水泥混凝土路面凍害分析與薄層修補技術解析

王飛飛

(宣化縣交通運輸局，河北 宣化 075100)

水泥混凝土路面凍害分析與薄層修補技術解析

王飛飛

(宣化縣交通運輸局，河北 宣化 075100)

本文結合宣化地區水泥混凝土路面的現實狀況，對路面凍害的作用機理進行了全面分析，并提出了薄層修補技術的施工，為宣化縣公路的修建與完善提供理論基礎。

水泥混凝土路面；凍害分析；薄層修補；技術探討

從宣化地區水泥混凝土路面的實情得知，水泥混凝土路面出現了不同程度松散現象，但其下層結構并沒有受此影響，試驗表明其強度仍可以達到標準。通過長時間的分析和研究，最終將薄層修補技術作為解決水泥混凝土路面凍害的主要手段，該方法不僅具有較強的粘結能力，還具備極好的防凍性和抗滲性。

一、水泥混凝土路面凍害的作用機理

（一）物理作用

就目前來看，水泥混凝土路面的凍害機理多達五、六種，其中代表性較高的機理為靜水壓假說。在水泥混凝土路面中，具有許多不同形式孔徑，在毛細孔壓力的不斷作用下，孔徑較小的孔洞會在短時間內吸滿水分，但孔徑較大的孔洞會在壓力的影響下，出現不飽和的情況，當外界環境溫度達到零下以后，孔洞中的水分會凝結成冰，體積會逐漸增大，此時會生成一定強度的水壓力，此壓力促使水分向空氣泡的方向運動。如果水壓力不斷上升，且超出限度，水泥混凝土將失去限制作用，最終出現開裂。冰的實際蒸汽壓會比水的小很多，所以水分會不斷向凝固區域運動，并逐漸結冰。另外，水泥混凝土中存在各種類型的鹽類，水分凝固以后，還未發生凝固水分的含鹽量迅速上升，從而形成較大的濃度差，最終引發滲透。由此可見，水泥混凝土路面凍害是一個復雜的過程，影響因素是多方面的，所以在處理時，應對各項原因進行綜合性的分析。

實驗表明，除冰鹽對水泥混凝土路面的破壞具有一定特殊性。除冰鹽的主要成分為氯化鈉溶液，這種溶液在一定條件下，會使水泥混凝土的重量損失速度發生相應的改變，并未對凍害機理造成影響。在水泥混凝土的毛細管吸水試驗過程中，樣品中除冰鹽的含量與平衡時間成正比關系，也就是說，鹽的含量越高，越難失水。然而，當鹽的實際濃度保持一致時，外界濕度的不斷增加，水泥混凝土的平衡速率將顯著提高，在鹽飽和性的影響下，水泥混凝土含鹽狀態下的飽水度會相對較高。因此，在外界環境的溫度較低時，水泥混凝土內部會形成極高的結晶壓。此外，由于鹽的實際濃度不均衡，所以在溫度較低的影響下，冰雪在融化的同時會使水泥混凝土內部的實際溫度急劇下滑，進而加劇凍害。通過多次干濕循環試驗得知，水處理環境下的樣品干長度比濕長度要大很多，但在氯化鈉處理環境下，干長度會受到循環次數的顯著影響，進一步說明了含有鹽溶液的水泥混凝土在蒸發時會比較干燥，水泥混凝土孔洞中的鹽類會出現結晶的情況，從而產生較大的結晶壓，最終導致水泥混凝土路面出現損害。

（二）化學作用

除冰鹽不但會加劇水泥混凝土路面的凍害，在非凍結環境下一樣會對水泥混凝土路面造成損害，通過相應的化學試驗得知，長時間與氯化鈉溶液接觸的水泥混凝土，其產物會在熟石灰的作用下被浸濾，相應的化學反應方程式為：

此反應明顯增加了水泥混凝土表面的孔隙率，間接增加了水分的結冰量，進而加劇路面凍害。此外，上述反應所生成的氯化鈣會在水泥混凝土中進行進一步的反應，相關化學反應方程式為：

另外，強堿溶液氫氧化鈉會在鹽類的催化作用下與水泥混凝土內部的集料進行堿集料反應，從而加劇了路面凍害，降低路面的性能。

二、水泥混凝土路面薄層修補技術施工

（一）表面鑿毛

根據水泥混凝土路面粘結要求而制定的鑿毛方案，對出現凍害的水泥混凝土路面實施鑿毛處理。傳統的人工鑿毛處理法無法適應薄層修補技術施工的具體要求，所以在實際情況中，應利用相應的機械設備完成。現階段，使用較為廣泛的鑿毛方法主要有三種類型，分別為高壓水射、刻槽法和酸溶液的腐蝕法。據了解高壓水射鑿毛法在指定的路段中實施了多次的試驗，運用強度為70MPa的水流對路段的水泥水凝土路面實施相應的鑿毛工作。處理完成以后，作用面的構造深度在2mm左右，在設計方案要求的限度以內。為了切實提高水泥混凝土表面的實際粗糙程度，需在噴射的水中添加一定量的石子，但該方法仍處在試驗階段，相應的數據和要求還沒有得到準確的判定。酸溶液腐蝕法需使用一定濃度的鹽酸，鹽酸會在一定條件下腐蝕水泥混凝土，從而達到鑿毛的目的，但運用該方法無法準確控制構造深度，如果操作不當還可能會對周邊的自然環境造成破壞，因此該鑿毛方法的使用條件較為嚴格。就目前來看，刻槽法的應用與發展前景較為理想，且效果顯著，但相應的施工設備仍處在研究階段，還需要一定的時間。

在對水泥混凝土進行鑿毛時，應嚴格控制施工手段，以免鑿毛過度破壞下層結構。鑿毛處理完成以后，工作人員應立即使用鋼絲刷對路面進行清理，完全清除鑿毛處理產生的碎塊或油污，從而為下一階段的施工做好準備。

（二）涂刷粘結劑

水泥混凝土路面的粘結劑應具備粘度大、流動性高、耐用性好等特點，從而切實增強水泥混凝土路面的強度。在材料領域不斷發展的影響下，有機粘結材料的種類越發豐富，為薄層修補技術創造了十分便利的條件，但實際的造價過高，并不具有較高的實用性。所以在實際情況中，大多運用TGJGN粘結材料，不同粘結材料的基本性能如表1所示。

表1 不同粘結材料的基本性能

（三）鋪筑薄層

按照規范完成配合比的計算工作，從而制造水泥混凝土。在制作鋼筋混凝土的過程中，所選鋼纖維與混合料的拌合應十分均勻，不能出現結團的現象，這是鋪筑薄層工作的重要環節，稍有不慎就會對混凝土的強度造成影響。然而，從鋼纖維的角度講，決定混凝土均勻度的主要因素為所選鋼纖維的摻量、骨料粒徑等方面。通常情況下，鋼纖維的實際摻量應維持在2%以內，如果條件允許，應盡量使用銑削類型的鋼纖維材料。在明確混合比之后，應將工作重心放在攪拌方式上，在工程施工過程中，一般拌和機械主要采用性能強勁的強制式拌和設備，嚴把投料順序大關，要求最佳的投料順序為，先骨料，后水泥，最后添加劑，在混合料攪拌均勻以后還需加水在進行攪拌，一段時間以后逐級加入鋼纖維，直至攪拌均勻。運用自卸式運輸車將制備完成的鋼纖維混凝土運輸到工作區域，卸料時，實際高度應嚴格控制在1.5m以內，以免出現離析。此后，在鑿毛和涂刷工序均完成且合格的水泥混凝土路面上進行鋪設，運用平板振搗器輔助鋪設工作，前后需疊加15cm，振搗時間應維持在15s左右，直到鋪設表面出漿。由于鋼纖維混凝土的流動性較差，所以在路面的邊角處極易出現蜂窩，還需密切注意路面邊角區域的鋪設細節。鋪設振搗的維持時間不能過長，從而避免鋼纖維混凝土下沉至下層結構。在抹平環節中，由于鋼纖維的分布不均，所有有些鋼纖維會竄出表面，會嚴重危機到通行安全，所以務必要將竄出的部分抹平。最后，在抹平工作完成且無溢水現象時，還需立即進行拉毛處理，就本工程而言，應將深度牢牢控制在1-2mm之間。

三、總結

水泥混凝土路面的凍害問題一直以來都是公路建設及養護工作的重點，也是影響公路正常使用的主要危害，凍害的作用機理較為復雜，既有物理作用原因又有化學作用原因，所以處理凍害是一項十分復雜的工程。如今，薄層修補技術在處理水泥混凝土路面凍害方面具有很好的效果和前景，在實際的施工過程中，應從鑿毛、涂刷、鋪設及養護等工序入手，注重細節，從而取得滿意的效果，促進公路建設的全面發展。

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TU75

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1007-6344（2015）04-0146-01