融雪剂对道路水泥混凝土影响研究

2018-03-24程培峰魏玉伟

山西建筑 2018年5期

程培峰刘满魏玉伟

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150000)

0 引言

目前，水泥混凝土因为它的成本低、力学强度高，施工方便等优点，仍然被广泛的应用在道路工程中。而我国北方的冬季，常常会伴有降雪，与此同时道路上积雪结冰，严重的影响了行车安全。去除路面上的冰雪最常用、也最经济有效的手段就是向道路抛洒融雪剂。但使用融雪剂同样是有利有弊的，它能够快速的使道路上的冰雪融化，从而保障行车的安全，但是它会对路面造成严重的破坏。经调查研究，在使用融雪剂的1年～2年后路面就会出现盐冻剥蚀破坏，严重影响了路面的耐久性，缩短了道路的使用寿命，造成了很大的经济损失[1]。有关于道路水泥混凝土的耐久性问题也已经是困扰工程界的难题，因此研究关于道路水泥混凝土在融雪剂作用下的抗冻能力是很有意义的。

1 盐冻破坏特点

盐冻破坏的发展往往非常的迅速，在不掺加混凝土外加剂的情况下，使用氯盐融雪剂除冰雪后的1个～2个冬季，路面就会出现一定程度上的剥蚀性的损伤。通常混凝土从它的表面开始发生破坏，表面的水泥砂浆脱落，露出了骨料，从而导致混凝土表面不平。另外，混凝土表面的剥蚀破坏是分层进行的，被破坏的表面下的混凝土依旧是完好的。除去剥蚀层之后，混凝土的抗压性能正常。在剥蚀层的上面可以看得到白色晶体。

2 盐冻破坏机理

2.1 冻融破坏机理

对于冻融破坏的机理，已经有前人进行过大量分析。现有比较成熟的两个理论，分别是静水压理论、渗透压理论。

鲍尔斯的静水压理论认为，在混凝土受冻的时候，其孔溶液就会结冰、膨胀。同一孔隙里没有结冰的孔溶液就会向外流动。孔溶液需要克服一定的阻力才可流动，那么就会出现静水压，产生一定的应力。静水压力与孔溶液流经的长度呈正相关，那么流程的长度增加静水压力也会相应的增加。当流程长度增加到一定的数值时，静水压力达到极限，大于混凝土的抗拉强度，从而对混凝土造成一定的破坏。鲍尔斯对这个理论又加以完善，定量的研究了气孔间距对混凝土抗冻性的影响，提出了能够保障混凝土抗冻性能的最小气孔间距。同时表明了影响静水压大小的因素：混凝土的渗透能力，水饱和的程度，气孔的大小、距离等。

鲍尔斯、海尔姆斯、赖特曼提出的渗透压理论认为，混凝土在受冻的时候，能够让孔溶液结冰的温度和孔的大小是有关系的。孔越小使孔溶液结冰的温度也就越低。当大的孔隙里的溶液结冰，孔溶液的浓度也就随之升高，而这时小孔隙里的溶液就会向大孔隙里渗透，也就形成了渗透压，这时候压力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就受到了破坏。孔隙中的冰和孔溶液两种自由能的差形成了渗透压。这个理论很适合来解释融雪剂溶液作用下的渗透压力的现象。对于某个特定的孔，当达到一定的温度的时候，孔内的部分水就会结冰，导致盐溶液浓度变高。而这个时候，其他孔中的孔溶液就会向盐溶液浓度高的孔中迁移，来平衡盐溶液的浓度。在盐溶液从一个孔到另一个孔流动的过程当中就会产生渗透压力，同时孔溶液的迁移也会使冰体不断的增多，而后渗透压就会不断的增大，导致混凝土产生破坏[2]。

2.2 盐冻破坏机理

混凝土的盐冻破坏和冻融破坏本质是相同的，盐冻破坏仅仅改变了破坏的强度和质量损失的速度，但是却不改变其机理。融雪剂具有吸湿和保水的性能，使混凝土更加的饱水，同时饱水时间也有所增加，从而增大了静水压力并对混凝土产生更为严重的破坏。融雪剂逐步渗入混凝土内也会使其内部浓度产生差异，从而使各层的冰冻程度有所不同，受冻时就会出现应力差，形成渗透压，引起内部应力。融雪的过程会吸收热量，这会使冰雪下面的混凝土温度急剧降低，产生了温度应力，使混凝土破坏的更为迅速。

3 盐冻破坏程度的影响因素

3.1 外部因素

3.1.1融雪剂种类

现如今，正在应用中的融雪剂种类繁多，经研究表明，不同种类的融雪剂对水泥混凝土造成的损伤程度也有所不同。各类融雪剂也有其特有的优缺点。其中应用最多的是氯盐类融雪剂，它具有结冰温度低、造价低、融雪效果优良等优势。但是，它对路面以及周围环境所带来的损害也是非常巨大的。而一些非氯盐有机物，如醋酸钙、醋酸镁等，还有一些环保型融雪剂，如醇类、尿素等。相对来说对路面和周围环境的影响有所降低，但因其冰点低、价格高等因素没有得到广泛的应用，仅在桥梁，跑道等特殊交通设施中得到应用。

对于融雪剂种类对混凝土破坏程度的影响，查湘义做了一定的研究。研究结果表明对混凝土破坏程度由大到小融雪剂的种类分别是，氯化钠>氯化钙>氯化镁>硝酸镁。同时表明与盐冻破坏相比，盐对混凝土的化学侵蚀破坏是很小的[3]。

3.1.2盐溶液浓度

盐冻破坏程度并不是一直随着盐溶液浓度增加而增大的，经大量的研究表明在盐溶液的浓度为4%时，混凝土受到的盐冻剥蚀破坏是最严重的，当盐溶液浓度大于4%混凝土受到的破坏程度反而降低。原因是盐溶液的作用效果具有双重性。一方面，由于有盐溶液的存在，结冰的温度会有所降低，这是对抗冻有利的。另一方面，盐溶液吸湿饱水的能力，又大大的提高了混凝土的饱水程度，对抗冻不利。因此，在溶液浓度为0%～4%的时候，盐溶液的吸湿饱水性占主导因素，混凝土破坏程度随盐溶液浓度的增大而加大。增加到4%以上时，盐溶液降低冰点的有利因素占主导，混凝土的破坏程度随盐溶液浓度的增大反而减小[4]。

3.1.3混凝土表面处理

在混凝土表面刷涂料是一种降低盐冻破坏程度的有效手段。现在应用中的防水涂料也有许多种类。涂料能在混凝土表面形成一层防护膜，从而减少水的进入，提高了混凝土的抗渗性能，同时也提高了耐盐冻性能。但是在道路混凝土上应用不是很广泛。

3.2 内部因素

3.2.1水灰比

水灰比能够极大的影响混凝土的力学强度，同时对耐久性也存在着一定的影响。而研究表明水灰比小，则混凝土的强度就高，混凝土的抗盐冻性能也随之变好。降低水灰比能够使混凝土的孔隙率变小，有害的大孔减少，小孔或微孔等有益孔增加，从而改善了混凝土的孔结构，使混凝土强度增大，抗盐冻性能增强。熊建平等人的研究结果表明水灰比对盐冻条件下的剥蚀量影响很大，随着盐冻循环数从30次增至120次，水灰比为0.40的混凝土剥蚀量相较水灰比为0.44时的剥蚀量降低了11%～29%。吴泽媚的试验研究也表明C50混凝土较C30混凝土表现出更加良好的抗盐冻性能[5]。

3.2.2引气剂

适当添加引气剂，会使混凝土中的含气量增大，且引入较多为小孔，使混凝土内部的气泡间距变小，是提高混凝土耐盐冻性能的非常有效的手段。但是伴随着含气量的增大，混凝土的各项强度会有所下降。不过引气剂的加入会提高拌合物的流动性，可以采用提高水灰比的方式来补偿抗压强度，提高抗折强度。引气剂应用在道路混凝土上是很有益处的。

3.2.3矿物细掺料

矿物细掺料通常都具有超细粒作用，能够更好的填充混凝土的孔隙，使混凝土孔结构更加优良。更有一部分矿物细掺料具有火山灰活性，如硅灰、粒化高炉矿渣等，它们与氢氧化钙发生反应生成具有胶凝性的物质，改善混凝土过渡层的性质，从而提高混凝土抗盐冻性[6]。