文萊高速公路水泥混凝土抗融雪劑腐蝕性能研究

李心秋

摘 要：基于交通安全和高效的核心理念，膠東半島冬季公路運營中通常采用鋪撒除冰鹽型融雪劑進行融冰除雪，由此帶來了蓋板、護欄等水泥混凝土結構物的鹽凍損壞病害，直接導致鋼筋混凝土結構耐久性退化。本文從保障混凝土結構物基本功能與力學性能前提下，主要對邊溝蓋板進行了抗融雪劑腐蝕性能研究，通過凍融性能試驗，進一步優(yōu)化了混凝土施工配合比，有效提高了抗腐蝕性能，對降低全壽命周期成本具有顯著推廣意義。

關鍵詞：水泥混凝土;融雪劑;抗腐蝕;研究

中圖分類號：U416.216 文獻標識碼：A

1 項目概況

文登至萊陽公路工程（以下簡稱“文萊高速”）是山東省高速公路網“九縱五橫一環(huán)七射多連”中“連三”的重要組成部分，項目起自威海市文登區(qū)，東接G18榮烏高速（榮成至文登段），途徑威海文登、乳山，煙臺海陽、萊陽四個縣市區(qū)的14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，終點止于煙臺萊陽市，西與S16榮濰高速（濰坊至萊陽段）對接。

項目所在區(qū)域煙臺、威海為山東省北部膠東半島的重要沿海城市，具有顯著的海洋性氣候特點，冬季受強大蒙古高壓控制，不斷有冷空氣爆發(fā)南下，氣候干燥寒冷，多偏北風，持續(xù)時間長，且易受暴雪侵襲，兩市素有“雪窩”之稱。

2 融雪劑對混凝土結構物的腐蝕機理

膠東地區(qū)冬季降雪天氣頻繁，路面由于積雪結冰而濕滑，撒布融雪劑則是最主要的融冰除雪方式。融雪劑主要分為氯鹽類和非氯鹽類兩種類型。目前，國內外大量應用的依然是氯鹽類融雪劑。氯鹽通過裂縫等滲透到混凝土中，對混凝土有一定的破壞作用，如鹽結晶腐蝕、加速凍融破壞[1]、刺激堿集料反應等，而且當氯離子到達鋼筋表面并超過一定量時，原處于鈍化狀態(tài)的鋼筋就會活化、腐蝕、膨脹，使混凝土保護層發(fā)生順鋼筋開裂、脫落的現(xiàn)象，導致構件或結構承載力下降或喪失。受海洋環(huán)境及冬季融雪劑等因素影響，混凝土結構物不可避免地發(fā)生不同程度的損傷、破壞。在水泥混凝土所有耐久性失效問題中，鹽凍剝蝕破壞最為迅速，其中邊溝蓋板（C30鋼筋混凝土結構）由于是清理積雪和融雪劑混合的主要集中區(qū)域，融雪劑腐蝕問題突出，造成邊溝蓋板表面剝落、鋼筋外露，蓋板的表觀形態(tài)惡化，同時對駛入路側的失控車輛也存在一些安全隱患。

3 邊溝蓋板抗氯鹽類融雪劑腐蝕性能研究

在混凝土施工過程中，為提高其外觀質量，經常會摻配15%～20%比例的粉煤灰，水膠比控制在0.38～0.40，因其具有火山灰活性，受擴散控制的溶解反應影響早期粉煤灰微珠表面溶解，反應生成物沉淀在顆粒的表面上，后期鈣離子繼續(xù)通過表層和沉淀的水化產物層向芯部擴散。大部分水化產物開始以凝膠狀出現(xiàn)，不斷進行的火山灰反應使粉煤灰混凝土的孔結構進一步優(yōu)化，使混凝土更加致密，從而切斷了混凝土滲水的通道，混凝土的后期強度和耐久性得到進一步提高。

為進一步解決邊溝蓋板受低溫凍結損壞、融雪劑腐蝕損壞[2]等實際工程問題，本文對文萊高速各合同段混凝土配合比進行了調研分析，并對不同摻量的粉煤灰對混凝土結構物的性能影響進行了試驗驗證，通過凍融循環(huán)試驗，研究了抗融雪劑腐蝕型邊溝蓋板混凝土合理的粉煤灰摻量與優(yōu)化的配合比。

混凝土抗凍性能是指其承受多次凍融循環(huán)作用而不產生疲勞破壞的能力，前提是混凝土孔結構含水量應當超過臨界值，即達到飽和狀態(tài)，抵抗凍融破壞的能力體現(xiàn)在混凝土本身能否下降過快或發(fā)生大的改變，外觀不產生大的剝落損傷。為此現(xiàn)場制作了8組試件（養(yǎng)護達到28天齡期，粉煤灰摻量在20%～25%之間不等）在實驗室開展了50～200次的凍融循環(huán)試驗觀測，測定了N次凍融循環(huán)后試件的質量損失率與試件相對動彈模量，其中試件相對動彈模量采用波速測量方式并采用理論計算方法確定。經歷50次凍融循環(huán)后，試件的表觀形態(tài)沒有發(fā)生明顯的變化，100次凍融循環(huán)后，試件表觀形態(tài)依舊沒有發(fā)生明顯變化，150次凍融循環(huán)后試件表面有明顯的輕微脫落和坑槽，200次凍融循環(huán)后試件表面坑槽更加明顯。從表1可知，原始狀態(tài)混凝土試件的質量經歷50次、100次、150次……凍融循環(huán)后，總體呈現(xiàn)下降的趨勢。

通過探索混凝土經歷多次凍融循環(huán)環(huán)境作用后相對波速參數(shù)的變化趨勢，從而客觀評價混凝土材料抵抗外界荷載作用變形能力。對混凝土進行N次凍融循環(huán)試驗后進行波速測量試驗，并借助理論計算方法計算得到試件相對波速，各試件不同階段相對波速測試值見表2。

分析表2可知，隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件的相對波速總體呈現(xiàn)降低的趨勢，但均在試件經歷100次凍融循環(huán)時呈現(xiàn)相對較大的動彈性模量值轉折點，然后試件的相對波速繼續(xù)降低。

4 結語

粉煤灰作為混凝土工程中重要的摻劑，當它的摻量提升至25%左右時，在保證力學性能及使用功能的前提下顯著改善了混凝土的抗凍抗?jié)B性能。主要表現(xiàn)在以下兩方面：一是粉煤灰的活性效應對氫氧化鈣進行了消耗，導致混凝土不易因冰凍產生裂隙，同時其本身可以形成水化硅酸鈣等凝膠材料，對混凝土中因水泥產生的毛細孔隙進行填充，減少孔隙數(shù)量和大小，進而提升了混凝土的密實度，降低了混凝土內部的孔隙數(shù)量和孔徑大小，有效改善了混凝土的抗凍性能。二是由于其粒度較細的填充效應以及C-S-H水化產物較多，可以明顯改善漿體-集料的界面性質，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透性，降低了可能出現(xiàn)的滲透問題。

參考文獻：

[1]張勇，凌云志.融雪劑對混凝土橋涵和路面的危害分析[J].全面腐蝕控制，2019，33（03）：30-31.

[2]王帥，張帥.不同融雪劑對混凝土路緣石耐久性的影響[J].北方交通，2018，41（11）：65-67.

[3]杜增利.鋪灑不同融雪劑環(huán)境下路面水泥混凝土抗鹽凍耐久性分析[J].中國市政工程，2020，45（01）：86-88.