關于水泥混凝土路面抗凍耐久性研究

摘要：隨著我國經濟事業的不斷發展，我國公路建設取得了飛速發展，水泥混凝土路面修建技術也不斷提高。水泥混凝土路面作為一種主要的路面結構形式，以其使用年限長、不易損壞的優點。但是，由于天氣自然外界因素的影響水泥混凝土路面也會產生的開裂、斷板、錯臺、沉陷至使混凝土路面的使用壽命縮短。本文就水泥混凝土路面抗凍耐久性進行探討。

關鍵詞：

在我國北方地區，由于天氣寒冷給水泥混凝土路面破壞的主要特征為：破壞是從表層開始，逐步向內部擴展，導致砂漿層剝落，骨料暴露，表面凹凸不平；面板出現裂縫、斷板；這種破壞發展非常快，對沒有采取防治除冰鹽破壞措施的普通混凝土，往往經過一兩個冬季就出現破壞。

一、影響水泥混凝土路面耐久性的因素

1．1路面設計方面的因素

路面設計因數造成的水泥混凝土路面耐久性因數主要有：路面厚度偏薄，板塊平面尺寸設計不當，排水設計不當等幾點。

(1)路面厚度偏薄，根據相關研究資料，路面的使用壽命與路面厚度成5次方關系。如果因為設計時交通量調查不準，路基基層的模量和材料參數選用不當等原因，而使路面偏薄，就會使路面壽命縮短，過早地破壞路面。另外隨著交通運輸業的迅速發展，大噸位車輛逐年增多，單軸軸載比原設計計算軸載增加幾倍，根據軸載等效換算系數f=(Pi/PO)，超重軸載與標準軸載應換算成16次方關系。因此在設計階段，既要充分考慮交通發展狀況，準確調查交通量及運輸車輛的發展狀況，又要考慮到超重車的影響，相應提高設計標準。

(2)路面設計因數的影響，其中包括板塊平面尺寸設計和排水設計。平面尺寸設計水泥混凝土路面直接暴露在大氣中，溫度的變化會使混凝土路面在不斷的伸縮和翹曲中處于拉應力和壓應力的反復交替作用狀態，此拉壓應力稱為溫度應力。混凝土板越長，溫度應力就越大。若設計時板塊過長或長寬比例不當，溫度應力超出容許范圍，路面板即產生開裂斷板。排水設計不當路基及基層如排水不良，長期受水浸泡，會引起路基失穩或強度不足，使路面產生不規則裂縫；裂隙水或邊溝水等滲入路基基層，冬季凍脹時會使路面產生縱向開裂。因此設計時應結合地形條件設計全面的排水系統，確保地表水、地下水不會對路面造成破壞。

1．2路基施工方面的因素

路基施工在材料的選擇、回填材料的控制上會影響水泥混凝土路面耐久性。在通常情況下，不能被壓實到規定的密實度和不能形成穩定填方的材料，不能用于路基填筑。如沼澤土，腐植土等材料；液限指數大于50％，塑限指數大于25％的材料；有機質含量大于3％的材料；壓實含水量和最佳含水量之差大于2％的材料等。路基填筑前，應首先探明地質情況，然后采取合理的施工方案，否則就容易給路基造成隱患，使成形路基沉陷或滑移，最終影響混凝土面板。此外，由于回填材料不符合要求，壓實度不足等極易造成臺背沉陷或錯臺，尤其應引起注意的是邊緣如為不透水性填料，路面滲入的水積存在臺背，時間一長，便影響了路基穩定，造成面板破壞。

1．3混凝土的凍害因數

首先是凍融破壞，混凝土是由水泥砂漿及粗骨料組成的毛細孔多孔體。骨料的孔隙率及其間的含水率骨料本身一般是比較密實的，孔隙率極低，孔徑也較小。通常骨料孔隙中的水是不凍結的。但骨料的孔隙率影響了水的擴散阻力，骨料的飽水程度影響了它的容水空間。在拌制過程中加入的拌和水總要多于水泥的水化水，這部分多余的水便以游離水的形式滯留于混凝土中形成連通的毛細孔，并占有一定的體積。因為水遇冷結冰會發生體積膨脹，引起混凝土內部結構的破壞，特別是采用較大粒徑的骨料，混凝土凍結時間排出多余水份的通路較長，產生的壓力較大，因而易造成破壞。

其次是鹽凍破壞，混凝土鹽凍剝蝕破壞是指在凍融循環的條件下，因使用除冰鹽而引起的混凝土表面起皮、剝落、開裂等破壞。與單純的凍融破壞不同，由于鹽的存在，使混凝土內產生的滲透壓增大，飽水度提高，結冰壓力增大，加劇了混凝土的受凍破壞，這是破壞的主要機理。同時，因鹽的作用而產生的過冷水最終在毛細孔中結冰而產生的內應力，以及混凝土表面和內部之間的鹽濃度梯度使混凝土受凍時因分層結冰而產生應力差等，都使破壞力增加，導致混凝土的層層剝落。由于鹽使冰雪融化將吸收大量的熱量，使冰雪覆蓋層下的混凝土溫度劇降，導致額外的凍害。

二、增強水泥混凝土路面抗凍耐久性措施

2．1基層施工方控制

(1)原材料的控制 水泥混凝土路面基層一般采用水泥穩定類集料。水泥穩定集料的級配要求良好，有機質含量不得大于2％，集料中不得含有勃土塊、腐殖質等有害物質。

(2)平整度、標高的控制

基層平整度和標高是保證面板厚度的基礎。平整度誤差會造成路面板厚度不一，有局部超厚也有局部厚度小于設計值，所以水泥混凝土路面在基層施工時，一定要控制好平整度。采用攤鋪機攤鋪，一般能確保平整度符合規范要求。標高是控制板厚度的關鍵，控制時寧低勿高。決不能為節約成本而有意抬高標高。

(3)施工過程的控制

鋪筑前應將路基上的所有浮土、雜物全部清除，并嚴格整形和壓實。對松軟部分或壓實不足的部分都應重新翻松、壓實。松鋪好的集料在壓實時，其含水量應比最佳含水量稍高。

2．2混凝土路面抗凍控制

我國北方由于天氣寒冷混凝土路面抗凍控制顯的尤其重要，在混凝土路面抗凍控制上可以以摻入引氣劑、控制水灰比來進行控制。

2．1摻入引氣劑

這是提高混凝土抗凍性最常用的方法。在混凝土中引入均勻分布的氣孔對改善混凝土的抗凍性能有顯著作用，但必須有合適的。含量和孔的尺寸。引氣劑所產生的孔與其它孔的本質區別在于引氣劑產生的孔是封閉的，孔內不含水，通常稱之為氣泡。而其它孔是連通的，允許水自由進入，在潮濕環境下它含有較多的水。引氣劑形成的孔本身不凍，而且可以釋放冰凍作用產生的壓力，減輕對混凝土的凍融破壞。對于抗凍混凝土，必須摻人引氣劑，使混凝土有一定的含氣量。研究結果表明，如若不摻人引氣劑，即便水灰比低到0.3，混凝土也是不抗凍的。若摻引氣劑，水灰比為0.5時，混凝土也能承受300次凍融循環。

2．2嚴格控制水灰比

水灰比越大，混凝土孔隙率越高，則較大孔的數量也越多可凍孔就越多，混凝土的抗凍性較差。所以，對有抗凍要求的混凝土，應嚴格控制水灰比，一般不應超過0.55。

三、結語

總而言之，水泥混凝土路面的耐久性對于公路的使用年限，對與國家經濟成本都有著重要的影響影響水泥混凝土路面耐久性的因素還有很多，在我國北方地區混凝土路面抗凍耐久由為重要。