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【摘 要】通过不同水平因素下冻融试验，研究除冰盐溶液浓度和温度这两个因素对水泥混凝土路面的破坏程度。利用正交试验法，依据不同盐浓度和温度条件下水泥混凝土破坏程度的差异，验证水泥混凝土强度影响的主要因素，根据试验数据极差分析并综合考虑实际情况提出了相关的对策来提升水泥混凝土的抗除冰盐腐蚀性能。
【关键词】水泥混凝土路面；除冰盐；路面剥蚀
1、引言
我国公路网建设自新中国成立后，尤其是改革开放以来得到了迅速发展，取得了巨大成就，其建设规模目前位于世界前列。水泥混凝土路面以其强度高、承载能力强、适用范围广、原材料丰富、耐久性好等特征，在我国公路网建设中占据着重要地位，是一种非常重要的路面结构形式。
在寒冷地区和严寒季节，尤其雨雪过后，水泥混凝土路面会发生路面结冰现象，严重影响道路通行能力和行车安全。目前，使用除冰盐和融雪剂是清除水泥混凝土路面冰雪的常用方法。但是，许多实际工程和相关研究表明，使用除冰盐之后，水泥混凝土路面会产生严重腐蚀和剥落现象，严重影响其耐久性[1]。研究除冰盐对水泥混凝土路面的腐蚀破坏机理并且提出相应的对策及处理措施，对于提高水泥混凝土路面的抗除冰盐腐蚀性能、延长其使用寿命具有很大的现实意义和应用价值。
2、研究内容和试验方案
2.1 研究内容
除冰融雪剂一般分为两大类：一类是以“氯盐”为主要成分的无机类除冰盐，如氯化钙、氯化钠、氯化镁等；第二类是以醋酸钾为主要成分的有机除冰剂，该类除冰剂融雪效果比较好，腐蚀损害相对比较小。目前常用的除冰盐为前者，且广泛应用的是NaCl和CaCl2，但其对水泥混凝土路面破坏作用较强。大量研究表明，以“氯盐”为主要成分的无机类除冰剂对水泥混凝土路面的侵蚀破坏是物理作用和化学作用的综合结果[2]。
本研究在试验室模拟了水泥混凝土受除冰盐侵蚀破坏的过程，针对试验温度和盐溶液浓度对水泥混凝土强度的影响，通过试验数据采集，结合相关文献资料，找出了除冰盐溶液作用下水泥混凝土强度损失的主要原因，进而寻找到相应的路面处理方法，减轻除冰盐对水泥混凝土路面的损坏作用。
2.2 原材料和配合比
本试验采用42.5号普通硅酸盐水泥、中砂、卵石为骨料、试验用水为自来水。水泥混凝土试件的制备配合比为：水灰比0.4，砂率30%，坍落度40mm；每立方米混凝土中各原料所占的质量为：水泥412kg；水175kg；粗集料1261kg；细集料586kg，除冰盐采用NaCl。
2.3 试验方案
参照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40--2002），进行试验所需混凝土配合比设计，制备一批水泥混凝土试件并进行养护。当养护完成之后通过控制变量手段进行模拟试验。试验方法采用试件表面覆盖一层4mm～6mm的盐溶液进行冻融如美国的ASTMC672。
（1）以9个试件为一组，处理的试验温度分别为-20℃、-10℃、-0℃，每种温度处理的試件数为3个，分别记录。
（2）首先将试验环境设置为-20℃，分别配备质量分数为5%、10%的除冰盐溶液，将两组试件分别放置在容器中，上表面边缘与容器壁缝隙封好后放入NaCl盐溶液，深约10mm。把试件放入到温湿试验箱中，以-20℃保持12h冻结，常温20℃溶化12h为一个冻融循环，每5次循环收集盐冻试件表面剥蚀量，更换盐溶液，并以盐冻试件单位面积的剥蚀量Qs（kg/m?）来定量的评价其混凝土抗盐冻性能．
Qs = M/A （kg/m2）
式中：
M—5n次盐冻循环后试件的累计剥蚀量，单位kg；
A—混凝土试件的盐冻面积，单位m2；
本试验需要依次进行20次循环。
（3）另取一组试件连同上述两组除冰盐溶液处理过的试件一起放入低温箱中进行冰冻，待试件取出至于常温中融化时，在试件的上表面撒上除冰盐（视为100%盐溶液）。考虑到快速腐蚀的特殊情况，除冰盐的的用量为能够铺满试验面，高度为10mm为标准。在一个冻融循环结束之后将表面上的除冰盐去除，再次放入低温箱中，待再次取出时再将除冰盐放上，重复该操作，同样五天为一周期。
（4）当试件进行冻融循环20次之后，完成该组试件的腐蚀试验，逐个称量此时试件的质量，备用。
（5）在试验环境设置为0℃和-10℃度时重复该试验，获取试验数据。
3、结果分析
为了减少试验时间，抓住主要影响因素，我们将两个水平试验同时进行，改变温湿试验箱条件来交叉进行冻融循环试验，提高仪器的使用效率，正交冻融试验结果如表1所示。
根据表1统计的正交冻融试验结果，统计计算其中在不同盐溶液浓度水平下混凝土试件单位面积总剥蚀量和单位面积平均剥蚀量，如表2所示。
表2 不同盐溶液浓度下剥蚀量统计
盐溶液浓度 5% 10% 100%
单位面积总剥蚀量（kg/m2） 22.441 19.151 13.994
单位面积平均剥蚀量（kg/m2） 7.480 6.384 4.665
根据表2统计结果，绘制混凝土在不同盐溶液浓度下，单位面积平均剥蚀量结果图，如图 1所示。
分析图1可知，随着盐溶液浓度不断增大，混凝土单位面积平均剥蚀量逐渐减小，由此可以推断，较低的盐浓度对水泥混凝土产生的剥落量比不加盐或高盐浓度时产生的剥落量大。当盐溶液浓度更大时，降低冰点的有利影响更大些，相应的破坏程度有所减少。
根据表4统计的正交冻融试验结果，统计计算其中在不同温度水平下混凝土试件单位面积总剥蚀量和单位面积平均剥蚀量，如表3所示。
分析图2可知，随着温度不断减小，混凝土单位面积平均剥蚀量先减小后增大，由此可以推断，低温对水泥混凝土路面的损害程度影响较大，虽然-10℃左右下损害程度较小，但是温度继续降低，且路面损坏会越严重。 分别计算水泥混凝土时间在盐溶液浓度和温度两因素下单位面积平均剥蚀量的极差，即为不同因素下单位面积平均剥蚀量三个数中的最大值减去最小值所得的差值。计算得到，混凝土试件在盐溶液浓度因素下的单位面积平均剥蚀量极差为：R1=7.480-4.665=2.815（kg/m?）；混凝土试件在温度因素下的单位面积平均剥蚀量极差为：R2=6.912-5.051=1.861（kg/m?）。
一般来说，各因素的水平改变时对试验指标的影响程度不同，极差越大，说明这个因素的水平改变时对试验指标的影响越大，那个因素就是我们要考虑的主要因素。从以上的分析可以得出结论：各因素对试验指标（混凝土质量损失）的影响按大小次序排列是：除冰盐溶液浓度>温度。
4、对策与建议
4.1 管理方面
（1）试验数据表明，较低的盐浓度对水泥混凝土产生的剥落量比不加盐或高盐浓度时产生的剥落量大，所以在实际工作应严格控制撒盐量。道路主管行政部门可以根据实际情况制定规定，在道路积雪达到规定的需要撒除冰盐厚度时，根据该厚度下每平方米路面积雪量得出需要使用的除冰盐的量，避开融雪后雪水与除冰盐混合得到低浓度盐溶液，以此来减轻对水泥路面的腐蚀[3]。
（2）当道路冰冻灾害情况较轻时，道路主管部门尽可能采取人工和机械清除的办法，减少除冰盐的使用，以达到减少氯离子对水泥路面影响的效果。
4.2 技术方面
（1）及时进行加固维修
对于已经发生剥蚀的混凝土路面，应及时进行维修加固，以防止氯离子渗透到路面内部。对已有损坏的路面要加强管理、检查、评价，及时维修，并对修复材料、工艺方法进行研究。
（2）提高混凝土抗渗性
采用较低的水胶比、使用更好的充分振捣机具和工艺、掺入适量的硅灰、粉煤灰和矿渣等混合材料，可以形成渗透性很低的混凝土结构，改善水下渗的速率和混凝土的饱水程度，控制着冰冻时水的移动，从而提高其抗冻、耐久性[4]。
（3）控制混凝土水灰比
水灰比从强度和可冻结水量两个方面影响混凝土抗冻性，水灰比是影响混凝土抗冻性的主要因素之一[5]。因此在混凝土配合比设计中，在能够满足规范中对坍落度要求的情况下，尽量将水灰比减小，可以减小渗透性而增强混凝土的抗冻耐久性。
（4）引气剂改善耐久性
工程实践表明，掺加引气剂是提高普通混凝土抗冻性的最主要技术措施之一。引气剂能降低水灰比，可减少孔隙率、提高混凝土密实度与均质性。同时还能明显提高新拌混凝土的塑性和工作度，减少离析和泌水，以及改善混凝土的耐久性[6]。
5、结语
通过分析试验数据可知：除冰盐浓度对混凝土剥蚀量的影响比环境温度混凝土剥蚀量的影响大。因此在实际工作中，要减小除冰盐对水泥混凝土路面的损坏，主要是考虑控制单位面积上除冰盐的使用量。本研究为寒冷地区道路养护管理有很好的指导意义，为我国尽快制定道路混凝土抗盐冻设计规范提供经验。
参考文献
[1]O.Peterson.The Chemical Effects on Cement Mortar of Solutions of Calcium Magnesium Acetate as a Deicing Salt[J].Cement and Concrete Research，1995，25（3）：617-626.
[2]慕儒，缪昌文，刘加平等.氯化钠、硫酸钠溶液对混凝土抗冻性的影响及其机理[J].硅酸盐学报，2001，（29）6：523-529.
[3]李玉顺，柳俊哲.抗冻融混凝土耐久性设计方法[J].混凝土，2001，1：32-34.
[4]王元，陳翠红，李景欢等.抗除冰盐混凝土的研究与应用[J].混凝土，2002，4：25-27.
[5]杨全兵，张树青，黄士元等.高抗冻和抗除冰盐剥蚀性混凝土在高等级公路中的应用[J].公路，2000，11：8-11.
[6]于文均，王永亮，戚家权等.引气型减水剂和掺合料对道路混凝土抗盐冻性能的影响研究[J].混凝土，2003，4：47-49.
作者简介：
孙超（1984），男，河北省石家庄人，职称：助理工程师，学历：大专，主要研究方向：道路与桥梁
【关键词】水泥混凝土路面；除冰盐；路面剥蚀
1、引言
我国公路网建设自新中国成立后，尤其是改革开放以来得到了迅速发展，取得了巨大成就，其建设规模目前位于世界前列。水泥混凝土路面以其强度高、承载能力强、适用范围广、原材料丰富、耐久性好等特征，在我国公路网建设中占据着重要地位，是一种非常重要的路面结构形式。
在寒冷地区和严寒季节，尤其雨雪过后，水泥混凝土路面会发生路面结冰现象，严重影响道路通行能力和行车安全。目前，使用除冰盐和融雪剂是清除水泥混凝土路面冰雪的常用方法。但是，许多实际工程和相关研究表明，使用除冰盐之后，水泥混凝土路面会产生严重腐蚀和剥落现象，严重影响其耐久性[1]。研究除冰盐对水泥混凝土路面的腐蚀破坏机理并且提出相应的对策及处理措施，对于提高水泥混凝土路面的抗除冰盐腐蚀性能、延长其使用寿命具有很大的现实意义和应用价值。
2、研究内容和试验方案
2.1 研究内容
除冰融雪剂一般分为两大类：一类是以“氯盐”为主要成分的无机类除冰盐，如氯化钙、氯化钠、氯化镁等；第二类是以醋酸钾为主要成分的有机除冰剂，该类除冰剂融雪效果比较好，腐蚀损害相对比较小。目前常用的除冰盐为前者，且广泛应用的是NaCl和CaCl2，但其对水泥混凝土路面破坏作用较强。大量研究表明，以“氯盐”为主要成分的无机类除冰剂对水泥混凝土路面的侵蚀破坏是物理作用和化学作用的综合结果[2]。
本研究在试验室模拟了水泥混凝土受除冰盐侵蚀破坏的过程，针对试验温度和盐溶液浓度对水泥混凝土强度的影响，通过试验数据采集，结合相关文献资料，找出了除冰盐溶液作用下水泥混凝土强度损失的主要原因，进而寻找到相应的路面处理方法，减轻除冰盐对水泥混凝土路面的损坏作用。
2.2 原材料和配合比
本试验采用42.5号普通硅酸盐水泥、中砂、卵石为骨料、试验用水为自来水。水泥混凝土试件的制备配合比为：水灰比0.4，砂率30%，坍落度40mm；每立方米混凝土中各原料所占的质量为：水泥412kg；水175kg；粗集料1261kg；细集料586kg，除冰盐采用NaCl。
2.3 试验方案
参照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40--2002），进行试验所需混凝土配合比设计，制备一批水泥混凝土试件并进行养护。当养护完成之后通过控制变量手段进行模拟试验。试验方法采用试件表面覆盖一层4mm～6mm的盐溶液进行冻融如美国的ASTMC672。
（1）以9个试件为一组，处理的试验温度分别为-20℃、-10℃、-0℃，每种温度处理的試件数为3个，分别记录。
（2）首先将试验环境设置为-20℃，分别配备质量分数为5%、10%的除冰盐溶液，将两组试件分别放置在容器中，上表面边缘与容器壁缝隙封好后放入NaCl盐溶液，深约10mm。把试件放入到温湿试验箱中，以-20℃保持12h冻结，常温20℃溶化12h为一个冻融循环，每5次循环收集盐冻试件表面剥蚀量，更换盐溶液，并以盐冻试件单位面积的剥蚀量Qs（kg/m?）来定量的评价其混凝土抗盐冻性能．
Qs = M/A （kg/m2）
式中：
M—5n次盐冻循环后试件的累计剥蚀量，单位kg；
A—混凝土试件的盐冻面积，单位m2；
本试验需要依次进行20次循环。
（3）另取一组试件连同上述两组除冰盐溶液处理过的试件一起放入低温箱中进行冰冻，待试件取出至于常温中融化时，在试件的上表面撒上除冰盐（视为100%盐溶液）。考虑到快速腐蚀的特殊情况，除冰盐的的用量为能够铺满试验面，高度为10mm为标准。在一个冻融循环结束之后将表面上的除冰盐去除，再次放入低温箱中，待再次取出时再将除冰盐放上，重复该操作，同样五天为一周期。
（4）当试件进行冻融循环20次之后，完成该组试件的腐蚀试验，逐个称量此时试件的质量，备用。
（5）在试验环境设置为0℃和-10℃度时重复该试验，获取试验数据。
3、结果分析
为了减少试验时间，抓住主要影响因素，我们将两个水平试验同时进行，改变温湿试验箱条件来交叉进行冻融循环试验，提高仪器的使用效率，正交冻融试验结果如表1所示。
根据表1统计的正交冻融试验结果，统计计算其中在不同盐溶液浓度水平下混凝土试件单位面积总剥蚀量和单位面积平均剥蚀量，如表2所示。
表2 不同盐溶液浓度下剥蚀量统计
盐溶液浓度 5% 10% 100%
单位面积总剥蚀量（kg/m2） 22.441 19.151 13.994
单位面积平均剥蚀量（kg/m2） 7.480 6.384 4.665
根据表2统计结果，绘制混凝土在不同盐溶液浓度下，单位面积平均剥蚀量结果图，如图 1所示。
分析图1可知，随着盐溶液浓度不断增大，混凝土单位面积平均剥蚀量逐渐减小，由此可以推断，较低的盐浓度对水泥混凝土产生的剥落量比不加盐或高盐浓度时产生的剥落量大。当盐溶液浓度更大时，降低冰点的有利影响更大些，相应的破坏程度有所减少。
根据表4统计的正交冻融试验结果，统计计算其中在不同温度水平下混凝土试件单位面积总剥蚀量和单位面积平均剥蚀量，如表3所示。
分析图2可知，随着温度不断减小，混凝土单位面积平均剥蚀量先减小后增大，由此可以推断，低温对水泥混凝土路面的损害程度影响较大，虽然-10℃左右下损害程度较小，但是温度继续降低，且路面损坏会越严重。 分别计算水泥混凝土时间在盐溶液浓度和温度两因素下单位面积平均剥蚀量的极差，即为不同因素下单位面积平均剥蚀量三个数中的最大值减去最小值所得的差值。计算得到，混凝土试件在盐溶液浓度因素下的单位面积平均剥蚀量极差为：R1=7.480-4.665=2.815（kg/m?）；混凝土试件在温度因素下的单位面积平均剥蚀量极差为：R2=6.912-5.051=1.861（kg/m?）。
一般来说，各因素的水平改变时对试验指标的影响程度不同，极差越大，说明这个因素的水平改变时对试验指标的影响越大，那个因素就是我们要考虑的主要因素。从以上的分析可以得出结论：各因素对试验指标（混凝土质量损失）的影响按大小次序排列是：除冰盐溶液浓度>温度。
4、对策与建议
4.1 管理方面
（1）试验数据表明，较低的盐浓度对水泥混凝土产生的剥落量比不加盐或高盐浓度时产生的剥落量大，所以在实际工作应严格控制撒盐量。道路主管行政部门可以根据实际情况制定规定，在道路积雪达到规定的需要撒除冰盐厚度时，根据该厚度下每平方米路面积雪量得出需要使用的除冰盐的量，避开融雪后雪水与除冰盐混合得到低浓度盐溶液，以此来减轻对水泥路面的腐蚀[3]。
（2）当道路冰冻灾害情况较轻时，道路主管部门尽可能采取人工和机械清除的办法，减少除冰盐的使用，以达到减少氯离子对水泥路面影响的效果。
4.2 技术方面
（1）及时进行加固维修
对于已经发生剥蚀的混凝土路面，应及时进行维修加固，以防止氯离子渗透到路面内部。对已有损坏的路面要加强管理、检查、评价，及时维修，并对修复材料、工艺方法进行研究。
（2）提高混凝土抗渗性
采用较低的水胶比、使用更好的充分振捣机具和工艺、掺入适量的硅灰、粉煤灰和矿渣等混合材料，可以形成渗透性很低的混凝土结构，改善水下渗的速率和混凝土的饱水程度，控制着冰冻时水的移动，从而提高其抗冻、耐久性[4]。
（3）控制混凝土水灰比
水灰比从强度和可冻结水量两个方面影响混凝土抗冻性，水灰比是影响混凝土抗冻性的主要因素之一[5]。因此在混凝土配合比设计中，在能够满足规范中对坍落度要求的情况下，尽量将水灰比减小，可以减小渗透性而增强混凝土的抗冻耐久性。
（4）引气剂改善耐久性
工程实践表明，掺加引气剂是提高普通混凝土抗冻性的最主要技术措施之一。引气剂能降低水灰比，可减少孔隙率、提高混凝土密实度与均质性。同时还能明显提高新拌混凝土的塑性和工作度，减少离析和泌水，以及改善混凝土的耐久性[6]。
5、结语
通过分析试验数据可知：除冰盐浓度对混凝土剥蚀量的影响比环境温度混凝土剥蚀量的影响大。因此在实际工作中，要减小除冰盐对水泥混凝土路面的损坏，主要是考虑控制单位面积上除冰盐的使用量。本研究为寒冷地区道路养护管理有很好的指导意义，为我国尽快制定道路混凝土抗盐冻设计规范提供经验。
参考文献
[1]O.Peterson.The Chemical Effects on Cement Mortar of Solutions of Calcium Magnesium Acetate as a Deicing Salt[J].Cement and Concrete Research，1995，25（3）：617-626.
[2]慕儒，缪昌文，刘加平等.氯化钠、硫酸钠溶液对混凝土抗冻性的影响及其机理[J].硅酸盐学报，2001，（29）6：523-529.
[3]李玉顺，柳俊哲.抗冻融混凝土耐久性设计方法[J].混凝土，2001，1：32-34.
[4]王元，陳翠红，李景欢等.抗除冰盐混凝土的研究与应用[J].混凝土，2002，4：25-27.
[5]杨全兵，张树青，黄士元等.高抗冻和抗除冰盐剥蚀性混凝土在高等级公路中的应用[J].公路，2000，11：8-11.
[6]于文均，王永亮，戚家权等.引气型减水剂和掺合料对道路混凝土抗盐冻性能的影响研究[J].混凝土，2003，4：47-49.
作者简介：
孙超（1984），男，河北省石家庄人，职称：助理工程师，学历：大专，主要研究方向：道路与桥梁