水泥混凝土桥面冻融破坏的原因与防治

李彦阳，郝 宇

(1. 黑龙江八一农垦大学;2. 大庆高新技术产业开发区规划建筑设计院)

1 引 言

21 世纪是科学技术不断更新和迅速发展的世纪，对交通土建工程提出了更高层次的要求。近年来，水泥混凝土路面技术虽然发生了日新月异的变化，但水泥混凝土路面裂缝采用的防治措施问题仍然面临着巨大挑战。

2 桥面冻融破坏的原因

2.1 混凝土冻融破坏机理

混凝土冻融破坏机理:常温下硬化的混凝土是由未水化水泥、水泥水化产物、集料、水、空气共同组成的气——液——固三相平衡体系，当混凝土处于负温度下时，其内部孔隙中的水分将发生从液相到固相的转变。由于水的固相体积为其液相体积的1.1 倍，随着温度的降低，空隙中的水开始结冻，由于冻胀的压力作用，若毛细孔中充满90%以上的水，则未冻结的水受到压力从它孔隙排出。附近若有分隔的小气泡，则压力水渗入小气泡，组织受到一定程度的破坏，使压力得到缓解。经过多次冻融循环后，这种体积膨胀应力造成的损伤积累将会导致混凝土的永久性变形，从而破坏混凝土结构。

2.2 混凝土桥面破坏实例

此次在绥满公路阿城——尚志段调查桥面破坏时观察的23 座桥中，有一部分混凝土桥面破坏就属于冻融破坏。由于黑龙江省位于我国北部，冬季寒冷多雨，冰冻时间长，因此这类破坏属于普遍现象。根据现场观察取样可以得到产生破坏的主要原因:桥面铺装部分混凝土产生细微裂缝，降水由此处渗入路面基层、底基层，再由反复冻胀使裂缝变宽，从而导致既大又深的裂缝破坏。另外由于混凝土路面在施工时处在冰冻时期，当时铺筑时已经产生冻胀破坏。观察中有两处桥面已经破坏十分严重，因此已经罩上了一层沥青材料。再如哈尔滨二环路安乐街附近的立交桥，某些盖梁部分也已经由于冻融原因而开裂。

3 影响冻融破坏的因素

要对混凝土冻融破坏现象进行预防，首先要了解冻融破坏的影响因素，即混凝土抗冻性的影响因素。失重率、水灰比、拌和及振捣方式等都是重要的影响因素。浆体强度越高，抗冻性越好。集料本身的抗冻性能也会影响整个混凝土的抗冻性能。总之，影响混凝土抗冻性的原因很多，其机理也相当复杂。但从本质上说，混凝土抵抗冻融破坏的能力主要取决于混凝土自身的孔隙特征。

随着混凝土外加剂试验研究与运用技术的不断进步，依据混凝土抵抗冻融破坏机理而提出的引气混凝土，在抵抗混凝土冻融破坏的应用中越来越显示出它的优点与效果。试验资料证明新拌混凝土的含气量每增加一个百分点，混凝土的抗冻标号将比基准混凝土有较大程度的提高。在不改变混凝土结构的基础上，目前积极而有效地防治冻融破坏的方法可归纳为以下两类。

(1)提高混凝土的实际强度，保证混凝土的密实性，增加混凝土抵抗冻融破坏的能力。

(2)在普通混凝土中引入气泡，提高混凝土抗冻性。具体来说有以下几种方式。

①加防冻剂。它能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够的防冻强度。

②加引气剂。它能改善混凝土拌合物的和易性，减少混凝土的离析，提高混凝土的密实性、抗渗性、抗冻性。

在建设部和交通部新颁布的混凝土配合比设计规程与施工规范中，明确指出:在严寒地区有水流作用和冰雪侵蚀的混凝土中，必须掺入适量的引气剂，并规定不同情况下混凝土含气量的控制范围。在黑龙江省，使用比较广泛、最具代表性的应属松香酸钠了，在绥满公路阿城——尚志段增幅高速公路混凝土中掺入的即为此类引气剂。

(3)混凝土的振捣密实与配合比。

混凝土的振捣密实与配合比优化，是增强混凝土抗冻性的必要条件。从此次调查桥面破损、裂缝的情况分析，造成这种破坏的原因还与混凝土的密实性有关。如距阿城K86+525 处的一个三孔板桥，由于磨损，现在桥面已经露出细骨料，是由于当时施工振捣不密实，可见到骨料中有许多蜂窝状小洞，从而导致混凝土内部疏松，这也是此桥破损的原因之一。

4 桥面冻融破坏的防治措施

随着我国科技的进步和工农业的迅速发展，城乡交流日益活跃，道路交通量大幅增加，大型客车和重型货车也日益增多，导致交通拥挤和车辆的刹车启动频繁，从而对桥梁面层的结构强度和使用性能要求更高。因此，钢纤维混凝土作为一种新型维修桥面铺装的建筑材料在国内外得到迅速发展。早在20 世纪60年代，美国就出现了钢纤维混凝土桥面。在我国，自1986年大连第一届钢纤维混凝土科技与应用研究成果交流会以来，对钢纤维混凝土的力学性能和结构研究越来越深入，并在混凝土修补、维修桥面等方面等到应用。

与普通混凝土和钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土具有很高的韧性和抗折性，在耐磨耗、抗冲击、控制裂缝方面都有优良的力学性能，它能够克服类似一般混凝土的脆性问题。在冲击荷载和重复荷载作用下，耐久性能明显提高。因此，钢纤维混凝土的出现被认为是继钢筋和预应力混凝土之后，对混凝土材料的又一次革命。目前正日益广泛地应用在公路、桥梁、隧道、机场跑道、水工大坝、高层建筑等各个领域中。

据报道，日本所有的公路桥，每年的修补桥面的费用高达数百亿日元。我国虽无这样详细的统计数字，但混凝土桥面层因开裂、破坏而失修的事实有目共睹。在此次野外调查中，绥满公路上的某些桥面破损已十分严重。大量的实践表明，掺入钢纤维的混凝土作为桥面面层铺装，使用一段时间后无明显开裂现象，完整性良好。我国自20 世纪80年代以来，在许多地区应用了钢纤维混凝土桥面面层，例如北京安慧立交桥面、上海虹桥机场高架车道、杭州钱塘江大桥桥面铺装等等，效果均不错，实践证明，钢纤维混凝土是解决桥面开裂破坏最理想的材料。

［1］赵国藩等.钢纤维混凝土结构［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［2］李金玉，曹建国，徐文雨，等.混凝土冻融破坏机理的研究［J］.水利学报，1999，(1).

［3］潘钢华，秦鸿根，李松泉，等.粉煤灰混凝土冻融破坏机理研究［J］.建筑材料学报，2002，3(5).

［4］汤志强;刘小随. 浅析水工建筑物混凝土冻融破坏及防治［J］.河南水利，2009，(6).