寒冷地区水泥混凝土路面耐久性退化原因及防治.doc

1、寒冷地区水泥混凝土路面耐久性退化原因及防治【关键词】路面混凝土；寒冷地区；耐久性；冻融 由于种种原因，我国许多水泥混凝土路面（以下简称混凝土路面）在投入使用后不久便出现破损，严重影响公路交通的正常运行，导致混凝土路面过早破损的主要原因之一是路面混凝土耐久性退化过快。这种现象在我国北方寒冷地区尤为突出。为此，本文专门就寒冷地区路面混凝土的耐久性退化原因进行研究，并针对这些原因提出相应对策。本文研究将对提高寒冷地区混凝土路面施工、养护及修补质量，预防混凝土耐久性过早退化，延长路面使用寿命提供借鉴。 1、 寒冷地区路面混凝土耐久性退化原因分析 寒冷地区冬季气温低，混凝土路面处于严酷恶劣的使用环境，所

2、以，路面混凝土更容易发生因耐久性退化而导致的破坏。造成耐久性退化的主要原因如下： 1. 1 施工质量控制问题 某二级公路的混凝土路面，该路面修建于 2005 年 5 月9 月，经目测观察，该段路面总体质量尚可，但其中有连续几块混凝土出现了较为严重破坏现象，我国寒冷地区混凝土路面因耐久性破坏的普遍特征，分析造成破坏的主要原因，具体表现为： （1）路面板接缝处的混凝土沿接缝方向出现大量平行裂纹，局部表层己有剥落，横向和纵向接缝的交叉部位破损更严重； （2）面板出现大范围表层起皮剥落，形成大量坑槽或孔洞，露出骨料。 因该路段尚未投入使用，故可排除由于车辆荷载作用而引起破坏的可能。经调查得知破损严重的

3、路面板在施工时正遇高温，浇筑时正值午后，施工人员因混凝土拌合物干硬过快不易振捣抹面，而增加了拌合用水，使混凝土的水灰比高出规定值。据此情况分析并结合现场观察，初步判断该现象的发生与施工质量控制管理有关。后采用小型手持式切割锯分别切取了未出现破损的面板（即正常施工的面板）和破损面板的混凝土表层样品，厚度约 25mm，且去除其中较粒径的石料（破损面板的样品取自其尚可出现可见破损的部位） ，烘干至恒重后浸水 48h，测试样品的吸水率。试验结果见表 1。 表 1 混凝土样品吸水率 由表 1 可见，混凝土的吸水率破损面板比正常面板高出 2 倍以上。因为吸水率间接反映了混凝土的孔隙率和孔隙状况，可认为该处

4、混凝土孔隙率较高，且开口的连通孔隙多。造成这种差别的主要原因是破损面板的混凝土在施工时的单位用水量（水灰比）超过子规定用水量，从而使其吸水率增大。这一点与调查结果相符。 混凝土的水灰比增大，将导致其强度降低，对于公路路面而言，则是严重地降低了混凝土的耐久性，在本文所述的寒冷地区还意味着其抗冻性的降低。故说上述路段混凝土面板的破坏无疑是由于施工时擅自增加了混凝土的单位用水量，致使水灰比增大而造成混凝土抗冻性及耐久性不良所致。下面有关混凝土的冻融试验将更直接地说明了这一点。在现场用混凝土取芯机钻取了破损面板和正常面板的混凝土芯样（100mm）各 6 个，并用切割锯切去芯样两端，使芯样均露出新断面，

5、经切割后的芯样高径比为 1：1。然后各取其中 3 个芯样依据GBJ8285普通混凝土耐久性及长期性能试验方法进行冻融试验，其中 3 个芯样置于标养室养护。分别测试冻融 50 次后的冻融芯样和标养芯样的抗压强度，试验结要见表 2。 表 2 混凝土芯样冻融试验结果 在试验过程中观测到：当冻融次数为 33 次时，破损面板的混凝土芯样表面出现了大量裂纹。冻融 50 次后其表面己有明显剥落现象，而正常面板的芯样经 50 次冻融后其外观无明显变化。由表 2 还可见，虽未经冻融，破损面板混凝土芯样的抗压强度仍明显低于末破损面板混凝土芯样的抗压强度，且冻融 50 次后破损面板混凝土芯样抗压强度损失率大大高于正

6、常面板混凝土芯样抗压强度损失率。由此证明破损面板的混凝土因施工质量问题而导致其抗冻性及耐久性不足，且仅经过 2 个冬季便被冻坏。 1.2 冬季使用除冰雪剂的问题 我国东北地区冬季降雪量大，路面积雪、冰冻严重，为保证正常行车，常使用除雪剂消除路面积雪或冰层。目前我国常用除雪剂多为除冰盐（主要成分为 NaCI 等氯盐） 。 2005 年 5 月，某公路部分路段的混凝土路面板和路肩板表面出现大面积的剥蚀破坏。其破坏特点主要为混凝土表面砂浆起皮剥落，粗骨料裸露；从混凝土的剥蚀界面处可见到白色粉状物。经调查得知，该路段曾于 2003 年底使用较大量除冰盐进行除雪处理。而附近未使用除冰盐的混凝土路段，并未

7、出现上述破坏现象。由此可知，上述路段的破坏极有可能是使用除冰盐所致。故对此进行了有针对性的研究。 （1）对剥蚀界面的白色粉状物进行能谱分析，证明该白色粉状物为NaCI 晶体。 （2）在破损路段钻取混凝土芯样，切除芯样底部及表面破坏部分后进行抗压强度测试，结果该组水泥混凝土芯样的抗压强度与施工时质检强度相比并未降低。说明该处破损的混凝土路面只是表层受损，内部混凝土强度并末发生变化。 （3）取 2 组（各 3 个）芯样分别进行水中和盐溶液（4%NaCI 溶液）中的冻融试验。试验结果表明，在水中冻融 50 次后的混凝土芯样外观无明显变化，抗压强度损失率仅为 5.3%。而在盐溶液中仅冻融 30 次，混

8、凝土芯样表面便巳有大量剥落而无法继续进行冻融试验，抗压强度损失率也巳达到 19.7%。该组表明，路面混凝土可抵抗一般情况下的冻融破坏，而无法抵抗除冰盐溶液的冻融破坏，即盐溶液的冻融破坏作用远大于水的破坏作用。 （4）盐溶液的冻融破坏作用大于水中冻融破坏作用的机理。 虽然盐溶液可降低冻结冰点，但由于盐的存在，使混凝土内部的渗透压增大，饱水率增加。从而使结冰时的静水压力明显增大，在盐和冻融的共同作用下破坏力也增大。 吸收了盐溶液的混凝土在水分蒸发而失水干燥时，其孔隙中的盐因过饱和而结晶，此结晶压力可能很大而使混凝土开裂。这一破坏力是冻融所不具备的。 2、寒冷地区路面混凝土耐久性衰退的防治 综合所述

9、，寒冷地区路面混凝土耐久性退化直接原因是混凝土遭受冻融破坏。但由于施工质量的问题，使路面混凝土先天耐久性不足；或在混凝土路面结构设计时未考虑需使用除冰盐化冰除雪的路段因盐的作用而产生的附加影响，则是使路面混凝土难以抵抗冻融破坏的内在原因。为此，本文针对上述破坏原因提出相应的防治措施。 （1）对欲使用除冰雪的路段，在混凝土结构设计或材料配合比设计过程中应采取抵抗因盐的作用而引起破坏的措施，例如使用优质引气剂，使用减水剂降低水灰比以提高混凝土密实度，提高混凝土抗冻设计标号等。 （2）严格控制路面混凝土水灰比，不得为满足施工操作而增加用水量，若设计水灰比因气候等特殊原因不能满足施工和易性要求，应考虑使用减水剂等外加剂来改善混凝土工作性能。