冻害对水泥混凝土路面的影响

孔小兵

摘要：一直以来，随着道路交通量的迅速增长，对水泥混凝土路面的要求也越来越高，也因此导致水泥混凝土路面的病害也越来越受到行业的重视。本文通过对水泥混凝土路面产生冻害的原因及影响路面冻害的主要因素进行分析，提出相应的应对措施，从而减少冻害对水泥混凝土路面的影响。

关键词：水泥混凝土冻害；因素；措施

中图分类号： TV331 文献标识码： A

引言

水泥混凝土路面的使用寿命能够达到正常使用年限的很少，影响的诸多因素有混凝土的抗弯拉强度、路面的厚度、冻害影响、道路超载、基层的稳定及日常的养护和管理。其中混凝土路面的冻害影响尤为严重，这些与混凝土日常养护和管理都是有直接关系的。

一、水泥混凝土路面冻害产生的原因

现如今路面的混凝土都是通过水泥的水化作用，逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度。因此水泥水化作用的速度非常关键，它不但与混凝土材料组成和配合比有关，而且随着温度的高低而变化。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相变为固相。然而因参与水泥水化作用的水减少了，而导致水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰即完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。

（1）混凝土路面拌和和施工成型期：混凝土路面其强度增长主要靠水化作用，而在路面的新拌混凝土施工过程中的强度低、空隙率高、含水多，极易发生冻胀破坏。冻胀破坏的外观特征是材料体内出现若干的冰夹层，彼此平行而垂直于热流方向。第一层孔穴中冰冻后，在冰晶生长的过程中，材料质体受到拉应力，如果超过抗拉强度即破坏。

（2）混凝土路面养护期满后：混凝土路面中存在的空隙的有三种，即凝胶孔、毛细孔及气泡。而三种孔径的空隙中，凝胶水由于表面的强大作用不大可能就地冻结，气泡水和毛细水易冻结因而可冻水主要集中在水泥石及骨料颗粒的毛细孔中。混凝土中各种孔径的空隙可认为连续分布，分布在这些空隙中的水在降温过程中将按顺序逐步冻结。冻水一般是温度的逆函数，温度愈低，可冻水愈多。

二、冻害对水泥混凝土路面的影响

1、道路表面起皮脱落：因在上冻前路面低洼处积水，冻融后将会使道路的表面受到破坏，表层磨损也会加剧。从而造成平整度下降，行车颠簸，并且年复一年逐年加重。

2、路面混凝土强度下降：水分慢慢渗透到路面混凝土板内。当受冻时，就会形成冰晶体，未受冻的水分也会自动的向冰晶的表面迁移，使冰晶体逐渐胀大，产生张力。当张力大于混凝土材料的抗拉强度时，混凝土板表面材料就会成片的剥落下来。也正是因为混凝土板内部形成细微的裂缝，才会使得道板厚度减薄，承载力下降，导致混凝土强度逐年降低。

3、断板：断板是由于基层强度不够，路基产生不均匀下沉造成的。地带类型潮湿、含水量大，深秋路段排水不利、使基层和路基长期浸泡，地下水位高、毛细水丰富等均会在受冻时产生冰体，体积膨胀，把混凝土板折断，形成断板的现象。

三、设计上的预防

粗集料应用坚固密实的，粒径过大，针片状多的粗集料对混凝土的抗冻性不利。

细集料应坚硬，清洁的中粗砂为好，含泥量不能超标。适当提高砂率，改善和易性并充分捣实可提高混凝土的抗冻性能。

正确选择水泥品种和用量。试验证明抗冻性比较好的混凝土用水泥顺序为：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅盐水泥；用量一般不低于350kg/m 3.

水灰比：规范规定不应超过0.45.在其他相同条件的情况下。水灰比越小越好，用水量越少抗冻性越好。

填缝材料：纵横缩缝、胀缝和施工缝等要根据当地气温选择最佳材料填缝。目前比较普遍使用的有沥青胶泥、塑料、橡胶条和树脂类。如材料和选用施工方法不当，会给以后养护带来很大不便。营白公路选用橡胶条（东北冻胀地区），但施工时缝壁粘合不好。行车不到半年，有一部分胶条脱落，被车轮带走。如不及时修补，路面渗水会加速面板的破损。

增设垫层：在水温状况不良地段的路基与基层之间增设垫层，垫层要有良好的水稳定性和抗冻性，并有一定强度。应能起到排水、防污、防毛细水、抗冻胀的作用。分散路面荷载力，减少土基的应力和变形。

四、提高水泥混凝土路面冻害防治措施

针对上文所述的影响因素，以材料和施工因素为例来研究如何进行水泥混凝土路面的冻害防止措施，具体的有以下几个方面的措施。

1、更换板块的处理

水泥混凝土路面板块经确认表损处理已达不到行车要求是就应刨除，重新浇筑板块。新浇筑的板块应快硬高早强，不允许长时间封闭交通。新混凝土应收缩小，新老混凝土结合处尽量少出缝隙，而且应粘结好，耐磨性不低于老混凝土；耐久性好，施工和易性好，新老混凝土颜色应基本一致。

传统修补材料：长期以来，用沥青混凝土修补水泥混凝土路面，尽管方法简单，但隐患较多。如一刚一柔强度不均、平整度不好、使用寿命不一致、不美观、一片白种出现黑色块，给行车不安全和不舒服感觉。二是用普通水泥混凝土，收缩大，新老混凝土拉开，粘结不好，养生时间长，影响交通。

快硬硅酸盐水泥：使用快硬硅酸盐水泥拌制的混凝土，当气温在5~20℃时施工。3天即可投入使用。它的初凝时间比普通混凝土快0.5h~1.5h，终凝时间快2h~3h，所以施工时要掌握抹光、拉毛等时间，在其他性能上基本与普通水泥混凝土一样。

高铝水泥：高铝水泥的特点是硬化迅速，早期强度高。最快的1天抗折强度可达3~5Mpa，相当于最终强度的80%。我国标准规定，高铝水泥的凝结时间不得小于0.5h，终凝不得大于10h。

高铝水泥水灰比一般在0.34~0.4范围内，不掺如引气剂和减水剂。但为了施工和易性好，如要掺外加剂时，切忌加入石灰、氯化钙之类的外加剂，它将严重的降低混凝土强度。另外，高铝水泥在较高温时强度下降显著，我国南方夏天时间长，气温高，不宜采用高铝水泥补块，对于北方寒冷地区可用。

2、混凝土的养护

由于冬季气温较低，水泥的水化反应迟缓，致使浇捣作业过后很长时间(一般5小时之后)才能进行最后一道抹面工作 。如果晚上气温低于冰点，混凝土表面往往结冰，不能抹面压纹，甚至把抹面压纹的混凝土也结冰，混凝土表面由于冰的膨胀作用而疏松，凝固后不密实，达不到混凝土表面所要求的致密性。对于此种情况，要做好混凝土的养护工作，避免混凝土表面结冰，具体作法如下：

（1）蓄热法。蓄热法是利用原材料预热的热量及水泥水化热，在混凝土外围用保温材料严密覆盖，延缓混凝土的冷却速度，并在冷却过程中逐渐硬化，是混凝土能在正常温度条件下达到受冻条件下达到受冻临界强度的一种施工方法。（2）电热法。电热发是加将电能转换为热能来加热养护混凝土的方法，属于干热高温养护。（3）暖棚法。暖棚法是在所要养护的结构或构件周围用保温材料搭设暖棚，在棚内以生火炉、热风机供热、蒸汽管供热等形式来采暖的方法。（4）掺外加剂法。此法是在混凝土拌制时掺加适量的外加剂，使混凝土强度迅速增长，在冻结前达到要求的临界强度，或者降低是的冰点，使混凝土在负温下能够凝结、硬化的方法。

结语

综上，通过对水泥混凝土路面冻害产生的原因及影响进行分析了解到，应从混凝土的原材料选择、配合比、浇筑和养生等环节着重考虑，对于水泥混凝土路面可能出现的冻害问题要提前预防，并对出现的冻害要及早处理，确保已施工的水泥混凝土路面质量，使路面处于良好的使用状态，延长道路的使用寿命。

参考文献

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