前夕混凝士路面凍害成因與防治

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，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。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、分成個別孤立的毛細(xì)孔，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向附近氣泡排除時，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?；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(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，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)流向已凍冰地點(diǎn)，方向恰好相反。未凍地點(diǎn)的水移動一定距離后，最后以冰凍結(jié)束，作為水流運(yùn)動的結(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。

骨料作為一個組分，如果冰凍膨脹同樣會成為導(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，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：

　　材料的性質(zhì)；

　　氣候條件；

　　材料使用方式。

　　構(gòu)造因素：如有筋無筋、體積大小、厚薄、排水措施等。

　　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。

　　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(diǎn)以及干擾冰晶生長，有效保護(hù)未成熟混凝土不受凍脹破壞，在負(fù)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(dǎo)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(xì)孔中冰凍所產(chǎn)生的多余體積，有助于保護(hù)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)過充分水化，就有可能生產(chǎn)出實(shí)際上不包含可凍水的混凝土路面。不包含毛細(xì)水的混凝土路面，由于凝膠中空間極微細(xì)，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：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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后采取棉氈包裹繼續(xù)保溫，以此延長混凝土養(yǎng)護(hù)周期，保證成熟混凝土充分水化，盡量降低路面毛細(xì)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(jìn)料困難、砂石料在料場或運(yùn)輸過程中受凍，砂石料應(yīng)在入冬前組織進(jìn)場；砂石料應(yīng)在入冬前進(jìn)行蓋上10cm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(jìn)入攪拌機(jī)內(nèi)，給混凝土溫度帶來損失；防止部分凍塊進(jìn)入攪拌機(jī)內(nèi)會很難被粉碎、溶化，嚴(yán)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(jìn)行保溫，禁止對其進(jìn)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(jìn)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?yàn)榧訜崴O(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?xí)r，把水加熱65—85℃?；蛘甙阉褪傲弦积R加熱到60一70℃，要保證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(yùn)輸距離不宜太遠(yuǎn)。防止在運(yùn)輸過程中降溫過快。應(yīng)事先將前臺各種機(jī)具準(zhǔn)備好。混凝土入模后抓緊時間振搗、整平、抹面。

　　5.3混凝土的拌和?；炷涟韬土系耐读享樞颍?）砂石料進(jìn)拌和機(jī)加90%的水進(jìn)行攪拌1min；2）水泥、外加劑進(jìn)拌和機(jī)進(jìn)行攪拌1．5min以上并補(bǔ)充剩余10%的水分；砂石料與水泥、外加劑分開進(jìn)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(dāng)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(yùn)輸。各種混凝土運(yùn)輸車、混凝土輸送泵以及管道在使用前必須用熱水清洗加溫；保證運(yùn)輸過程順暢、運(yùn)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(jìn)行加溫，包括模板、鋼筋均必須采取有效措施如暖棚進(jìn)行加溫至10℃以上方可進(jìn)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(fù)責(zé)，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(fù)合性外加劑，采用5～25mm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(hù)：.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(剛澆筑抹面的混凝土塑料布放到底層，可防止草粘到混凝土上妨礙最后一遍抹面壓紋)，以減少路面熱量的失散．同時為防止雨雪天氣把草苫子濕透而失去保溫作用，宜在上層再蓋上一層塑料布。特別值得注意的是，因鋼摸板散熱快、致使混激土兩側(cè)結(jié)冰．因此?；炷了倪叄欢ㄒ雍裆w好，減少空氣對流。

　　5.8嚴(yán)密注意天氣變化情況、遇到陰雪天氣或冷空氣入侵，應(yīng)暫停混凝土的作業(yè)、待氣溫稍回升后再作業(yè)。　