凍害對水泥混凝土路面的影響

孔小兵

摘要：一直以來，隨著道路交通量的迅速增長，對水泥混凝土路面的要求也越來越高，也因此導致水泥混凝土路面的病害也越來越受到行業的重視。本文通過對水泥混凝土路面產生凍害的原因及影響路面凍害的主要因素進行分析，提出相應的應對措施，從而減少凍害對水泥混凝土路面的影響。

關鍵詞：水泥混凝土凍害；因素；措施

中圖分類號： TV331 文獻標識碼： A

引言

水泥混凝土路面的使用壽命能夠達到正常使用年限的很少，影響的諸多因素有混凝土的抗彎拉強度、路面的厚度、凍害影響、道路超載、基層的穩定及日常的養護和管理。其中混凝土路面的凍害影響尤為嚴重，這些與混凝土日常養護和管理都是有直接關系的。

一、水泥混凝土路面凍害產生的原因

現如今路面的混凝土都是通過水泥的水化作用，逐漸凝結和硬化，直至獲得最終強度。因此水泥水化作用的速度非常關鍵，它不但與混凝土材料組成和配合比有關，而且隨著溫度的高低而變化。當溫度升高時，水化作用加快，強度增長也較快；而當溫度降低到0℃時，存在于混凝土中的水有一部分開始結冰，逐漸由液相變為固相。然而因參與水泥水化作用的水減少了，而導致水化作用減慢，強度增長相應較慢。溫度繼續下降，當存在于混凝土中的水完全變成冰即完全由液相變為固相時，水泥水化作用基本停止，此時強度就不再增長。

（1）混凝土路面拌和和施工成型期：混凝土路面其強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度低、空隙率高、含水多，極易發生凍脹破壞。凍脹破壞的外觀特征是材料體內出現若干的冰夾層，彼此平行而垂直于熱流方向。第一層孔穴中冰凍后，在冰晶生長的過程中，材料質體受到拉應力，如果超過抗拉強度即破壞。

（2）混凝土路面養護期滿后：混凝土路面中存在的空隙的有三種，即凝膠孔、毛細孔及氣泡。而三種孔徑的空隙中，凝膠水由于表面的強大作用不大可能就地凍結，氣泡水和毛細水易凍結因而可凍水主要集中在水泥石及骨料顆粒的毛細孔中?；炷林懈鞣N孔徑的空隙可認為連續分布，分布在這些空隙中的水在降溫過程中將按順序逐步凍結。凍水一般是溫度的逆函數，溫度愈低，可凍水愈多。

二、凍害對水泥混凝土路面的影響

1、道路表面起皮脫落：因在上凍前路面低洼處積水，凍融后將會使道路的表面受到破壞，表層磨損也會加劇。從而造成平整度下降，行車顛簸，并且年復一年逐年加重。

2、路面混凝土強度下降：水分慢慢滲透到路面混凝土板內。當受凍時，就會形成冰晶體，未受凍的水分也會自動的向冰晶的表面遷移，使冰晶體逐漸脹大，產生張力。當張力大于混凝土材料的抗拉強度時，混凝土板表面材料就會成片的剝落下來。也正是因為混凝土板內部形成細微的裂縫，才會使得道板厚度減薄，承載力下降，導致混凝土強度逐年降低。

3、斷板：斷板是由于基層強度不夠，路基產生不均勻下沉造成的。地帶類型潮濕、含水量大，深秋路段排水不利、使基層和路基長期浸泡，地下水位高、毛細水豐富等均會在受凍時產生冰體，體積膨脹，把混凝土板折斷，形成斷板的現象。

三、設計上的預防

粗集料應用堅固密實的，粒徑過大，針片狀多的粗集料對混凝土的抗凍性不利。

細集料應堅硬，清潔的中粗砂為好，含泥量不能超標。適當提高砂率，改善和易性并充分搗實可提高混凝土的抗凍性能。

正確選擇水泥品種和用量。試驗證明抗凍性比較好的混凝土用水泥順序為：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅鹽水泥；用量一般不低于350kg/m 3.

水灰比：規范規定不應超過0.45.在其他相同條件的情況下。水灰比越小越好，用水量越少抗凍性越好。

填縫材料：縱橫縮縫、脹縫和施工縫等要根據當地氣溫選擇最佳材料填縫。目前比較普遍使用的有瀝青膠泥、塑料、橡膠條和樹脂類。如材料和選用施工方法不當，會給以后養護帶來很大不便。營白公路選用橡膠條（東北凍脹地區），但施工時縫壁粘合不好。行車不到半年，有一部分膠條脫落，被車輪帶走。如不及時修補，路面滲水會加速面板的破損。

增設墊層：在水溫狀況不良地段的路基與基層之間增設墊層，墊層要有良好的水穩定性和抗凍性，并有一定強度。應能起到排水、防污、防毛細水、抗凍脹的作用。分散路面荷載力，減少土基的應力和變形。

四、提高水泥混凝土路面凍害防治措施

針對上文所述的影響因素，以材料和施工因素為例來研究如何進行水泥混凝土路面的凍害防止措施，具體的有以下幾個方面的措施。

1、更換板塊的處理

水泥混凝土路面板塊經確認表損處理已達不到行車要求是就應刨除，重新澆筑板塊。新澆筑的板塊應快硬高早強，不允許長時間封閉交通。新混凝土應收縮小，新老混凝土結合處盡量少出縫隙，而且應粘結好，耐磨性不低于老混凝土；耐久性好，施工和易性好，新老混凝土顏色應基本一致。

傳統修補材料：長期以來，用瀝青混凝土修補水泥混凝土路面，盡管方法簡單，但隱患較多。如一剛一柔強度不均、平整度不好、使用壽命不一致、不美觀、一片白種出現黑色塊，給行車不安全和不舒服感覺。二是用普通水泥混凝土，收縮大，新老混凝土拉開，粘結不好，養生時間長，影響交通。

快硬硅酸鹽水泥：使用快硬硅酸鹽水泥拌制的混凝土，當氣溫在5~20℃時施工。3天即可投入使用。它的初凝時間比普通混凝土快0.5h~1.5h，終凝時間快2h~3h，所以施工時要掌握抹光、拉毛等時間，在其他性能上基本與普通水泥混凝土一樣。

高鋁水泥：高鋁水泥的特點是硬化迅速，早期強度高。最快的1天抗折強度可達3~5Mpa，相當于最終強度的80%。我國標準規定，高鋁水泥的凝結時間不得小于0.5h，終凝不得大于10h。

高鋁水泥水灰比一般在0.34~0.4范圍內，不摻如引氣劑和減水劑。但為了施工和易性好，如要摻外加劑時，切忌加入石灰、氯化鈣之類的外加劑，它將嚴重的降低混凝土強度。另外，高鋁水泥在較高溫時強度下降顯著，我國南方夏天時間長，氣溫高，不宜采用高鋁水泥補塊，對于北方寒冷地區可用。

2、混凝土的養護

由于冬季氣溫較低，水泥的水化反應遲緩，致使澆搗作業過后很長時間(一般5小時之后)才能進行最后一道抹面工作 。如果晚上氣溫低于冰點，混凝土表面往往結冰，不能抹面壓紋，甚至把抹面壓紋的混凝土也結冰，混凝土表面由于冰的膨脹作用而疏松，凝固后不密實，達不到混凝土表面所要求的致密性。對于此種情況，要做好混凝土的養護工作，避免混凝土表面結冰，具體作法如下：

（1）蓄熱法。蓄熱法是利用原材料預熱的熱量及水泥水化熱，在混凝土外圍用保溫材料嚴密覆蓋，延緩混凝土的冷卻速度，并在冷卻過程中逐漸硬化，是混凝土能在正常溫度條件下達到受凍條件下達到受凍臨界強度的一種施工方法。（2）電熱法。電熱發是加將電能轉換為熱能來加熱養護混凝土的方法，屬于干熱高溫養護。（3）暖棚法。暖棚法是在所要養護的結構或構件周圍用保溫材料搭設暖棚，在棚內以生火爐、熱風機供熱、蒸汽管供熱等形式來采暖的方法。（4）摻外加劑法。此法是在混凝土拌制時摻加適量的外加劑，使混凝土強度迅速增長，在凍結前達到要求的臨界強度，或者降低是的冰點，使混凝土在負溫下能夠凝結、硬化的方法。

結語

綜上，通過對水泥混凝土路面凍害產生的原因及影響進行分析了解到，應從混凝土的原材料選擇、配合比、澆筑和養生等環節著重考慮，對于水泥混凝土路面可能出現的凍害問題要提前預防，并對出現的凍害要及早處理，確保已施工的水泥混凝土路面質量，使路面處于良好的使用狀態，延長道路的使用壽命。

參考文獻

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