嚴寒地區(qū)路緣石抗鹽凍技術(shù)研究

陳新軒，王耀東，，劉　英，田　波(．長安大學(xué)工程機械學(xué)院，陜西西安　70064; ．交通運輸部公路科學(xué)研究院，北京　00088)

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嚴寒地區(qū)路緣石抗鹽凍技術(shù)研究

陳新軒1，王耀東1，2，劉英2，田波2
(1．長安大學(xué)工程機械學(xué)院，陜西西安710064; 2．交通運輸部公路科學(xué)研究院，北京100088)

摘要:為解決路緣石出現(xiàn)的鹽凍破壞問題，設(shè)計5種混凝土配合比，分析不同配合比下路緣石的鹽凍破壞情況，其中配合比5的混凝土試塊抗鹽凍效果最佳;同時對成型面涂抹強化劑的混凝土試塊進行鹽凍試驗，結(jié)果顯示表面涂抹強化劑的試塊抗鹽凍效果明顯，在此基礎(chǔ)上對比分析配合比5與涂抹強化劑的混凝土試塊抗鹽凍效果，分析結(jié)果表明:涂抹強化劑的試塊效果較好。在試驗的基礎(chǔ)上，綜合考察環(huán)境要素對路緣石施工的影響，選擇最佳的施工時間。

關(guān)鍵詞:路緣石;配合比;鹽凍;環(huán)境要素

G6高速公路(內(nèi)蒙古集寧段)養(yǎng)護改造項目路緣石試驗段2012年10月施工，路緣石經(jīng)歷一個冬季鹽凍破壞后表面砂漿顯著破壞，但路緣石內(nèi)部混凝土狀態(tài)良好，并無明顯破壞。經(jīng)調(diào)查，路緣石施工采用商品混凝土，混凝土配合比為m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(水)∶m(砂)∶m(碎石) = 350∶80∶208∶867 ∶1 017，從混凝土配合比可以看出，混凝土水膠質(zhì)量比較大，為0．44，實際水膠質(zhì)量比更大，達到0. 48，且混凝土漿體含量過高，集料含量偏低，混凝土抗鹽凍性能難以保障。另外，由于路緣石混凝土中未摻加引氣劑或引氣型減水劑，致使混凝土抗凍性與抗鹽凍性能不良［1－4］。

1　抗鹽凍路緣石配合比設(shè)計

分析5種配合比情況下的混凝土鹽凍剝落情況，5種配合比及鹽凍循環(huán)30次時混凝土表面的剝落量(指鹽凍循環(huán)前后單位面積的質(zhì)量損失，g/m2)如表1所示，配合比1無任何外加劑，配合比2摻加高濃粉末狀減水劑，配合比3摻加液體類引氣緩凝型減水劑，配合比4摻加抗鹽凍的復(fù)合型減水劑，配合比5在配合比4的基礎(chǔ)上表面涂刷抗鹽凍防護劑［5］。

表1　混凝土的配合比及剝落量

由表1可知，配合比1的鹽凍剝落量最大，高達1 326 g/m2，因為路緣石用混凝土中未摻加抗鹽凍性能專用外加劑，且水膠質(zhì)量比達到了0．4，因此超出鹽凍破壞公認的限度標(biāo)準(zhǔn)。從配合比2～5的剝落量來看，在凝結(jié)硬化的抗鹽凍混凝土表面噴涂抗鹽損害專用防護劑的措施，可以更進一步顯著降低剝落量(剝落量可低至156 g/m2)。其抗凍乃至抗鹽凍性能顯著提高。由此說明路表構(gòu)造物等抗凍、抗鹽凍混凝土的性能得到了改善與提高，其改善與提高程度，取決于專用外加劑的選型(成本)與摻量［6－8］。通過提高混凝土含氣量(摻加專用引氣型減水劑)、提高混凝土密實度(工藝措施)、降低混凝土水灰比(技術(shù)措施)以及在凝結(jié)硬化的抗鹽凍混凝土表面噴涂抗鹽損害專用防護劑(養(yǎng)護措施)，抗鹽凍混凝土抗鹽損害性能完全可以改善與提高，即鹽損害及凍害是可以延緩與顯著弱化的。

2　不同表面處理的路緣石抗鹽凍性能分析

2．1表面處理對路緣石抗鹽凍性能的影響

就目前而言，無論是表面涂抹防護劑，還是在混凝土中摻加大量外加劑，其相對成本都比較高。為此，期望一種新方法，既能改善路緣石的抗鹽凍性能，同時又能改善路緣石表面的麻面氣孔現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場滑模施工經(jīng)驗，為了能改善路緣石表面的麻面氣孔現(xiàn)象，在路緣石成型模具后面再拖一個模具，該模具用來涂抹水泥砂漿，此法能大大改善表面質(zhì)量，但在嚴寒地區(qū)路緣石表面是否具有抗鹽凍性能目前未知。

借助于水泥砂漿涂抹裝置，研究噴灑強化劑再用涂抹裝置涂抹到路緣石表面的方法來改善路緣石的抗鹽凍性能，實際抗鹽凍性能需要進行試驗驗證。為此，采用配合比1進行進一步試驗研究，采用3種方式對混凝土表面進行處理。方法1，水泥混凝土成型后，表面不處理，直接進行養(yǎng)護;方法2，水泥混凝土成型后，在試塊的上表面涂抹1層2 mm厚的水泥漿，水泥漿中水灰質(zhì)量比與水泥混凝土相同;方法3，水泥混凝土成型后，在試塊的表面均勻撒上1層粉末狀強化劑，然后進行抹面。對試塊進行單面鹽凍性能試驗。

單面鹽凍試驗法如圖1所示。將混凝土試塊成型面4～6 mm浸泡在鹽溶液中進行鹽凍循環(huán)試驗，此試驗介質(zhì)為質(zhì)量分數(shù)為3%的NaCl溶液。選擇成型面作為鹽凍試驗測試面，采用木抹子對測試面進行處理。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護24 d后，在水中浸泡4 d待測。試件每個凍融循環(huán)在8 h內(nèi)完成，其中融化時間為4 h，凍結(jié)時間為4 h(試件從20℃降至－20℃的時間≯3 h，中心凍結(jié)溫度低于－10℃;－20℃升至20℃所用時間≯3 h)。每隔5次循環(huán)收集混凝土鹽凍剝蝕物，并重新更換鹽溶液［9－11］。剝落量B的計算式為

式中ΔM為試件質(zhì)量損失，g; S為混凝土試件接觸鹽溶液表面積，m2。

鹽凍循環(huán)30次后，測試混凝土試塊表面的剝落量，方法1～3的鹽凍剝落量分別為1 411，2 147，189 g/m2，即未經(jīng)表面處理的混凝土試塊的鹽凍剝落量為1 411 g/m2，而表面涂抹了水泥漿混凝土試塊的剝落量高達2 147 g/m2。因為純水泥漿的抗凍性能比較差，水泥漿內(nèi)部有很多氣孔，在低溫情況下容易出現(xiàn)裂紋，因此抗鹽凍性能很差，在非嚴寒地區(qū)，抹水泥漿可以使路緣石表面光滑無氣孔，達到了美化路緣石的效果，但在嚴寒地區(qū)抹水泥漿是非常致命的。涂抹強化劑的混凝土試塊鹽凍剝落量為189 g/m2，此種方式處理后抗鹽凍性能非常好。因為強化劑能有效滲透5～8 mm，與水泥混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成致密整體，同時有效提高表面耐磨性，抗壓強度提高40%，有效提高硬度和密度，抗鹽凍效果非常明顯，和涂抹防護劑的效果基本一致。

2．2鹽凍的防治措施對比分析

對比兩種混凝土防鹽凍措施，一種為添加劑，在混凝土新拌制階段直接將添加劑摻入混凝土中，改善基體混凝土抗鹽凍性能;另一種是混凝土硬化后，通過表面涂層避免鹽溶液侵蝕入混凝土內(nèi)部的方式進行防護。

圖1　鹽凍試驗

選取普通水泥混凝土作為參照，對上述兩種處理過的混凝土試塊進行鹽凍試驗，試驗結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，普通水泥混凝土表面出現(xiàn)的鹽凍破壞剝蝕比較嚴重，當(dāng)摻加抗鹽凍添加劑和進行表面涂層時，混凝土抗鹽凍性能有明顯提高，尤其進行表面涂層時，混凝土表面抗鹽凍效果更佳，但表面涂層的成本高于添加劑，具體使用時，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐柠}凍破壞情況及氣候狀況綜合考慮來選擇。

圖2　抗鹽凍防護效果

3　施工時間

滑模路緣石對表觀質(zhì)量要求嚴格，以表面不出現(xiàn)裂紋和氣孔為最佳。內(nèi)蒙古屬于草原嚴寒地區(qū)，氣候多變，因此選擇合理的路緣石滑模施工時間尤為重要［12］。采集了內(nèi)蒙古白音華至霍林郭勒一級路附近氣象站2009—2013年的氣象數(shù)據(jù)，分析氣象因素對施工的影響［13］。

3．1環(huán)境要素對滑模施工的影響

表2為2011年月平均溫度和月平均晝夜溫差數(shù)據(jù)。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，2011年1、2、3、4、11、12月的晝夜平均溫度低于5℃，根據(jù)施工規(guī)范要求，攤鋪現(xiàn)場連續(xù)5晝夜平均溫度低于5℃時應(yīng)該停止施工［14］，可見每年可施工的時間集中在5—10月，有時候5、10月夜間會出現(xiàn)溫度低于0℃的情況，需要剔除，因此選擇夏季施工為宜;從表2中還可看出2011年該地區(qū)夏季晝夜溫差較大在10℃以上，結(jié)合平均氣溫可知，該地區(qū)白天溫度高，若選擇白天施工很容易引起干縮裂縫，可考慮選擇傍晚施工。

表2　2011年月平均溫度與月晝夜平均溫差

圖3為2009—2013年太陽輻射量以月為單位的處理結(jié)果(月平均輻射量按照白天采集到的有效數(shù)據(jù)進行計算)。從圖4可看出，全年的太陽輻射量相對較小，除了個別月(2011年7月)，其他月的太陽月均輻射量不超過0．5 MJ/(m2·h) ;從圖3還可以看出，夏季輻射強度明顯高于冬季，冬季月均輻射強度低于0．2 MJ/(m2·h)，除2009年外，其余夏季月均輻射強度均超過0．4 MJ/(m2·h)［15］。

根據(jù)表3可知，夏季日照時間均超過12 h，日平均照射時間為14．5 h，根據(jù)日照時間和輻射量的對比可以看出，夏季日照時間長，輻射量較大。

2012－7－5—15內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)的風(fēng)速(每h采集1次數(shù)據(jù))狀況如圖4所示。從圖4中可以看出，7月上旬的最大風(fēng)速不超過8 m/s，白天風(fēng)速大，基本超過2 m/s，而夜間風(fēng)速很小，甚至無風(fēng)，若白天施工，需要噴灑養(yǎng)護劑，經(jīng)濟成本太高，適宜夜間施工。

圖3　按月處理太陽輻射量結(jié)果

2012年月平均晝夜?jié)穸戎等鐖D5所示。由圖5可以看出，整年內(nèi)白天相對濕度低于夜間，冬季相對濕度大于夏季，全年夜間相對濕度均高于60%，而在夏季夜間相對濕度高于80%，白天相對濕度低于70%，根據(jù)施工規(guī)范要求，夏季宜選擇夜間施工，白天相對濕度太小不適宜水泥混凝土路面的養(yǎng)生。

表3　2011年6月日照時間

圖4　2011年7月風(fēng)速

圖5　2012年月平均相對濕度

3．2施工時間的選擇

根據(jù)上述分析，最佳施工時間為夏季夜間，但考慮到施工的安全性和經(jīng)濟成本，施工時間也可選擇早上和傍晚施工，但一定要及時進行養(yǎng)護，保證路緣石表面不出現(xiàn)干縮裂縫。

4　　結(jié)論

1) 5種不同配合比混凝土的鹽凍循環(huán)試驗表明，摻加外加劑的混凝土的抗鹽凍性能明顯高于沒摻加外加劑的。

2)單面鹽凍試驗表明，同一種配合比3種不同處理方式的混凝土，表面涂抹硬化劑能大大提高混凝土抗鹽凍性，而表面涂抹水泥漿雖然能提高水泥混凝土表面的光潔度，但抗鹽凍性能極差。

3)摻外加劑和表面涂層均可以改良混凝土的抗鹽凍性能，應(yīng)對比分析混凝土摻外加劑和表面涂層的優(yōu)越性，綜合考慮經(jīng)濟成本、施工工藝等因素，選擇最合理的改良措施。

4)分析環(huán)境要素對施工的影響，夏季夜間為最佳的路緣石滑模施工時間，但考慮到安全性和經(jīng)濟成本，可選擇早上和傍晚施工，盡量避免溫縮和干縮裂縫出現(xiàn)，提高路緣石冬季抗鹽凍性能。

參考文獻:

［1］王稷良，申力濤，牛開民．路面水泥混凝土鹽凍參數(shù)與評價指標(biāo)研究［J］．混凝土，2012(2) : 21－24．

［2］王稷良，申力濤，牛開民．路面水泥混凝土抗鹽凍性能的影響因素［J］．公路交通科技，2013，30(10) : 1－5．

［3］張輝，潘友強，張健，等．水泥混凝土抗鹽凍性能影響因素研究［J］．重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2013，32(4) : 597－600．

［4］聶鵬．除冰雪劑對路緣石的破壞［J］．東北公路，1997，20(3) : 41－45．

［5］張士宏，范豐棟，高占豐．關(guān)于路緣石自然破壞原因的分析與防治［J］．遼寧交通科技，2000，23(4) : 20－22．

［6］巴恒靜，李中華，關(guān)輝．混凝土抗鹽凍性能影響因素的研究［J］．混凝土，2008(11) : 1－3．

［7］于亞軍．提高水泥混凝土路面抗鹽凍性的主要措施［J］．交通標(biāo)準(zhǔn)化，2008(9) : 97－99．

［8］張國強，覃維祖．混凝土抗鹽凍剝蝕試驗方法的研究［J］．公路交通科技，2000，17(2) : 5－8．

［9］孫叢濤，牛荻濤．混凝土抗鹽凍性能試驗研究［J］．硅酸鹽通報，2010(4) : 762－767．

［10］李連志，于靜波．混凝土抗鹽凍性能的試驗研究［J］．黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2008，22(3) : 14－17．

［11］張云清，余紅發(fā)，王甲春．鹽凍條件下混凝土結(jié)構(gòu)表面的損傷規(guī)律研究［J］．中國公路學(xué)報，2009，22(4) : 57－63．

［12］田波，牛開民，劉賀，等．水泥混凝土路面的氣象因素研究［J］．公路，2012(6) : 109－113．

［13］曾惠珍，吳梅容．福州水泥路面的溫度預(yù)測及氣象要素分析［J］．四川理工學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2013，26(5) : 51－55．

［14］交通運輸部．JTGT F30—2014公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細則［S］．北京:人民交通出版社，2014．

［15］劉虎虎，田僖，王富．太陽輻射對混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響［J］．水電能源科學(xué)，2013，31(5) : 106－108．

(責(zé)任編輯:郎偉鋒)

Research on Salt Frost Technology of Curb Stone in Cold Region

CHEN Xinxuan1，WANG Yaodong1，2，LIU Ying2，TIAN Bo2
(1．School of Construction Machine，Chang'an University，Xi'an 710061，China; 2．Research Institute of Highway，Ministry of Transport of the People's Republic of China，Beijing 100088，China)

Abstract:To solve the problem of the salt frost damage of curb stone，this paper designs 5 kinds of mixture ratio and analyzes the influence of frost damage on curb stone under the different mixing proportion，among which the concrete samples with the No．5 ratio have the best effect over the salt frost．At the same time，the salt frost experiment on cement concrete samples which cover some fortifier on its surface shows that the fortifier's effect is obvious．Based on those experiments，the paper makes a comparative analysis of the influence of frost damage on cement concrete samples with the No．5 ratio or fortifier and concludes that the effect of the samples with the fortifier is better for cement concrete．Based on all the experiments and comprehensive consideration of the influence of environmental element on curb stone construction，it is concluded that the best thing is to select the good construction time．

Key words:curb stone; mixture ratio; salt frost; environmental elements

作者簡介:陳新軒(1960—)，男，西安人，副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向為公路機械化施工與管理．

收稿日期:2014－12－03

DOI:10．3969/j．issn．1672－0032．2015．01．013

文章編號:1672－0032(2015) 01－0064－05

文獻標(biāo)志碼:A

中圖分類號:U417．4