南水北调中线干线建设管理局河南分局 河南郑州 450000
摘要：文章主要对水工混凝土桥梁盐冻病害进行实际调研，结合国内外研究成果分析了水工混凝土结构盐冻破坏的破坏机理，进一步分析了影响水工混凝土结构冻融与盐冻破坏的影响因素，最后结合各影响因素给出了水工混凝土结构防止冻融破坏和盐冻破坏的技术措施，为工程中降低水工混凝土结构的冻融与盐冻破坏提供理论依据。
关键词：水工混凝土；盐冻破坏；抗冻性；技术措施
引言
混凝土的盐冻破坏是北方地区水工混凝土结构遭受冰冻和雨雪侵蚀后破坏的常见弊病。本文对南水北调中线水工混凝土结构盐冻病害进行调查，结合国内外研究成果对其病害破坏的机理和影响因素进行探讨，并给出了防止盐冻破坏的技术措施，为提高水工混凝土结构耐久性提供理论基础。
1.水工混凝土结构盐冻病害调查分析
随着我国大规模基础建设的展开，以及北方大范围的使用除冰盐，盐冻破坏正成为我国混凝土耐久性中一个现实的、潜在的严峻问题。由于其廉价、方便、有效且还未找到更好能代替除冰盐而保证冬季交通畅通的方法，除冰盐将在未来很长一段时间内继续使用，而且国内外都没有有关混凝土抗盐冻设计的专门标准规范和指南，仅将它作为一种最严酷的冻融破坏。因此，研究在使用除冰盐情况下混凝土劣化具有很大的工程现实意义。
基于以上背景对南水北调中线多座公路桥梁进行了调研，发现部分桥梁冻融破坏较严重，且因除冰盐使用较频繁，多数桥梁在不同部位存在盐渍。南水北调中线部分渠段地处我国高纬度地区，一月平均气温为零下3.4℃，冬季最低气温达零下10℃以下，混凝土内部孔隙溶液存在冻融循环现象。调查显示其中一座桥梁的多数墩柱在水位线上方处的混凝土存在严重剥蚀，如图1所示。另一方面，由于冬季结冰严重，为保证道路和桥梁的畅通，通常撒放氯盐进行除冰。调查显示，几乎所有桥梁的排水口均可观察到盐溶液侵入周围混凝土的泛白痕渍，如图2所示。
图1 南水北调中线某桥墩柱混凝土冻融破坏：
水工混凝土结构的盐冻破坏是指混凝土在饱盐水状态下由于冰冻和融化循环在混凝土内部产生微裂缝，最终导致混凝土的疏松开裂破坏，其最普遍的表现形式是表面剥蚀和内部胀裂两方面。混凝土孔隙中的水冰冻后会造成的冻胀，进一步导致混凝土开裂，力学性能参数（弹性模量、抗压强度和抗折强度等）退化，进一步影响到水工混凝土结构的使用功能和寿命，为了正确认识盐冻破坏这一工程现象，本文基于北方地区水工混凝土桥梁盐冻病害的调研情况结合国内外的研究成果对混凝土盐冻破坏的机理和影响因素进行探讨，进一步给出了提高水工混凝土结构抗冻性的技术措施。
2.混凝土抗冻性影响因素分析
盐冻破坏是在盐溶液和冻融循环共同作用下，混凝土表面剥蚀的破坏，其剥蚀机理比较复杂。相关学者提出的渗透压理论虽然能部分解释除冰盐不利影响，但它无法合理解释混凝土盐冻破坏的几个最基本现象，如中低浓度溶液引起的混凝土破坏最严重、受冻时混凝土表面存在盐溶液对盐冻破坏的重要性等。学者在其“冰棱镜理论”基础上，提出对盐冻破坏的一种解释。其主要观点为盐冻提高了混凝土饱水度，进一步由于冻水增加而增大了静水压和破坏力从而导致混凝土严重剥蚀；另一方面，由于盐的存在，将产生不稳定的过冷水，并导致孔隙水外渗在流通孔道中结冰阻塞渗透通道，从而引起更大的内应力。影响混凝土抗盐冻的因素可分为混凝土内部自身因素和外部环境影响因素两类。混凝土自身因素包括：水泥品种及掺和料、水灰比及水泥用量、骨料、外加剂、混凝土受冻龄期、含气量及分布特征、混凝土的饱水状态等；环境影响则包括：环境相对湿度与干湿循环、冻结温度、降温速度、冻融循环次数等。但由于盐冻自身的一些特点，一些影响因素对混凝土抗盐冻破坏也表现出特有的性质。由于盐冻破坏主要表现为表层的剥蚀，所以对混凝土表层的影响因素也就显得特别重要。当混凝土坍落度比较大或添加了缓凝剂时，其泌水将有所增加，而泌水将导致表层的渗透性、离析和水灰比增加，所以对混凝土抗盐冻不利。养护条件对混凝土的抗盐冻影响也特别大，因为养护主要影响混凝土表层硬化浆体的毛细孔隙率。蒸汽养护由于将导致更大的毛细孔，将严重降低混凝土的抗盐冻性能，但硅酸盐混凝土受其影响比较小。为防止水和氯盐侵蚀而采用的密封方法会加重盐冻破坏，因为在一定环境下，当冻融次数达到一定值时，会使封闭层与混凝土层突然分离而造成破坏。由于卵石表面光滑，不利于界面粘结而形成薄弱环节，因此，卵石的抗盐冻性比碎石差。仅掺钢纤维不但不能提高混凝土抗盐冻性能，反而会因为破坏了孔结构及快速冷传导而加重盐冻破坏。最低冰冻温度对盐冻破坏影响很大，而降温速率对盐冻剥蚀影响非常有限。在干湿循环作用下，混凝土孔隙结构变大，会降低混凝土抗盐冻能力，干燥环境混凝土孔隙水减少，孔隙压降低，会提高混凝土结构的抗盐冻性能[1]。
3.防止水工混凝土结构盐冻破坏的技术措施
第一，控制水灰比和水泥用量。水灰比和水泥用量对混凝土抗冻性影响主要表现在它对混凝土的可冻水量、孔结构以及强度的影响，水灰比越大，混凝土可冻水越多，孔结构越弱，而且其强度也越低，因而抵抗冻融的能力越差。第二，严格控制水工混凝土粗细骨料的强度质量和级配。石子和细砂质量和级配对水工混凝土抗盐冻破坏能力的影响较大。如果石子的质量很差，强度低，孔隙大，盐冻冻结时吸收较多水分，孔隙压力增大。骨料级配粒径越小，则骨料表面越大，可以降低盐冻破坏程度。因此，选择合适粗细骨料级配对混凝土抗盐冻性有利，而级配不合理时骨料对水工混凝土抗盐冻性不利。第三，提高混凝土的浇筑质量，混凝土浇筑越密实，抵抗盐冻破坏的能力越强。第四，在混凝土早龄期做好保温保湿处理。水工混凝土龄期越小，混凝土的抗盐冻性能越差。龄期越短的水工混凝土其水泥水化反应不充分，强度达不到预期强度，抵抗胀裂的能力差，因此防止混凝土早期受盐冻[2]。第五，适当选用外加剂（减水剂、引气剂等）提高混凝土的抗冻性。减水剂能降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，引气剂能增加混凝土的含气量，并使气泡均匀，两者均能提高混凝土的抗冻性。第六，加强混凝土的养护条件。养护条件对混凝土的抗盐冻影响也特别大，因为养护会影响混凝土表层硬化浆体的毛细孔隙率。蒸汽养护导致毛细孔增大，进一步降低混凝土的抗盐冻性能。
结论
文章主要围绕水工混凝土结构盐冻病害调查分析及其防止管理措施方面进行了分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值[3]。
参考文献：
[1]杨全兵，吴学礼，黄士元.混凝土抗盐冻剥蚀性的影响因素[J].上海建材学院学报，2013，6（2）：93-98.
[2]林宝玉.我国港工混凝土抗冻耐久性指标的研究与实践[C]//混凝土结构耐久性设计与施工指南.北京：中国建筑工业出版社，2014：158-168.
[3]李天瑗.试论混凝土冻害机理—静水压与渗透压的作用[J].混凝土与水泥制品，2017，（5）：8-11.
论文作者:李旺,王守明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：混凝土论文; 水工论文; 孔隙论文; 混凝土结构论文; 水灰比论文; 骨料论文; 因素论文; 《防护工程》2018年第33期论文;