伸缩缝处混凝土冻害成因分析及预防措施

张大卫

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 现状

通过对多个伸缩缝通车项目的“回头看”，发现部分伸缩缝的混凝土出现了不同程度的冻融破坏。破坏的主要特征体现在以下几个方面：a)混凝土由表及里出现了不同程度的剥蚀，破坏部分粗骨料裸露。b)停车道混凝土冻融破坏较行车道、超车道严重。行车道及超车道的破坏主要表现在混凝土轻度冻融破坏后，由于车辆荷载作用，而出现“啃边”现象。停车道混凝土冻害较为严重，部分混凝土已“破碎成渣”。c)伸缩缝混凝土冻害出现间隔现象，就是每隔2～3道有一道破坏。d)夏季施工的伸缩缝项目较之冬季施工的项目更易出现冻害现象。

2 混凝土冰融破坏机理

硬化混凝土是由水泥、水和粗、细骨料组成的毛细孔多孔体，包括凝胶孔、毛细孔、气孔等。各种孔隙之间的孔径差异很大，且往往相互连通，气孔是混凝土搅拌和振捣时自然吸入的，且一般呈封闭的球体。在搅拌时为了得到必要的和易性，加入的拌合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在混凝土中，形成连续的毛细孔，并占有一定的体积。根据郭成举《混凝土冻害的机制》分析，多孔材料的冻融破坏取决于材料内部存在的应力和应变的大小[1]。混凝土的冻融破坏是由于混凝土内部存在一定数量的可冻水，可冻水以一种空间网状体结构分布在混凝土内部。当混凝土受冻，混凝土内部的可冻水会首先在上部结冰，把孔隙密封。当继续受冻时，孔隙内部的水就会产生巨大的静水压力，将混凝土破坏。由此推断混凝土受冻破坏取决于混凝土抗拉能力、内部可冻水含量。同时混凝土的初始饱水度、致密性、开闭孔隙率等都会影响混凝土抗冻融破坏的能力。

3 伸缩缝处混凝土冻融破坏原因分析

a)伸缩缝的构造原因 伸缩缝为保证其行车的舒适性，要求横向平整度在0～-2 mm之间，也就是略低于路面。这会导致在冬季积雪融化时，水在伸缩缝处有积存，从而使混凝土一直处于饱水状态。冬季积雪融化，会吸收大量的热，导致混凝土冻害。

b)混凝土自身的原因 (a)水灰比过大，导致混凝土中孔隙率较大，内部封闭的可冻水更多，在负温条件下体积膨胀更大，从而更易受冻破坏，且冻害结果更为严重。(b)混凝土本身质量不过关，砂石含泥量大（降低混凝土标号，致密性变差）、混凝土自身致密性不好、混凝土闭口孔隙率小开口孔隙率大等都会导致混凝土抗冻性能变差。(c)冬季施工的混凝土加入了防冻剂，防冻剂中的引气剂组分能够在混凝土中形成大量稳定封闭的气泡，这些气泡很大程度上增强了混凝土的抗冻融破坏能力。同时防冻剂中掺加剂有降低混凝土中可冻水冰点的作用，也从一定程度上增强了混凝土的抗冻害能力。这也是夏季施工的伸缩缝项目较之冬季施工的项目易出现冻害的原因。

c)雪季为确保通车，通常会使用融雪剂，以加快路面积雪融化。由于行车特性，行车道及主车道伸缩缝面会较快变干，混凝土表面饱水度低。停车道车辆行驶较少，混凝土被积雪覆盖，表面饱水度高导致。从而停车道较之行车道和主车道更易冻融破坏，冻害情况也较之严重[2]。

d)伸缩缝混凝土用量一般在3～6 m3，所用混凝土罐车大概在8～12 m3，也就是一罐混凝土料能够浇筑2～4道缝，浇筑一道缝需要30 min。加之从搅拌站到浇筑现场一般估计在30～60 min，如果一罐料浇筑3或4道缝很有可能导致混凝土过了初凝时间（120 min）。过了浇筑时间的混凝土，强度不能得到有效保障，并且容易出现裂纹，这也在一定程度上降低了混凝土的抗冻害能力。

4 处理办法及预防措施

a)由于伸缩缝通车平顺性的要求，伸缩缝总要略低于路面。因此建议后期路面养护单位在雪停后尽量采取机器铲雪的方法，将整个伸缩缝上部的积雪清理干净。b)降低混凝土水灰比,从而减少混凝土中可冻水含量，同时内部孔隙率减小，这就能够从一定程度上增强混凝土的抗冻害能力。c)有意识地主动建立混凝土的抗冻害机制，比如掺加适量的引气剂。引气剂能够在混凝土内部形成大量封闭稳定的微小气泡，这能够增强混凝土的抗冻害能力。d)严禁现场收面人员在抹平的过程中不压浆，而采取在表面洒水的办法收光面。应坚持原浆收面。e)严格把好混凝土质量关，特别是粗、细骨料和外加剂的技术指标是否满足规范要求。由于伸缩缝混凝土使用量不大，自己建站，成本较高，质量也不易控制，故使用商混比较合适，但需选用正规大型商混站，质量能够得到保障。f)控制每车料的方量，一般情况下一车料浇筑1～2道缝为宜。应将混凝土从拌和机口出料到浇筑完毕的时间控制在120 min以内。g)夏季施工要做好混凝土的养护工作，在混凝土浇筑的1～2 d内必须保持混凝土表面处于充分湿润状态。如果养护不到位会导致混凝土表面强度不够，并会产生塑性收缩裂纹。降低混凝土抗冻害能力。h)对于已经出现表面受冻破坏的伸缩缝混凝土，需要凿除表面15～20 cm，重新浇筑环氧树脂混凝土（或其他快硬早强强度高、附着力大的混凝土）。

5 总结

桥梁伸缩缝是桥梁的重要组成部分，它可以协调桥梁上部结构由于车载、风载、温度荷载等原因引起的桥梁位移。如果出现了由于冻融破坏引起的伸缩缝混凝土表面剥落，将会导致路面平整度变差，从而影响行车舒适度，并对桥梁和路面造成附加的冲击荷载。