除冰盐对混凝土路面侵蚀破坏机理与预防措施

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水泥混凝土由于价格低廉、强度较高等特性，已成为应用最为广泛的基础建设材料。然而，对于北方冬季寒冷地区，冬季冰雪天气频繁且昼夜温差较大，室外温度正负交替情况时常出现。使得该类地区的水泥混凝土路面所处环境较为恶劣，既受到交通荷载的反复作用，同时还受到温度变化、干湿交替、冻融循环、离子侵蚀等环境作用。由于降雪量大，路面积雪较厚，出于交通运输安全的考虑，该类地区常使用除冰盐对道路积雪进行处理，导致冰雪融水中氯离子含量急剧增大。在冻融破坏耦合作用之后，导致混凝土发生盐冻破坏，使得部分水泥混凝土路面侵蚀严重，结构部位出现不同程度剥裂和腐蚀破坏、达不到使用寿命的现象。这不仅需要投入大量的资金进行养护、维修和改造，给国家造成巨大的经济损失，而且带来交通不便、造成不良的社会影响、破坏了自然环境。所以，分析道路水泥混凝土盐冻破坏机理及预防措施，对提高水泥混凝土路面耐久性具有重要意义。

混凝土除冰盐剥蚀破坏特征破坏是从表层逐步向内部发展，使表面砂浆层剥落，骨料暴露，导致表面凹凸不平，但在剥蚀层下的混凝土层依然保持坚硬完好。因此，采取常规钻芯取样测定强度的分析方法不能查出该类破坏的原因。

在混凝土遭受破坏的截面上，可清楚看到分层剥蚀的痕迹。

在出现剥蚀的表面，特别是在

桥梁板的底部，往往能清楚看到白色

的N a C l结晶体（我国除冰盐大多为

NaCl）。由于进入混凝土内的除冰盐

很难排出，并不断富集。因此即使在

不结冰时也会产生盐结晶挤压破坏。此

外，即使停止使用除冰盐，盐冻剥蚀破

坏仍将产生，直至受盐污染的混凝土层

破坏为止。

破坏发展迅速，对没有采取防治

除冰盐破坏措施的普通混凝土，往往经

过1～2个冬季就会出现剥蚀破坏，远快

于其他种类的破坏。

除冰盐破坏机理分析

混凝土中盐份迁移过程分析

北方冬季寒冷，降雪较多，所以

多使用除冰盐对降雪路面进行除冰处

理。使用除冰盐是为了形成冰点比普通

水低的盐水，使其周围的冰雪融化，从

而起到使路面积雪消融的作用。但混凝

土构造物在这样的环境下，极易受到盐

溶液的侵入。

氯盐侵入混凝土内部有毛细管渗

透、扩散和电化学迁移等多种方式，通

常氯离子渗透是这几种方式的组合，但

扩散占主要地位。扩散方式主要通过孔

隙内已存在的盐溶液的离子浓度差进

行，该浓度差提供驱动力，使得氯盐可

以由高浓度区向低浓度区进行迁移。

氯离子侵入混凝土的过程一般用

Fick第二扩散定律来描述，见下面公式。

式中：

c —离子或气体的浓度（%）；

x —为扩散方向的距离；

t —扩散时间；

D —第二定律中的扩散系数（与

混凝土的孔结构相关）。

由以上公式得出，氯离子在混凝

土中渗透性的程度，除了与结构物截面

尺寸、表面状况等设计和施工因素有关

外，材料本身的抗渗性是最重要的影响

因素，主要与混凝土的孔结构、密实度

有密切关系。另外，氯离子在混凝土构

造物内部传输过程中，部分氯离子会与

混凝土胶凝材料的水化产物相结合，推

迟了氯离子的迁移进度，在一定程度上

可以延缓其对混凝土中配筋的破坏。但

这种结合是非稳态的，在混凝土周围环

境温度上升时，被结合的氯离子仍有可

能释放成自由氯离子，而北方寒冷地区

昼夜温差较大，所以更需要降低氯离子

在混凝土中的渗入程度。

有除冰盐条件下冻融破坏过程

分析

根据混凝土除冰盐剥蚀破坏特征

的分析，北方高寒地区冬季较为常见的

混凝土破坏方式是低温状态下的冻融破

坏，但是由于除冰盐的使用以及北方地

区较大的昼夜温差，使之逐渐转变成盐

溶液条件下的冻融耦合破坏。

混凝土构造物盐冻过程及机理非

常复杂。与单纯的冻融破坏方式不同，

由于除冰盐的存在，使混凝土内产生的

除冰盐对混凝土路面侵蚀破坏机理与预防措施文/谷志勇

TRANSPOWORLD 2012No.17(Sep)

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渗透压增大，饱水度提高，结冰压力增大，加剧了混凝土的受冻融破坏，这是破坏的主要机理。同时，混凝土微孔隙中的水，在正负温度交替作用下，形成冰胀压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，在这种疲劳应力作用下的混凝土产生了由表及里的剥蚀破坏。

由前述分析可知，盐溶液浓度差的出现，会造成混凝土内部不同层面在受冰冻影响时结冰膨胀程度的差异，从而在某层面出现应力集中的情况，造成混凝土破坏。浓度差使得盐溶液在混凝土中较水溶液更易发生连续的迁移，这种迁移会造成混凝土内部饱水程度的增加，同时势必会带来较大的渗透压力，加剧混凝土的破坏。有研究结论提出，与水中冻融时的重量损失相比，氯化钠溶液中冻融时的重量损失会增加50%左右。盐溶液在过饱和时还会出现结晶膨胀现象，在混凝土处于干湿交替循环的情况下，产生结晶膨胀破坏。

另外，道路除冰盐在冰雪融化这个物理变化过程中，会间接地从混凝土表面吸收大量热量，使得冰雪覆盖层下的混凝土温度骤降，引起低温冲击作用，产生温度应力，加剧混凝土的冻融破坏。

常见的构造物盐冻剥蚀破坏发生于混凝土表面，由表及里，逐渐剥落。需要引起注意的是，在盐冻环境下，混凝土出现裂缝是很危险的，由于裂缝的存在，使盐溶液在混凝土内部的迁移程度不断加速和加剧。随着冻融温差的反复影响，造成混凝土的破坏程度将扩大数倍。

抗除冰盐剥蚀的技术措施

引气剂

引气剂的使用可从根本上改善新拌混凝上和硬化混凝土的性能。即可提

高混凝土的塑性和工作度，减少混凝土

的离析和泌水；通过提高混凝土的均匀

性和微观孔隙结构，改善了混凝七的耐

九性。但是，掺人引气剂将会引起混凝

土强度的降低。工程实践表明：引气剂

在混凝土中应用所带来的好处，特别是

改善混凝土抗冻性方面的好处已被广泛

接受，虽然掺人引气剂会降低一些强

度，但混凝土的耐久性却大大提高，具

有长远的经济效益。

引气剂在混凝土中有如下几个

作用：(1)在拌和物中大量形成空气微

珠，提高拌和物的流动性，起到减水剂

的作用，使孔径细化；(2)在混凝土中

形成大量细小的封闭气泡，隔断连通

孔，大大降低混凝土的渗透系数及离子

在混凝土中的扩散系数；(3)在混凝土

中形成均匀封闭的气泡，当混凝土固冰

冻或化学反应产生膨胀性内应力时．这

些气泡可一定程度被压缩，使内应力得

到松驰。

水灰比

尽管掺引气剂是改善混凝土抗盐

冻性的最主要的技术措施，但引气剂的

使用并不能降低对水灰比的控制，在同

样条件下，混凝土的抗盐冻性随着水灰

比的增加而降低，但水灰比对混凝土抗

盐冻性的影响远比引气剂小。

掺合料

当掺人石灰石、粉煤灰或矿渣

时，混凝土的抗盐冻性能降低，但掺适

量硅灰可改善该性能。建议在混凝土路

桥建设时尽可能使用普通硅酸盐水泥，

最好为纯硅酸盐水泥，切不可使用掺有

大量石灰石的水泥。

蒸汽养护预制混凝土

在路桥施工时，为了加快施工速

度，常使用预制混凝土构件，如桥板和

路面边块等。在生产预制构件时，为了

加快生产效率和模具周转速度，常采用

蒸汽养护工艺。研究表明，在同样条件

下，蒸汽养护预制混凝土的抗盐冻性能

明显降低，且随着蒸汽养护温度的提

高，以及预养静置时间的缩短而加剧。

因此在使用除冰盐的环境中，最好不要

采用蒸汽养护预制混凝土构件。如果因

条件限制要使用时，建议在生产中尽可

能采用低的蒸汽养护温度和长时间的静

置时间，同时掺适量引气剂。

选用矿物掺台料和骨料

掺人活性混合料，利用活性混合

料的二次水化反应-可以提高混凝土的

密实性。同时选用优质骨料，以减少骨

料的冻融破坏。研究表明，骨料也是影

响混凝土抗盐冻性能的—个重要因素，

若骨料在24h内的吸水率大于2%，那么

该类骨料最好不要用于使用除冰盐的混

凝土中。

施工条件

即使在混凝土材料设计时，采用

了上述技术措施。如果在施工过程中

不注意对混凝土路面的养护和保护，

破坏仍将发生。例如新拌混凝土表面

迅速干燥失水，以及过分抹面(破坏表

层混凝土的气泡结构和引起含气量损

失等)等都将导致混凝土表面的抗盐冻

性能降低。

结语

北方寒冷地区水泥混凝土路面发

生早期破坏的主要原因是路面的冻融破

坏，而盐冻破坏更严重、更快捷。

提高北方寒冷地区混凝土路面耐

久性的有效而又经济的技术措施是做好

引气混凝土路面，即在混凝中加入引气

剂。

作者单位：邯郸市交通局公路项目办公室

2012年第17期129

(9月上)《交通世界》