融雪劑對道路水泥混凝土影響研究

程培峰 劉 滿 魏玉偉

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

目前，水泥混凝土因為它的成本低、力學(xué)強(qiáng)度高，施工方便等優(yōu)點，仍然被廣泛的應(yīng)用在道路工程中。而我國北方的冬季，常常會伴有降雪，與此同時道路上積雪結(jié)冰，嚴(yán)重的影響了行車安全。去除路面上的冰雪最常用、也最經(jīng)濟(jì)有效的手段就是向道路拋灑融雪劑。但使用融雪劑同樣是有利有弊的，它能夠快速的使道路上的冰雪融化，從而保障行車的安全，但是它會對路面造成嚴(yán)重的破壞。經(jīng)調(diào)查研究，在使用融雪劑的1年～2年后路面就會出現(xiàn)鹽凍剝蝕破壞，嚴(yán)重影響了路面的耐久性，縮短了道路的使用壽命，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。有關(guān)于道路水泥混凝土的耐久性問題也已經(jīng)是困擾工程界的難題，因此研究關(guān)于道路水泥混凝土在融雪劑作用下的抗凍能力是很有意義的。

1 鹽凍破壞特點

鹽凍破壞的發(fā)展往往非常的迅速，在不摻加混凝土外加劑的情況下，使用氯鹽融雪劑除冰雪后的1個～2個冬季，路面就會出現(xiàn)一定程度上的剝蝕性的損傷。通常混凝土從它的表面開始發(fā)生破壞，表面的水泥砂漿脫落，露出了骨料，從而導(dǎo)致混凝土表面不平。另外，混凝土表面的剝蝕破壞是分層進(jìn)行的，被破壞的表面下的混凝土依舊是完好的。除去剝蝕層之后，混凝土的抗壓性能正常。在剝蝕層的上面可以看得到白色晶體。

2 鹽凍破壞機(jī)理

2.1 凍融破壞機(jī)理

對于凍融破壞的機(jī)理，已經(jīng)有前人進(jìn)行過大量分析?，F(xiàn)有比較成熟的兩個理論，分別是靜水壓理論、滲透壓理論。

鮑爾斯的靜水壓理論認(rèn)為，在混凝土受凍的時候，其孔溶液就會結(jié)冰、膨脹。同一孔隙里沒有結(jié)冰的孔溶液就會向外流動?？兹芤盒枰朔欢ǖ淖枇Σ趴闪鲃?，那么就會出現(xiàn)靜水壓，產(chǎn)生一定的應(yīng)力。靜水壓力與孔溶液流經(jīng)的長度呈正相關(guān)，那么流程的長度增加靜水壓力也會相應(yīng)的增加。當(dāng)流程長度增加到一定的數(shù)值時，靜水壓力達(dá)到極限，大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而對混凝土造成一定的破壞。鮑爾斯對這個理論又加以完善，定量的研究了氣孔間距對混凝土抗凍性的影響，提出了能夠保障混凝土抗凍性能的最小氣孔間距。同時表明了影響靜水壓大小的因素：混凝土的滲透能力，水飽和的程度，氣孔的大小、距離等。

鮑爾斯、海爾姆斯、賴特曼提出的滲透壓理論認(rèn)為，混凝土在受凍的時候，能夠讓孔溶液結(jié)冰的溫度和孔的大小是有關(guān)系的?？自叫∈箍兹芤航Y(jié)冰的溫度也就越低。當(dāng)大的孔隙里的溶液結(jié)冰，孔溶液的濃度也就隨之升高，而這時小孔隙里的溶液就會向大孔隙里滲透，也就形成了滲透壓，這時候壓力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土就受到了破壞?？紫吨械谋涂兹芤簝煞N自由能的差形成了滲透壓。這個理論很適合來解釋融雪劑溶液作用下的滲透壓力的現(xiàn)象。對于某個特定的孔，當(dāng)達(dá)到一定的溫度的時候，孔內(nèi)的部分水就會結(jié)冰，導(dǎo)致鹽溶液濃度變高。而這個時候，其他孔中的孔溶液就會向鹽溶液濃度高的孔中遷移，來平衡鹽溶液的濃度。在鹽溶液從一個孔到另一個孔流動的過程當(dāng)中就會產(chǎn)生滲透壓力，同時孔溶液的遷移也會使冰體不斷的增多，而后滲透壓就會不斷的增大，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生破壞[2]。

2.2 鹽凍破壞機(jī)理

混凝土的鹽凍破壞和凍融破壞本質(zhì)是相同的，鹽凍破壞僅僅改變了破壞的強(qiáng)度和質(zhì)量損失的速度，但是卻不改變其機(jī)理。融雪劑具有吸濕和保水的性能，使混凝土更加的飽水，同時飽水時間也有所增加，從而增大了靜水壓力并對混凝土產(chǎn)生更為嚴(yán)重的破壞。融雪劑逐步滲入混凝土內(nèi)也會使其內(nèi)部濃度產(chǎn)生差異，從而使各層的冰凍程度有所不同，受凍時就會出現(xiàn)應(yīng)力差，形成滲透壓，引起內(nèi)部應(yīng)力。融雪的過程會吸收熱量，這會使冰雪下面的混凝土溫度急劇降低，產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，使混凝土破壞的更為迅速。

3 鹽凍破壞程度的影響因素

3.1 外部因素

3.1.1融雪劑種類

現(xiàn)如今，正在應(yīng)用中的融雪劑種類繁多，經(jīng)研究表明，不同種類的融雪劑對水泥混凝土造成的損傷程度也有所不同。各類融雪劑也有其特有的優(yōu)缺點。其中應(yīng)用最多的是氯鹽類融雪劑，它具有結(jié)冰溫度低、造價低、融雪效果優(yōu)良等優(yōu)勢。但是，它對路面以及周圍環(huán)境所帶來的損害也是非常巨大的。而一些非氯鹽有機(jī)物，如醋酸鈣、醋酸鎂等，還有一些環(huán)保型融雪劑，如醇類、尿素等。相對來說對路面和周圍環(huán)境的影響有所降低，但因其冰點低、價格高等因素沒有得到廣泛的應(yīng)用，僅在橋梁，跑道等特殊交通設(shè)施中得到應(yīng)用。

對于融雪劑種類對混凝土破壞程度的影響，查湘義做了一定的研究。研究結(jié)果表明對混凝土破壞程度由大到小融雪劑的種類分別是，氯化鈉>氯化鈣>氯化鎂>硝酸鎂。同時表明與鹽凍破壞相比，鹽對混凝土的化學(xué)侵蝕破壞是很小的[3]。

3.1.2鹽溶液濃度

鹽凍破壞程度并不是一直隨著鹽溶液濃度增加而增大的，經(jīng)大量的研究表明在鹽溶液的濃度為4%時，混凝土受到的鹽凍剝蝕破壞是最嚴(yán)重的，當(dāng)鹽溶液濃度大于4%混凝土受到的破壞程度反而降低。原因是鹽溶液的作用效果具有雙重性。一方面，由于有鹽溶液的存在，結(jié)冰的溫度會有所降低，這是對抗凍有利的。另一方面，鹽溶液吸濕飽水的能力，又大大的提高了混凝土的飽水程度，對抗凍不利。因此，在溶液濃度為0%～4%的時候，鹽溶液的吸濕飽水性占主導(dǎo)因素，混凝土破壞程度隨鹽溶液濃度的增大而加大。增加到4%以上時，鹽溶液降低冰點的有利因素占主導(dǎo)，混凝土的破壞程度隨鹽溶液濃度的增大反而減小[4]。

3.1.3混凝土表面處理

在混凝土表面刷涂料是一種降低鹽凍破壞程度的有效手段?，F(xiàn)在應(yīng)用中的防水涂料也有許多種類。涂料能在混凝土表面形成一層防護(hù)膜，從而減少水的進(jìn)入，提高了混凝土的抗?jié)B性能，同時也提高了耐鹽凍性能。但是在道路混凝土上應(yīng)用不是很廣泛。

3.2 內(nèi)部因素

3.2.1水灰比

水灰比能夠極大的影響混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，同時對耐久性也存在著一定的影響。而研究表明水灰比小，則混凝土的強(qiáng)度就高，混凝土的抗鹽凍性能也隨之變好。降低水灰比能夠使混凝土的孔隙率變小，有害的大孔減少，小孔或微孔等有益孔增加，從而改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土強(qiáng)度增大，抗鹽凍性能增強(qiáng)。熊建平等人的研究結(jié)果表明水灰比對鹽凍條件下的剝蝕量影響很大，隨著鹽凍循環(huán)數(shù)從30次增至120次，水灰比為0.40的混凝土剝蝕量相較水灰比為0.44時的剝蝕量降低了11%～29%。吳澤媚的試驗研究也表明C50混凝土較C30混凝土表現(xiàn)出更加良好的抗鹽凍性能[5]。

3.2.2引氣劑

適當(dāng)添加引氣劑，會使混凝土中的含氣量增大，且引入較多為小孔，使混凝土內(nèi)部的氣泡間距變小，是提高混凝土耐鹽凍性能的非常有效的手段。但是伴隨著含氣量的增大，混凝土的各項強(qiáng)度會有所下降。不過引氣劑的加入會提高拌合物的流動性，可以采用提高水灰比的方式來補(bǔ)償抗壓強(qiáng)度，提高抗折強(qiáng)度。引氣劑應(yīng)用在道路混凝土上是很有益處的。

3.2.3礦物細(xì)摻料

礦物細(xì)摻料通常都具有超細(xì)粒作用，能夠更好的填充混凝土的孔隙，使混凝土孔結(jié)構(gòu)更加優(yōu)良。更有一部分礦物細(xì)摻料具有火山灰活性，如硅灰、粒化高爐礦渣等，它們與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成具有膠凝性的物質(zhì)，改善混凝土過渡層的性質(zhì)，從而提高混凝土抗鹽凍性[6]。

4 結(jié)語

1)混凝土鹽凍破壞特征表現(xiàn)為分層剝蝕，且破壞速度快。

2)混凝土鹽凍破壞只是將凍融破壞進(jìn)程加快，并沒有改變破壞方式。而凍融破壞機(jī)理則有靜水壓理論和滲透壓理論。

3)融雪劑種類、濃度，混凝土表面的處理，混凝土水灰比，引氣劑、礦物細(xì)摻料的使用等因素都能夠影響混凝土的抗鹽凍性。

[1] 王有振.氯鹽類融雪劑對混凝土路面危害分析[J].齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,28(4):71-74.

[2] 李光明,丁文霞,楊健琳.融雪劑的作用機(jī)理及危害分析研究[J].交通科技,2011(1):78-80.

[3] 查湘義.CMA融雪劑對水泥混凝土的影響試驗研究[J].宜春學(xué)院學(xué)報,2016,38(9):50-52.

[4] 楊全兵.鹽及融雪劑種類對混凝土剝蝕破壞影響的研究[J].建筑材料學(xué)報,2006(4):464-467.

[5] 吳澤媚,陳東豐,高培偉,等.氯鹽和凍融雙重作用對混凝土抗鹽凍性的影響[J].硅酸鹽通報,2011,30(6):1244-1248.

[6] 李中華,巴恒靜.道路混凝土抗鹽凍性能的研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版),2008(5):79-83.