水泥混凝土路面冻害分析与薄层修补技术解析

王飞飞

(宣化县交通运输局，河北 宣化 075100)

水泥混凝土路面冻害分析与薄层修补技术解析

王飞飞

(宣化县交通运输局，河北 宣化 075100)

本文结合宣化地区水泥混凝土路面的现实状况，对路面冻害的作用机理进行了全面分析，并提出了薄层修补技术的施工，为宣化县公路的修建与完善提供理论基础。

水泥混凝土路面；冻害分析；薄层修补；技术探讨

从宣化地区水泥混凝土路面的实情得知，水泥混凝土路面出现了不同程度松散现象，但其下层结构并没有受此影响，试验表明其强度仍可以达到标准。通过长时间的分析和研究，最终将薄层修补技术作为解决水泥混凝土路面冻害的主要手段，该方法不仅具有较强的粘结能力，还具备极好的防冻性和抗渗性。

一、水泥混凝土路面冻害的作用机理

（一）物理作用

就目前来看，水泥混凝土路面的冻害机理多达五、六种，其中代表性较高的机理为静水压假说。在水泥混凝土路面中，具有许多不同形式孔径，在毛细孔压力的不断作用下，孔径较小的孔洞会在短时间内吸满水分，但孔径较大的孔洞会在压力的影响下，出现不饱和的情况，当外界环境温度达到零下以后，孔洞中的水分会凝结成冰，体积会逐渐增大，此时会生成一定强度的水压力，此压力促使水分向空气泡的方向运动。如果水压力不断上升，且超出限度，水泥混凝土将失去限制作用，最终出现开裂。冰的实际蒸汽压会比水的小很多，所以水分会不断向凝固区域运动，并逐渐结冰。另外，水泥混凝土中存在各种类型的盐类，水分凝固以后，还未发生凝固水分的含盐量迅速上升，从而形成较大的浓度差，最终引发渗透。由此可见，水泥混凝土路面冻害是一个复杂的过程，影响因素是多方面的，所以在处理时，应对各项原因进行综合性的分析。

实验表明，除冰盐对水泥混凝土路面的破坏具有一定特殊性。除冰盐的主要成分为氯化钠溶液，这种溶液在一定条件下，会使水泥混凝土的重量损失速度发生相应的改变，并未对冻害机理造成影响。在水泥混凝土的毛细管吸水试验过程中，样品中除冰盐的含量与平衡时间成正比关系，也就是说，盐的含量越高，越难失水。然而，当盐的实际浓度保持一致时，外界湿度的不断增加，水泥混凝土的平衡速率将显著提高，在盐饱和性的影响下，水泥混凝土含盐状态下的饱水度会相对较高。因此，在外界环境的温度较低时，水泥混凝土内部会形成极高的结晶压。此外，由于盐的实际浓度不均衡，所以在温度较低的影响下，冰雪在融化的同时会使水泥混凝土内部的实际温度急剧下滑，进而加剧冻害。通过多次干湿循环试验得知，水处理环境下的样品干长度比湿长度要大很多，但在氯化钠处理环境下，干长度会受到循环次数的显著影响，进一步说明了含有盐溶液的水泥混凝土在蒸发时会比较干燥，水泥混凝土孔洞中的盐类会出现结晶的情况，从而产生较大的结晶压，最终导致水泥混凝土路面出现损害。

（二）化学作用

除冰盐不但会加剧水泥混凝土路面的冻害，在非冻结环境下一样会对水泥混凝土路面造成损害，通过相应的化学试验得知，长时间与氯化钠溶液接触的水泥混凝土，其产物会在熟石灰的作用下被浸滤，相应的化学反应方程式为：

此反应明显增加了水泥混凝土表面的孔隙率，间接增加了水分的结冰量，进而加剧路面冻害。此外，上述反应所生成的氯化钙会在水泥混凝土中进行进一步的反应，相关化学反应方程式为：

另外，强碱溶液氢氧化钠会在盐类的催化作用下与水泥混凝土内部的集料进行碱集料反应，从而加剧了路面冻害，降低路面的性能。

二、水泥混凝土路面薄层修补技术施工

（一）表面凿毛

根据水泥混凝土路面粘结要求而制定的凿毛方案，对出现冻害的水泥混凝土路面实施凿毛处理。传统的人工凿毛处理法无法适应薄层修补技术施工的具体要求，所以在实际情况中，应利用相应的机械设备完成。现阶段，使用较为广泛的凿毛方法主要有三种类型，分别为高压水射、刻槽法和酸溶液的腐蚀法。据了解高压水射凿毛法在指定的路段中实施了多次的试验，运用强度为70MPa的水流对路段的水泥水凝土路面实施相应的凿毛工作。处理完成以后，作用面的构造深度在2mm左右，在设计方案要求的限度以内。为了切实提高水泥混凝土表面的实际粗糙程度，需在喷射的水中添加一定量的石子，但该方法仍处在试验阶段，相应的数据和要求还没有得到准确的判定。酸溶液腐蚀法需使用一定浓度的盐酸，盐酸会在一定条件下腐蚀水泥混凝土，从而达到凿毛的目的，但运用该方法无法准确控制构造深度，如果操作不当还可能会对周边的自然环境造成破坏，因此该凿毛方法的使用条件较为严格。就目前来看，刻槽法的应用与发展前景较为理想，且效果显著，但相应的施工设备仍处在研究阶段，还需要一定的时间。

在对水泥混凝土进行凿毛时，应严格控制施工手段，以免凿毛过度破坏下层结构。凿毛处理完成以后，工作人员应立即使用钢丝刷对路面进行清理，完全清除凿毛处理产生的碎块或油污，从而为下一阶段的施工做好准备。

（二）涂刷粘结剂

水泥混凝土路面的粘结剂应具备粘度大、流动性高、耐用性好等特点，从而切实增强水泥混凝土路面的强度。在材料领域不断发展的影响下，有机粘结材料的种类越发丰富，为薄层修补技术创造了十分便利的条件，但实际的造价过高，并不具有较高的实用性。所以在实际情况中，大多运用TGJGN粘结材料，不同粘结材料的基本性能如表1所示。

表1 不同粘结材料的基本性能

（三）铺筑薄层

按照规范完成配合比的计算工作，从而制造水泥混凝土。在制作钢筋混凝土的过程中，所选钢纤维与混合料的拌合应十分均匀，不能出现结团的现象，这是铺筑薄层工作的重要环节，稍有不慎就会对混凝土的强度造成影响。然而，从钢纤维的角度讲，决定混凝土均匀度的主要因素为所选钢纤维的掺量、骨料粒径等方面。通常情况下，钢纤维的实际掺量应维持在2%以内，如果条件允许，应尽量使用铣削类型的钢纤维材料。在明确混合比之后，应将工作重心放在搅拌方式上，在工程施工过程中，一般拌和机械主要采用性能强劲的强制式拌和设备，严把投料顺序大关，要求最佳的投料顺序为，先骨料，后水泥，最后添加剂，在混合料搅拌均匀以后还需加水在进行搅拌，一段时间以后逐级加入钢纤维，直至搅拌均匀。运用自卸式运输车将制备完成的钢纤维混凝土运输到工作区域，卸料时，实际高度应严格控制在1.5m以内，以免出现离析。此后，在凿毛和涂刷工序均完成且合格的水泥混凝土路面上进行铺设，运用平板振捣器辅助铺设工作，前后需叠加15cm，振捣时间应维持在15s左右，直到铺设表面出浆。由于钢纤维混凝土的流动性较差，所以在路面的边角处极易出现蜂窝，还需密切注意路面边角区域的铺设细节。铺设振捣的维持时间不能过长，从而避免钢纤维混凝土下沉至下层结构。在抹平环节中，由于钢纤维的分布不均，所有有些钢纤维会窜出表面，会严重危机到通行安全，所以务必要将窜出的部分抹平。最后，在抹平工作完成且无溢水现象时，还需立即进行拉毛处理，就本工程而言，应将深度牢牢控制在1-2mm之间。

三、总结

水泥混凝土路面的冻害问题一直以来都是公路建设及养护工作的重点，也是影响公路正常使用的主要危害，冻害的作用机理较为复杂，既有物理作用原因又有化学作用原因，所以处理冻害是一项十分复杂的工程。如今，薄层修补技术在处理水泥混凝土路面冻害方面具有很好的效果和前景，在实际的施工过程中，应从凿毛、涂刷、铺设及养护等工序入手，注重细节，从而取得满意的效果，促进公路建设的全面发展。

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TU75

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1007-6344（2015）04-0146-01