摘要：随着我国经济事业的不断发展，我国公路建设取得了飞速发展，水泥混凝土路面修建技术也不断提高。水泥混凝土路面作为一种主要的路面结构形式，以其使用年限长、不易损坏的优点。但是，由于天气自然外界因素的影响水泥混凝土路面也会产生的开裂、断板、错台、沉陷至使混凝土路面的使用寿命缩短。本文就水泥混凝土路面抗冻耐久性进行探讨。
关键词：水泥混凝土；抗冻性；研究；控制
前言
在我国北方地区，由于天气寒冷给水泥混凝土路面破坏的主要特征为：破坏是从表层开始，逐步向内部扩展，导致砂浆层剥落，骨料暴露，表面凹凸不平；面板出现裂缝、断板；这种破坏发展非常快，对没有采取防治除冰盐破坏措施的普通混凝土，往往经过一两个冬季就出现破坏。
一、影响水泥混凝土路面抗冻耐久性的因素
1.1路面设计方面的因素
路面设计因数造成的水泥混凝土路面耐久性因数主要有：路面厚度偏薄，板块平面尺寸设计不当，排水设计不当等几点。
（1）路面厚度偏薄，根据相关研究资料，路面的使用寿命与路面厚度成5次方关系。如果因为设计时交通量调查不准，路基基层的模量和材料参数选用不当等原因，而使路面偏薄，就会使路面寿命缩短，过早地破坏路面。另外随着交通运输业的迅速发展，大吨位车辆逐年增多，单轴轴载比原设计计算轴载增加几倍，根据轴载等效换算系数f=（Pi/PO），超重轴载与标准轴载应换算成16次方关系。因此在设计阶段，既要充分考虑交通发展状况，准确调查交通量及运输车辆的发展状况，又要考虑到超重车的影响，相应提高设计标准。
（2）路面设计因数的影响，其中包括板块平面尺寸设计和排水设计。平面尺寸设计水泥混凝土路面直接暴露在大气中，温度的变化会使混凝土路面在不断的伸缩和翘曲中处于拉应力和压应力的反复交替作用状态，此拉压应力称为温度应力。混凝土板越长，温度应力就越大。若设计时板块过长或长宽比例不当，温度应力超出容许范围，路面板即产生开裂断板。排水设计不当路基及基层如排水不良，长期受水浸泡，会引起路基失稳或强度不足，使路面产生不规则裂缝；裂隙水或边沟水等渗人路基基层，冬季冻胀时会使路面产生纵向开裂。因此设计时应结合地形条件设计全面的排水系统，确保地表水、地下水不会对路面造成破坏。
1.2路基施工方面的因素
路基施工在材料的选择、回填材料的控制上会影响水泥混凝土路面耐久性。在通常情况下，不能被压实到规定的密实度和不能形成稳定填方的材料，不能用于路基填筑。如沼泽土，腐植土等材料；液限指数大于50%，塑限指数大于25%的材料；有机质含量大于3%的材料；压实含水量和最佳含水量之差大于2%的材料等。路基填筑前，应首先探明地质情况，然后采取合理的施工方案，否则就容易给路基造成隐患，使成形路基沉陷或滑移，最终影响混凝土面板。此外，由于回填材料不符合要求，压实度不足等极易造成台背沉陷或错台，尤其应引起注意的是边缘如为不透水性填料，路面渗人的水积存在台背，时间一长，便影响了路基稳定，造成面板破坏。
1.3混凝土的冻害因数
首先是冻融破坏，混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细孔多孔体。骨料的孔隙率及其间的含水率骨料本身一般是比较密实的，孔隙率极低，孔径也较小。通常骨料孔隙中的水是不冻结的。但骨料的孔隙率影响了水的扩散阻力，骨料的饱水程度影响了它的容水空间。在拌制过程中加入的拌和水总要多于水泥的水化水，这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为水遇冷结冰会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏，特别是采用较大粒径的骨料，混凝土冻结时间排出多余水份的通路较长，产生的压力较大，因而易造成破坏。其次是盐冻破坏，混凝土盐冻剥蚀破坏是指在冻融循环的条件下，因使用除冰盐而引起的混凝土表面起皮、剥落、开裂等破坏。与单纯的冻融破坏不同，由于盐的存在，使混凝土内产生的渗透压增大，饱水度提高，结冰压力增大，加剧了混凝土的受冻破坏，这是破坏的主要机理。同时，因盐的作用而产生的过冷水最终在毛细孔中结冰而产生的内应力，以及混凝土表面和内部之间的盐浓度梯度使混凝土受冻时因分层结冰而产生应力差等，都使破坏力增加，导致混凝土的层层剥落。由于盐使冰雪融化将吸收大量的热量，使冰雪覆盖层下的混凝土温度剧降，导致额外的冻害。
二、外掺材料对提高混凝土抗冻性的作用
矿渣粉是将高炉矿渣细磨后得到的一种高效掺合料。以矿物掺合料配制混凝土时，不仅可以替代硅酸盐水泥（20%～70%），而且所配制的混凝土的力学性能、坍落度损失、耐蚀性等都得到相应的提高和改善。再加上矿渣粉自身的需水量较少，掺入混凝土中还能起到减水的作用，因此，矿渣粉是目前综合性能最为优良的人造矿物原料。引气剂可以明显地降低混凝土拌合水的表面张力，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。而这些气泡可以切断部分毛细管通路，使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解。因而，不仅使混凝土不会遭到破坏，还能起到缓冲减压的作用。再加上气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水分不易浸入，减少了混凝土的渗透性，同时还能起到润滑作用，改善混凝土的和易性。因此，掺用引气剂，会大大提高混凝土的抗冻耐久性。减水剂在混凝土坍落度基本相同和不影响和易性条件下，可以减少混凝土用水量，降低水灰比，节约水泥并改善其和易性。
三、增强水泥混凝土路面抗冻耐久性措施
3.1基层施工方控制
（1）原材料的控制
水泥混凝土路面基层一般采用水泥稳定类集料。水泥稳定集料的级配要求良好，有机质含量不得大于2%，集料中不得含有勃土块、腐殖质等有害物质。
（2）平整度、标高的控制
基层平整度和标高是保证面板厚度的基础。平整度误差会造成路面板厚度不一，有局部超厚也有局部厚度小于设计值，所以水泥混凝土路面在基层施工时，一定要控制好平整度。采用摊铺机摊铺，一般能确保平整度符合规范要求。标高是控制板厚度的关键，控制时宁低勿高。决不能为节约成本而有意抬高标高。
（3）施工过程的控制
铺筑前应将路基上的所有浮土、杂物全部清除，并严格整形和压实。对松软部分或压实不足的部分都应重新翻松、压实。松铺好的集料在压实时，其含水量应比最佳含水量稍高。
3.2混凝土路面抗冻控制
我国北方由于天气寒冷混凝土路面抗冻控制显的尤其重要，在混凝土路面抗冻控制上可以以掺入引气剂、控制水灰比来进行控制。
3.3掺入引气剂
这是提高混凝土抗冻性最常用的方法。在混凝土中引入均匀分布的气孔对改善混凝土的抗冻性能有显著作用，但必须有合适的含量和孔的尺寸。引气剂所产生的孔与其它孔的本质区别在于引气剂产生的孔是封闭的，孔内不含水，通常称之为气泡。而其它孔是连通的，允许水自由进入，在潮湿环境下它含有较多的水。引气剂形成的孔本身不冻，而且可以释放冰冻作用产生的压力，减轻对混凝土的冻融破坏。对于抗冻混凝土，必须掺人引气剂，使混凝土有一定的含气量。研究结果表明，如若不掺人引气剂，即便水灰比低到0.3，混凝土也是不抗冻的。若掺引气剂，水灰比为0.5时，混凝土也能承受300次冻融循环。
3.4严格控制水灰比
水灰比越大，混凝土孔隙率越高，则较大孔的数量也越多可冻孔就越多，混凝土的抗冻性较差。所以，对有抗冻要求的混凝土，应严格控制水灰比，一般不应超过0.55。
结束语
总而言之，水泥混凝土路面的耐久性对于公路的使用年限，对与国家经济成本都有着重要的影响影响水泥混凝土路面耐久性的因素还有很多，在我国北方地区混凝土路面抗冻耐久由为重要。
参考文献
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论文作者:林培章
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/7
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