摘要：針對寒冷地區(qū)使用除冰鹽而造成混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷，使用年限大為減少的現(xiàn)象，分析了除冰鹽對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理及其影響因素，并提出相應(yīng)的防治措施。
　　關(guān)鍵詞：除冰鹽;混凝土;剝蝕破壞;凍融
　　1引言
　　由于過去偏重混凝土的強(qiáng)度特性而忽略了耐久性，致使很多混凝土結(jié)構(gòu)沒有達(dá)到預(yù)期使用年限而過早的破壞。造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外很多混凝土結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了耐久性問題。其中，對耐久性影響比較嚴(yán)重的兩個原因是鋼筋銹蝕和凍融破壞。
　　混凝土的凍融破壞一般發(fā)生在寒冷地區(qū)經(jīng)常與水接觸的建筑，如橋面，路面等[1]。為了防治道路積雪、結(jié)冰引起的交通事故，保證道路的暢通，通常在路面撒除冰鹽（NaCl和CaCl2）進(jìn)行除冰和融雪。致使混凝土在凍融循環(huán)破壞的同時，在除冰鹽的共同作用下，使其破壞速度遠(yuǎn)大于普通凍融破壞，從而加速了混凝土路面、橋面的剝蝕，甚至骨料裸露。嚴(yán)重影響水泥混凝土的使用壽命。美國每年用于修復(fù)由鹽凍而導(dǎo)致路和橋面破壞的費用大于2000億美元，是初建費的4倍。我國北方地區(qū)由于除冰鹽的使用，也出現(xiàn)了大量的混凝土路面和橋面過早破壞，或者嚴(yán)重剝蝕。因此由于除冰鹽和凍融的共同作用，而導(dǎo)致混凝土過早破壞是一個急待解決的問題，應(yīng)該引起人們的足夠重視。
　　2鹽凍對混凝土的破壞機(jī)理
　　目前，對鹽凍引起的混凝土損傷程度，一般采用相對動彈性模量和質(zhì)量損失率表示。相對動彈性模量本身反應(yīng)的是混凝土內(nèi)部的微裂紋開展情況，質(zhì)量損失反應(yīng)混凝土表面的破壞程度，達(dá)到一定的程度的質(zhì)量損失，混凝土表面剝落會造成骨料的暴露。因此，現(xiàn)在很多實驗研究中，用這兩個指標(biāo)反應(yīng)混凝土內(nèi)部和表面受到損傷的程度。
　　2.1物理作用機(jī)理
　　除冰鹽的吸濕作用和保水作用，大大提到了混凝土的保水度和滲透壓，使混凝土內(nèi)部的滲透壓和結(jié)冰壓增大，加劇了凍融破壞。此外，由于除冰鹽的使用，當(dāng)吸入了鹽溶液的混凝土失水干燥時，孔中鹽過飽和而結(jié)晶，在交替的干濕循環(huán)下，鹽的結(jié)晶壓力使混凝土膨脹開裂。
　　使用除冰鹽的混凝土由于滲透程度的不同，使不同厚度處鹽濃度分布存在差異[2]，其結(jié)冰程度也不相同，造成混凝土內(nèi)部的應(yīng)力差，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的剝落。Rosli和Harnick認(rèn)為[3]：除冰鹽融化時從混凝土吸收了大量熱能，是表面的混凝土溫度驟減，對混凝土引起低溫沖擊作用，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，加劇了混凝土的凍融破壞。
　　2.2化學(xué)作用機(jī)理
　　除冰鹽對混凝土有化學(xué)侵蝕的作用[4]。有研究表明，長期暴露在NaCl溶液中的水機(jī)漿體，其水化產(chǎn)物Ca(OH)2會于NaCl發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
　　NaCl+Ca(OH)2→2NaOH+CaCl2
　　Ca(OH)2的濾出增加了混凝土暴露面附近的空隙率，使結(jié)冰量增加，進(jìn)一步加劇混凝土剝蝕破壞。同時CaCl2比NaCl具有更強(qiáng)烈的化學(xué)侵蝕作用，當(dāng)溫度超過30℃，濃度超過20%時，混凝土中的Ca(OH)2會于CaCl2反應(yīng)生成3Cao•CaCl2•15H2O復(fù)鹽而溶出，對混凝土結(jié)構(gòu)影響并不是太大。而當(dāng)溫度小于30℃時，3Cao•CaCl2•15H2O復(fù)鹽在混凝土內(nèi)部形成，屬于膨脹型產(chǎn)物。復(fù)鹽主要集中在混凝土的表層，當(dāng)其產(chǎn)生膨脹時，引起混凝土表層剝落。同時，由于消耗了大量的Ca(OH)2，破壞了C-S-H凝膠和Ca(OH)2之間的平衡，導(dǎo)致C-S-H凝膠的分解，促進(jìn)表面剝落，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。
　　其實，現(xiàn)有的凍融循環(huán)實驗方法中，試件的制作流程、養(yǎng)護(hù)條件、凍融循環(huán)制度及鹽溶液的濃度取值，不同的方法在具體參數(shù)上存在很大的差異，主要表現(xiàn)在凍融制度（凍融循環(huán)溫度，凍結(jié)持續(xù)時間，降溫速率）、傳熱介質(zhì)及其接觸方式和評價指標(biāo)等方面。對其進(jìn)行的研究，大多通過對比實驗，得出對比結(jié)果。并且隨著環(huán)境和混凝土自身性質(zhì)的改變，鹽凍的破壞力以及未凍結(jié)水的遷移方向都有可能發(fā)生改變，其作用機(jī)理也可能發(fā)生變化。迄今為止，對混凝土鹽凍害機(jī)理的認(rèn)識并沒有統(tǒng)一的結(jié)論。
　　3鹽凍作用下混凝土破壞特征
　　凍融破壞是一個物理過程，裂縫與集料邊緣相互連通，而破壞集料周圍的漿體，在破壞發(fā)展到一定程度時會酥松，骨料與漿體之間存在與骨料粒徑相關(guān)的裂縫，并不發(fā)生化學(xué)侵蝕現(xiàn)象。混凝土在保水狀態(tài)下因凍融循環(huán)在內(nèi)部產(chǎn)生裂縫并逐步累積擴(kuò)展，導(dǎo)致混凝土的疏松開裂和體積膨脹。最常見的兩種破壞方式是有凍脹開裂和體積膨脹。而除冰鹽的使用又加速和加劇了凍融破壞。
　　在使用除冰鹽情況下，混凝土更多的表現(xiàn)為表面剝蝕，破壞從表面逐步向內(nèi)部發(fā)展，使表面水泥砂漿層剝落，骨料暴露，致使表面凹凸不平，而在剝蝕層下的混凝土層依然保持良好的密實性。混凝土的剝落是一層一層的向下發(fā)展的。在破壞截面上能看到分層剝蝕的痕跡，當(dāng)?shù)綄嶋H路面或橋面觀察時，在未受干擾處甚至能看到白色的NaCl結(jié)晶體。當(dāng)混凝土表面鹽溶液為中低濃度時，破壞最為嚴(yán)重。濃度過高或者過低混凝土的剝落量都會減小，即存在一個臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)，文獻(xiàn)報道的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3.0%～4.0%[5]，故很多實驗都用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液作為凍融實驗介質(zhì)。而當(dāng)混凝土表面上不存在鹽溶液層時，剝蝕量將大為減少。只有在最低溫度低于-10℃時，混凝土才發(fā)生剝蝕破壞，且破壞隨著最低氣溫的降低和持續(xù)時間的增加而增大。并且鹽凍破壞非常快，如果不采用摻入引氣劑增加其耐久性的方式，破壞往往經(jīng)一兩個冬季就可看到，比堿—骨料反應(yīng)快。
　　4防治與改善措施
　　混凝土受凍破壞的根本原因是混凝土存在可凍水，因此，如何避免混凝土受凍前具有較高的保水度是一個非常重要的問題。首先應(yīng)在橋、路面上合理的開排水溝或埋排水管道，使融化水及時的排出。其次，應(yīng)提高混凝土的抗?jié)B性能。抗?jié)B性能對混凝土的抗凍耐久性起重要的作用，滲透控制著水分滲入的速率和混凝土的保水程度，控制著冰凍時水的移動。而混凝土的抗?jié)B性取決于混凝土的密實程度、空隙數(shù)量和空隙構(gòu)造等。具體的方式是，在寒冷地區(qū)制作混凝土結(jié)構(gòu)時，采用低的水膠比，充分振搗和養(yǎng)護(hù)，摻入適量的硅灰、粉煤灰和礦渣等混合材料，可以形成滲透性很低的混凝土結(jié)構(gòu)從而提高其耐久性。減小由于凍融而造成的損害。
　　引氣劑的加入能在混凝土中產(chǎn)生大量的微小氣泡，從而顯著減低了混凝土的氣泡間距。工程實踐表明，適當(dāng)摻入引氣劑是提高普通混凝土抗凍的最主要的措施之一。同時引氣劑的加入還能對新拌混凝土和硬化混凝土的性能產(chǎn)生一定的影響。增加混凝土的工作度和塑性，減小混凝土的離析和泌水。在我國的北方地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)都應(yīng)該適當(dāng)加入引氣劑，特別是在除冰鹽存在的環(huán)境更應(yīng)該摻加，引氣量最好控制在5.0%左右。
　　適當(dāng)降低水灰比。水灰比從兩方面影響混凝土的抗凍性，即強(qiáng)度和可凍結(jié)水的量。水灰比是影響混凝土抗凍性能的主要因素之一。當(dāng)水灰比高于一定值時，混凝土中含有可凍結(jié)的水量增加，孔結(jié)構(gòu)粗大，混凝土的強(qiáng)度和抗凍性降低。為了使混凝土具有更好的抗凍性能，水灰比最好≤0.45。
　　骨料也是影響混凝土抗鹽凍剝蝕的重要因素。不應(yīng)該將一些對凍融敏感或者具有較高孔隙率的骨料應(yīng)用于受凍融的混凝土結(jié)構(gòu)上。有研究表明，在制備混凝土?xí)r適量的加入硅灰能夠顯著的提高混凝土的抗鹽凍性能。由于鹽凍破壞是從混凝土表面向內(nèi)部發(fā)展的，因此施工時的澆注、振搗、抹面、養(yǎng)護(hù)和表面處理決定混凝土表面層的質(zhì)量，要特別注意混凝土表面的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)。在泌水停止前，要防止新拌混凝土表面迅速干燥；在泌水消失前不要抹面，并且要防止過分抹面。同時，一些新的融雪劑的研發(fā)，以及控制撒鹽的數(shù)量等都可以有效減少鹽凍對混凝土結(jié)構(gòu)損傷。
　　5結(jié)語
　　當(dāng)除冰鹽存在時，混凝土遭受鹽凍破壞，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)造成了嚴(yán)重的影響和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何有效較少鹽凍的破壞以及由除冰鹽所帶來的影響應(yīng)該引起人們的足夠重視。應(yīng)建立更加科學(xué)和合理的實驗方法，進(jìn)一步研究鹽凍對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，從而采取相應(yīng)的措施較少鹽凍對混凝土的損害。
　　參考文獻(xiàn)：
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