水泥混凝土橋面凍融破壞的原因與防治

李彥陽，郝 宇

(1. 黑龍江八一農墾大學;2. 大慶高新技術產業開發區規劃建筑設計院)

1 引 言

21 世紀是科學技術不斷更新和迅速發展的世紀，對交通土建工程提出了更高層次的要求。近年來，水泥混凝土路面技術雖然發生了日新月異的變化，但水泥混凝土路面裂縫采用的防治措施問題仍然面臨著巨大挑戰。

2 橋面凍融破壞的原因

2.1 混凝土凍融破壞機理

混凝土凍融破壞機理:常溫下硬化的混凝土是由未水化水泥、水泥水化產物、集料、水、空氣共同組成的氣——液——固三相平衡體系，當混凝土處于負溫度下時，其內部孔隙中的水分將發生從液相到固相的轉變。由于水的固相體積為其液相體積的1.1 倍，隨著溫度的降低，空隙中的水開始結凍，由于凍脹的壓力作用，若毛細孔中充滿90%以上的水，則未凍結的水受到壓力從它孔隙排出。附近若有分隔的小氣泡，則壓力水滲入小氣泡，組織受到一定程度的破壞，使壓力得到緩解。經過多次凍融循環后，這種體積膨脹應力造成的損傷積累將會導致混凝土的永久性變形，從而破壞混凝土結構。

2.2 混凝土橋面破壞實例

此次在綏滿公路阿城——尚志段調查橋面破壞時觀察的23 座橋中，有一部分混凝土橋面破壞就屬于凍融破壞。由于黑龍江省位于我國北部，冬季寒冷多雨，冰凍時間長，因此這類破壞屬于普遍現象。根據現場觀察取樣可以得到產生破壞的主要原因:橋面鋪裝部分混凝土產生細微裂縫，降水由此處滲入路面基層、底基層，再由反復凍脹使裂縫變寬，從而導致既大又深的裂縫破壞。另外由于混凝土路面在施工時處在冰凍時期，當時鋪筑時已經產生凍脹破壞。觀察中有兩處橋面已經破壞十分嚴重，因此已經罩上了一層瀝青材料。再如哈爾濱二環路安樂街附近的立交橋，某些蓋梁部分也已經由于凍融原因而開裂。

3 影響凍融破壞的因素

要對混凝土凍融破壞現象進行預防，首先要了解凍融破壞的影響因素，即混凝土抗凍性的影響因素。失重率、水灰比、拌和及振搗方式等都是重要的影響因素。漿體強度越高，抗凍性越好。集料本身的抗凍性能也會影響整個混凝土的抗凍性能?？傊?，影響混凝土抗凍性的原因很多，其機理也相當復雜。但從本質上說，混凝土抵抗凍融破壞的能力主要取決于混凝土自身的孔隙特征。

隨著混凝土外加劑試驗研究與運用技術的不斷進步，依據混凝土抵抗凍融破壞機理而提出的引氣混凝土，在抵抗混凝土凍融破壞的應用中越來越顯示出它的優點與效果。試驗資料證明新拌混凝土的含氣量每增加一個百分點，混凝土的抗凍標號將比基準混凝土有較大程度的提高。在不改變混凝土結構的基礎上，目前積極而有效地防治凍融破壞的方法可歸納為以下兩類。

(1)提高混凝土的實際強度，保證混凝土的密實性，增加混凝土抵抗凍融破壞的能力。

(2)在普通混凝土中引入氣泡，提高混凝土抗凍性。具體來說有以下幾種方式。

①加防凍劑。它能使混凝土在負溫下硬化，并在規定時間內達到足夠的防凍強度。

②加引氣劑。它能改善混凝土拌合物的和易性，減少混凝土的離析，提高混凝土的密實性、抗滲性、抗凍性。

在建設部和交通部新頒布的混凝土配合比設計規程與施工規范中，明確指出:在嚴寒地區有水流作用和冰雪侵蝕的混凝土中，必須摻入適量的引氣劑，并規定不同情況下混凝土含氣量的控制范圍。在黑龍江省，使用比較廣泛、最具代表性的應屬松香酸鈉了，在綏滿公路阿城——尚志段增幅高速公路混凝土中摻入的即為此類引氣劑。

(3)混凝土的振搗密實與配合比。

混凝土的振搗密實與配合比優化，是增強混凝土抗凍性的必要條件。從此次調查橋面破損、裂縫的情況分析，造成這種破壞的原因還與混凝土的密實性有關。如距阿城K86+525 處的一個三孔板橋，由于磨損，現在橋面已經露出細骨料，是由于當時施工振搗不密實，可見到骨料中有許多蜂窩狀小洞，從而導致混凝土內部疏松，這也是此橋破損的原因之一。

4 橋面凍融破壞的防治措施

隨著我國科技的進步和工農業的迅速發展，城鄉交流日益活躍，道路交通量大幅增加，大型客車和重型貨車也日益增多，導致交通擁擠和車輛的剎車啟動頻繁，從而對橋梁面層的結構強度和使用性能要求更高。因此，鋼纖維混凝土作為一種新型維修橋面鋪裝的建筑材料在國內外得到迅速發展。早在20 世紀60年代，美國就出現了鋼纖維混凝土橋面。在我國，自1986年大連第一屆鋼纖維混凝土科技與應用研究成果交流會以來，對鋼纖維混凝土的力學性能和結構研究越來越深入，并在混凝土修補、維修橋面等方面等到應用。

與普通混凝土和鋼筋混凝土相比，鋼纖維混凝土具有很高的韌性和抗折性，在耐磨耗、抗沖擊、控制裂縫方面都有優良的力學性能，它能夠克服類似一般混凝土的脆性問題。在沖擊荷載和重復荷載作用下，耐久性能明顯提高。因此，鋼纖維混凝土的出現被認為是繼鋼筋和預應力混凝土之后，對混凝土材料的又一次革命。目前正日益廣泛地應用在公路、橋梁、隧道、機場跑道、水工大壩、高層建筑等各個領域中。

據報道，日本所有的公路橋，每年的修補橋面的費用高達數百億日元。我國雖無這樣詳細的統計數字，但混凝土橋面層因開裂、破壞而失修的事實有目共睹。在此次野外調查中，綏滿公路上的某些橋面破損已十分嚴重。大量的實踐表明，摻入鋼纖維的混凝土作為橋面面層鋪裝，使用一段時間后無明顯開裂現象，完整性良好。我國自20 世紀80年代以來，在許多地區應用了鋼纖維混凝土橋面面層，例如北京安慧立交橋面、上海虹橋機場高架車道、杭州錢塘江大橋橋面鋪裝等等，效果均不錯，實踐證明，鋼纖維混凝土是解決橋面開裂破壞最理想的材料。

［1］趙國藩等.鋼纖維混凝土結構［M］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

［2］李金玉，曹建國，徐文雨，等.混凝土凍融破壞機理的研究［J］.水利學報，1999，(1).

［3］潘鋼華，秦鴻根，李松泉，等.粉煤灰混凝土凍融破壞機理研究［J］.建筑材料學報，2002，3(5).

［4］湯志強;劉小隨. 淺析水工建筑物混凝土凍融破壞及防治［J］.河南水利，2009，(6).