严寒地区路缘石抗盐冻技术研究

陈新轩，王耀东，，刘　英，田　波(．长安大学工程机械学院，陕西西安　70064; ．交通运输部公路科学研究院，北京　00088)



严寒地区路缘石抗盐冻技术研究

陈新轩1，王耀东1，2，刘英2，田波2
(1．长安大学工程机械学院，陕西西安710064; 2．交通运输部公路科学研究院，北京100088)

摘要:为解决路缘石出现的盐冻破坏问题，设计5种混凝土配合比，分析不同配合比下路缘石的盐冻破坏情况，其中配合比5的混凝土试块抗盐冻效果最佳;同时对成型面涂抹强化剂的混凝土试块进行盐冻试验，结果显示表面涂抹强化剂的试块抗盐冻效果明显，在此基础上对比分析配合比5与涂抹强化剂的混凝土试块抗盐冻效果，分析结果表明:涂抹强化剂的试块效果较好。在试验的基础上，综合考察环境要素对路缘石施工的影响，选择最佳的施工时间。

关键词:路缘石;配合比;盐冻;环境要素

G6高速公路(内蒙古集宁段)养护改造项目路缘石试验段2012年10月施工，路缘石经历一个冬季盐冻破坏后表面砂浆显著破坏，但路缘石内部混凝土状态良好，并无明显破坏。经调查，路缘石施工采用商品混凝土，混凝土配合比为m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(水)∶m(砂)∶m(碎石) = 350∶80∶208∶867 ∶1 017，从混凝土配合比可以看出，混凝土水胶质量比较大，为0．44，实际水胶质量比更大，达到0. 48，且混凝土浆体含量过高，集料含量偏低，混凝土抗盐冻性能难以保障。另外，由于路缘石混凝土中未掺加引气剂或引气型减水剂，致使混凝土抗冻性与抗盐冻性能不良［1－4］。

1　抗盐冻路缘石配合比设计

分析5种配合比情况下的混凝土盐冻剥落情况，5种配合比及盐冻循环30次时混凝土表面的剥落量(指盐冻循环前后单位面积的质量损失，g/m2)如表1所示，配合比1无任何外加剂，配合比2掺加高浓粉末状减水剂，配合比3掺加液体类引气缓凝型减水剂，配合比4掺加抗盐冻的复合型减水剂，配合比5在配合比4的基础上表面涂刷抗盐冻防护剂［5］。

表1　混凝土的配合比及剥落量

由表1可知，配合比1的盐冻剥落量最大，高达1 326 g/m2，因为路缘石用混凝土中未掺加抗盐冻性能专用外加剂，且水胶质量比达到了0．4，因此超出盐冻破坏公认的限度标准。从配合比2～5的剥落量来看，在凝结硬化的抗盐冻混凝土表面喷涂抗盐损害专用防护剂的措施，可以更进一步显著降低剥落量(剥落量可低至156 g/m2)。其抗冻乃至抗盐冻性能显著提高。由此说明路表构造物等抗冻、抗盐冻混凝土的性能得到了改善与提高，其改善与提高程度，取决于专用外加剂的选型(成本)与掺量［6－8］。通过提高混凝土含气量(掺加专用引气型减水剂)、提高混凝土密实度(工艺措施)、降低混凝土水灰比(技术措施)以及在凝结硬化的抗盐冻混凝土表面喷涂抗盐损害专用防护剂(养护措施)，抗盐冻混凝土抗盐损害性能完全可以改善与提高，即盐损害及冻害是可以延缓与显著弱化的。

2　不同表面处理的路缘石抗盐冻性能分析

2．1表面处理对路缘石抗盐冻性能的影响

就目前而言，无论是表面涂抹防护剂，还是在混凝土中掺加大量外加剂，其相对成本都比较高。为此，期望一种新方法，既能改善路缘石的抗盐冻性能，同时又能改善路缘石表面的麻面气孔现象。根据现场滑模施工经验，为了能改善路缘石表面的麻面气孔现象，在路缘石成型模具后面再拖一个模具，该模具用来涂抹水泥砂浆，此法能大大改善表面质量，但在严寒地区路缘石表面是否具有抗盐冻性能目前未知。

借助于水泥砂浆涂抹装置，研究喷洒强化剂再用涂抹装置涂抹到路缘石表面的方法来改善路缘石的抗盐冻性能，实际抗盐冻性能需要进行试验验证。为此，采用配合比1进行进一步试验研究，采用3种方式对混凝土表面进行处理。方法1，水泥混凝土成型后，表面不处理，直接进行养护;方法2，水泥混凝土成型后，在试块的上表面涂抹1层2 mm厚的水泥浆，水泥浆中水灰质量比与水泥混凝土相同;方法3，水泥混凝土成型后，在试块的表面均匀撒上1层粉末状强化剂，然后进行抹面。对试块进行单面盐冻性能试验。

单面盐冻试验法如图1所示。将混凝土试块成型面4～6 mm浸泡在盐溶液中进行盐冻循环试验，此试验介质为质量分数为3%的NaCl溶液。选择成型面作为盐冻试验测试面，采用木抹子对测试面进行处理。标准养护24 d后，在水中浸泡4 d待测。试件每个冻融循环在8 h内完成，其中融化时间为4 h，冻结时间为4 h(试件从20℃降至－20℃的时间≯3 h，中心冻结温度低于－10℃;－20℃升至20℃所用时间≯3 h)。每隔5次循环收集混凝土盐冻剥蚀物，并重新更换盐溶液［9－11］。剥落量B的计算式为

式中ΔM为试件质量损失，g; S为混凝土试件接触盐溶液表面积，m2。

盐冻循环30次后，测试混凝土试块表面的剥落量，方法1～3的盐冻剥落量分别为1 411，2 147，189 g/m2，即未经表面处理的混凝土试块的盐冻剥落量为1 411 g/m2，而表面涂抹了水泥浆混凝土试块的剥落量高达2 147 g/m2。因为纯水泥浆的抗冻性能比较差，水泥浆内部有很多气孔，在低温情况下容易出现裂纹，因此抗盐冻性能很差，在非严寒地区，抹水泥浆可以使路缘石表面光滑无气孔，达到了美化路缘石的效果，但在严寒地区抹水泥浆是非常致命的。涂抹强化剂的混凝土试块盐冻剥落量为189 g/m2，此种方式处理后抗盐冻性能非常好。因为强化剂能有效渗透5～8 mm，与水泥混凝土发生化学反应，形成致密整体，同时有效提高表面耐磨性，抗压强度提高40%，有效提高硬度和密度，抗盐冻效果非常明显，和涂抹防护剂的效果基本一致。

2．2盐冻的防治措施对比分析

对比两种混凝土防盐冻措施，一种为添加剂，在混凝土新拌制阶段直接将添加剂掺入混凝土中，改善基体混凝土抗盐冻性能;另一种是混凝土硬化后，通过表面涂层避免盐溶液侵蚀入混凝土内部的方式进行防护。

图1　盐冻试验

选取普通水泥混凝土作为参照，对上述两种处理过的混凝土试块进行盐冻试验，试验结果如图2所示。从图2中可以看出，普通水泥混凝土表面出现的盐冻破坏剥蚀比较严重，当掺加抗盐冻添加剂和进行表面涂层时，混凝土抗盐冻性能有明显提高，尤其进行表面涂层时，混凝土表面抗盐冻效果更佳，但表面涂层的成本高于添加剂，具体使用时，可根据当地的盐冻破坏情况及气候状况综合考虑来选择。

图2　抗盐冻防护效果

3　施工时间

滑模路缘石对表观质量要求严格，以表面不出现裂纹和气孔为最佳。内蒙古属于草原严寒地区，气候多变，因此选择合理的路缘石滑模施工时间尤为重要［12］。采集了内蒙古白音华至霍林郭勒一级路附近气象站2009—2013年的气象数据，分析气象因素对施工的影响［13］。

3．1环境要素对滑模施工的影响

表2为2011年月平均温度和月平均昼夜温差数据。从表2中数据可以看出，2011年1、2、3、4、11、12月的昼夜平均温度低于5℃，根据施工规范要求，摊铺现场连续5昼夜平均温度低于5℃时应该停止施工［14］，可见每年可施工的时间集中在5—10月，有时候5、10月夜间会出现温度低于0℃的情况，需要剔除，因此选择夏季施工为宜;从表2中还可看出2011年该地区夏季昼夜温差较大在10℃以上，结合平均气温可知，该地区白天温度高，若选择白天施工很容易引起干缩裂缝，可考虑选择傍晚施工。

表2　2011年月平均温度与月昼夜平均温差

图3为2009—2013年太阳辐射量以月为单位的处理结果(月平均辐射量按照白天采集到的有效数据进行计算)。从图4可看出，全年的太阳辐射量相对较小，除了个别月(2011年7月)，其他月的太阳月均辐射量不超过0．5 MJ/(m2·h) ;从图3还可以看出，夏季辐射强度明显高于冬季，冬季月均辐射强度低于0．2 MJ/(m2·h)，除2009年外，其余夏季月均辐射强度均超过0．4 MJ/(m2·h)［15］。

根据表3可知，夏季日照时间均超过12 h，日平均照射时间为14．5 h，根据日照时间和辐射量的对比可以看出，夏季日照时间长，辐射量较大。

2012－7－5—15内蒙古西乌旗地区的风速(每h采集1次数据)状况如图4所示。从图4中可以看出，7月上旬的最大风速不超过8 m/s，白天风速大，基本超过2 m/s，而夜间风速很小，甚至无风，若白天施工，需要喷洒养护剂，经济成本太高，适宜夜间施工。

图3　按月处理太阳辐射量结果

2012年月平均昼夜湿度值如图5所示。由图5可以看出，整年内白天相对湿度低于夜间，冬季相对湿度大于夏季，全年夜间相对湿度均高于60%，而在夏季夜间相对湿度高于80%，白天相对湿度低于70%，根据施工规范要求，夏季宜选择夜间施工，白天相对湿度太小不适宜水泥混凝土路面的养生。

表3　2011年6月日照时间

图4　2011年7月风速

图5　2012年月平均相对湿度

3．2施工时间的选择

根据上述分析，最佳施工时间为夏季夜间，但考虑到施工的安全性和经济成本，施工时间也可选择早上和傍晚施工，但一定要及时进行养护，保证路缘石表面不出现干缩裂缝。

4　　结论

1) 5种不同配合比混凝土的盐冻循环试验表明，掺加外加剂的混凝土的抗盐冻性能明显高于没掺加外加剂的。

2)单面盐冻试验表明，同一种配合比3种不同处理方式的混凝土，表面涂抹硬化剂能大大提高混凝土抗盐冻性，而表面涂抹水泥浆虽然能提高水泥混凝土表面的光洁度，但抗盐冻性能极差。

3)掺外加剂和表面涂层均可以改良混凝土的抗盐冻性能，应对比分析混凝土掺外加剂和表面涂层的优越性，综合考虑经济成本、施工工艺等因素，选择最合理的改良措施。

4)分析环境要素对施工的影响，夏季夜间为最佳的路缘石滑模施工时间，但考虑到安全性和经济成本，可选择早上和傍晚施工，尽量避免温缩和干缩裂缝出现，提高路缘石冬季抗盐冻性能。

参考文献:

［1］王稷良，申力涛，牛开民．路面水泥混凝土盐冻参数与评价指标研究［J］．混凝土，2012(2) : 21－24．

［2］王稷良，申力涛，牛开民．路面水泥混凝土抗盐冻性能的影响因素［J］．公路交通科技，2013，30(10) : 1－5．

［3］张辉，潘友强，张健，等．水泥混凝土抗盐冻性能影响因素研究［J］．重庆交通大学学报:自然科学版，2013，32(4) : 597－600．

［4］聂鹏．除冰雪剂对路缘石的破坏［J］．东北公路，1997，20(3) : 41－45．

［5］张士宏，范丰栋，高占丰．关于路缘石自然破坏原因的分析与防治［J］．辽宁交通科技，2000，23(4) : 20－22．

［6］巴恒静，李中华，关辉．混凝土抗盐冻性能影响因素的研究［J］．混凝土，2008(11) : 1－3．

［7］于亚军．提高水泥混凝土路面抗盐冻性的主要措施［J］．交通标准化，2008(9) : 97－99．

［8］张国强，覃维祖．混凝土抗盐冻剥蚀试验方法的研究［J］．公路交通科技，2000，17(2) : 5－8．

［9］孙丛涛，牛荻涛．混凝土抗盐冻性能试验研究［J］．硅酸盐通报，2010(4) : 762－767．

［10］李连志，于静波．混凝土抗盐冻性能的试验研究［J］．黑龙江工程学院学报，2008，22(3) : 14－17．

［11］张云清，余红发，王甲春．盐冻条件下混凝土结构表面的损伤规律研究［J］．中国公路学报，2009，22(4) : 57－63．

［12］田波，牛开民，刘贺，等．水泥混凝土路面的气象因素研究［J］．公路，2012(6) : 109－113．

［13］曾惠珍，吴梅容．福州水泥路面的温度预测及气象要素分析［J］．四川理工学院学报:自然科学版，2013，26(5) : 51－55．

［14］交通运输部．JTGT F30—2014公路水泥混凝土路面施工技术细则［S］．北京:人民交通出版社，2014．

［15］刘虎虎，田僖，王富．太阳辐射对混凝土结构温度应力的影响［J］．水电能源科学，2013，31(5) : 106－108．

(责任编辑:郎伟锋)

Research on Salt Frost Technology of Curb Stone in Cold Region

CHEN Xinxuan1，WANG Yaodong1，2，LIU Ying2，TIAN Bo2
(1．School of Construction Machine，Chang'an University，Xi'an 710061，China; 2．Research Institute of Highway，Ministry of Transport of the People's Republic of China，Beijing 100088，China)

Abstract:To solve the problem of the salt frost damage of curb stone，this paper designs 5 kinds of mixture ratio and analyzes the influence of frost damage on curb stone under the different mixing proportion，among which the concrete samples with the No．5 ratio have the best effect over the salt frost．At the same time，the salt frost experiment on cement concrete samples which cover some fortifier on its surface shows that the fortifier's effect is obvious．Based on those experiments，the paper makes a comparative analysis of the influence of frost damage on cement concrete samples with the No．5 ratio or fortifier and concludes that the effect of the samples with the fortifier is better for cement concrete．Based on all the experiments and comprehensive consideration of the influence of environmental element on curb stone construction，it is concluded that the best thing is to select the good construction time．

Key words:curb stone; mixture ratio; salt frost; environmental elements

作者简介:陈新轩(1960—)，男，西安人，副教授，工学硕士，主要研究方向为公路机械化施工与管理．

收稿日期:2014－12－03

DOI:10．3969/j．issn．1672－0032．2015．01．013

文章编号:1672－0032(2015) 01－0064－05

文献标志码:A

中图分类号:U417．4