面除雪，應(yīng)該采用機械除雪為主，人工清雪為輔的方式，杜絕使用氯鹽類融雪劑;對于車站等考慮采用熱雪機和融雪劑除雪［4］。此外，除雪措施的選擇應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、地形條件、原材料供應(yīng)等因素，以達到最佳的除雪效果，在可能情況下盡量減少融雪劑的使用。4.2采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣呋炷恋目孤饶芰?） 混凝土中摻加引氣劑。大量的室內(nèi)試驗證明，引氣劑對于提高混凝土抗凍性能效果顯著。針對此可提高我國道橋混凝土工程中引氣劑的使用率。2） 降低水泥用量、提高粉煤灰等的摻量。試驗表明，摻加粉煤灰的混凝土具有高抗?jié)B、低收縮、不開裂等特點，可以提高混凝土的抗氯能力。3） 在道橋混凝土工程中對鋼筋進行隔離處理，如鋼筋表面涂防銹膜。4.3制定適合北方的混凝土配合比方案和技術(shù)規(guī)范現(xiàn)行通用的《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTGE30-2005）具有通用特性，但針對北方地區(qū)道橋的混凝土配合比設(shè)計等缺乏針對性。提出適合北方混凝土路面的配合比設(shè)計方案顯得尤為重要。制定的技術(shù)規(guī)范應(yīng)該具有這樣的特點：針對性強，本著高抗?jié)B、高抗凍融、低開裂的原則，對混凝土的原材料、水泥品種、骨料種類、骨料尺寸和粒度分布、混凝土品質(zhì)、引氣量、抗?jié)B性、強度、抗凍融性、橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計、面層厚度、鋼筋粗細及間距等，施工過程以及施工氣象條件等各個方面做出有針對性的要求［5］。4.4其他措施1） 在融雪劑能噴灑到的植被區(qū)，盡量選用耐鹽植物和耐鹽草類等植被。2） 積極借鑒成功經(jīng)驗，有針對性采納。例如，對于氯離子滲入橋體腐蝕鋼筋問題，歐美各國主要從保護橋面角度采取措施；為防止氯離子滲入鋼筋混凝土橋體英國采取的措施是設(shè)置有效的防滲隔離層，保證排水系統(tǒng)的有效性。3） 研究新型的環(huán)境友好型融雪劑。制定出更為詳盡的融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，頒布相應(yīng)法律法規(guī)，規(guī)范融雪劑的生產(chǎn)、檢驗與使用。開發(fā)出新型高效友好型融雪劑是根本的解決辦法。5結(jié)束語目前，融雪劑作為北方冬季除冰雪的主要手段，將在長時間內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮作用。在融雪劑的使用過程中，要特別注意撒布融雪劑的方式方法。探索融雪劑對混凝土路面破壞的防治方法仍將是一項值得長期研究的課題。參考文獻[1]劉林，劉坤巖.融雪劑對混凝土路面剝蝕破壞機理及預(yù)防措施的研究[J].中外公路，2010(10):115-119.[2]李連志，柳俊哲，劉彥書，等.除冰鹽對混凝土的早期破壞機理及防治[J].低溫建筑技術(shù)，2005(4):13-15.[3]T.C.Powers,R.A.Helmuth.TheoryofvolumechangesinhardenedPortlandcementpasteduringffeezing[J].Proceedings,HighwayResearchBoard,1953,32:285-297.馮乃謙.混凝土耐久性系列講座——混凝土的抗凍性[J].施工技術(shù)，1995(12):38-39.駱虹，羅立斌，張晶.融雪劑對環(huán)境的影響及對策[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2004(1):55-57.[6]楊全兵，吳學(xué)禮，黃士元.去冰鹽引起的混凝土的鹽凍剝蝕破壞[J].混凝土，1995(6):38-4