路面的冻融与抑制冻结融冰雪课件

路面的冻融与抑制冻结(融冰雪)课件张春辉道路与铁道工程一、路面的冻融

二、路面的冻结冻结：指流体（包括液体、气体）因为低温而凝固（成为固体）。冻融：在寒冷气候条件下，土壤或岩层中冻结的冰在白天融化，晚上冻结，或者夏季融化，冬季冻结。这种融化、冻结的过程称为冻融作用。1.冻土工程技术研究历史

。2.我国冻土分布区域及特点。3.混凝土路面冻融破坏概况。4.混凝土路面破坏机理。5.冻融破坏的控制方法。路面的冻融冻土工程技术有着160多年的发展历史早在1891年,俄罗斯就修建了西伯利亚大铁路20世纪初,伴随着阿拉斯加和加拿大西北部采矿、伐木业的发展,美、加修建了最早的一批公路;17世纪后期,人们就已经注意到冰冻作用下的冻胀现象,但随着人类活动足迹的延伸,直到20世纪才开始对冻融现象及其对建筑工程的影响开展研究。季冻区：年平均气温较低,冻结期较长,冻融作用对建筑工程的影响较严重的区域。特点：冬季寒冷干燥漫长。夏季高温多雨且短促。春秋两季气候多变。年平均气温较低。负温时间较长、温差大。冬季冰冻深度较大。夏季太阳辐射较强。裂缝、沉陷等病害,使用寿命短路面混泥土路面沥青路面材料概况混凝土的冻融破坏是道路工程老化的重要标志之一，也是我国混凝土工程最常见的病害之一。混凝土路面面破坏机理理盐溶液可冻水受冻结冰体积膨胀保水度达到或超过临界保水度混凝土受拉开裂冻融循环开裂不断加剧破坏加剧混凝土是由由硬化水泥泥浆体和骨骨料组成的的含毛细孔的复合材料料。混凝土：含水原因：：为了获得混混凝土所必必要的和易性，其拌和水水量总要多多于水泥水水化所需的的水量，那那部分多余余水便以游游离水的形形式滞留于于混凝土中中，形成占占有一定体体积的连通通毛细孔。。这些连通毛毛细孔就是是导致混凝凝土遭受冻冻害的主要要原因。新拌水泥混混凝土易于于各工序施施工操作（（搅拌、运运输、浇灌灌、捣实等等）并能获获得质量均均匀、成型型密实的性性能。也称称混凝土的的工作性。。和易性一、膨胀压力。。当混凝土土中的毛细细孔在某负负温下发生生物态变化化，由水转转化成冰时时体积膨胀胀9%，因受毛细细孔的约束束产生拉应应力；二、渗透压力。。由于表面面张力作用用，混凝土土中毛细孔孔水的冰点点随着孔径径的减少而而降低，因因而在粗孔孔中的水结结冰后，由由冰与过冷冷水的饱和和蒸汽气压压差和过冷冷水之间盐盐分浓度差差引起水分分迁移而形形成渗透压压。过冷水迁移移渗透结果果必然会使使毛细孔中中冰的体积积不断增大大，从而形形成更大的的膨胀压力力。主要破坏力力一是混凝土土必须接触触水或混凝凝土中有一一定的含水水量。另一个必要要条件是混混凝土所处处的环境必必须存在反反复交替的的正负温度度。冻融破坏的的两个必要要条件：一、材料对对抗冻性的的影响。二、配合比比对抗冻性性的影响。。三、施工工工艺对抗冻冻性的影响响。冻融破坏的的控制方法法外加剂的影影响掺合料的影影响水泥品种的的影响外加剂的影影响引气剂微小气泡缓解压力减水剂木钙减水引气木钙（木质质素磺酸钙钙）是一种种多组分高高分子聚合合物阴离子子表面活性性剂，外观观为棕黄色色粉末物质质，略有芳芳香气味，，具有很强强的分散性性、粘结性性。目前木木质素磺酸酸钙系列产产品已被广广泛用做水水泥减水剂剂、耐火材材料结合剂剂等。木钙搅拌时产生生的大量细细腻气泡，，附着在水水泥颗粒周周围，使之之表面包围围了一层牢牢固而富有有弹性的泡泡膜(类似肥皂膜膜)。若引气剂剂属离子系系时，产生生的气泡带带电，彼此此相斥，阻阻止了它们们的聚集，，因而增加加了稳定性性，同时将将水排除在在气泡之外外，达到减减水目的。。引气剂为为混凝土引引进了大量量微小且独独立的气泡泡，这些球球形气泡如如滚珠一样样，起着润润滑作用，，使混凝土土的工作性性大大改善善。混凝土土含气量增增加，内部部气泡间距距变小是抵抵抗除冰盐盐剥蚀的有有效措施。。因此对于于道路工程程，采用掺掺引气剂的的混凝土对对抗冻融是是有利的。。引气剂的的作用原原理：掺用粉煤煤灰。掺用硅粉粉。高活性高高细度，，因此促促进水泥泥的二次次水化，，增加水水化产物物，使水水化产物物均匀分分布，改改善水泥泥与骨料料结合面面的状态态。掺合料的的影响在其他因因素相同同的情况况下，不不同水泥泥品种混混凝土的的抗冻性性排列大大致如下下：硅酸盐水水泥>普通硅酸酸盐水泥泥>矿渣硅酸酸盐水泥泥>火山灰质质硅酸盐盐水泥>粉煤灰硅硅酸盐水水泥.水泥品种种的影响响水灰比的的影响骨灰比的的影响混凝土的的水灰比比越大，，毛细孔孔越多，，密实度度越差，，而吸水水率越大大，在冻冻融过程程中产生生的冰胀胀压力和和渗透压压力也就就越大，，因此混混凝土的的抗冻性性越差。。水灰比的的影响骨灰比是是混凝土土中砂石石用量与与水泥用用量的比比例。在在水灰比比相同的的条件下下，混凝凝土的抗抗冻性随随着骨灰灰比的增增大而下下降。骨灰比的的影响拌和工艺艺的影响响成型工艺艺的影响响养护的影影响准确地按按设计配配合比拌拌制出均均匀的混混凝土混混合料是是保证混混凝土各各项性能能的基础础，实践践证明，，现场机机械搅拌拌混凝土土明显优优于商品品混凝土土。优越性拌和工艺艺的影响响主要表现现在以下下几方面面：1.含气量优优于商品品混凝土土；2.更容易控控制配合合比、计计量偏差差、投料料顺序、、搅拌时时间以及及各种原原材料合合格等因因素。3.由于现场场搅拌缩缩短了运运距，减减少了混混凝土的的运输时时间和转转运的次次数，使使混凝土土不宜发发生分层、离离析现象象，同时可可以确保保混凝土土在初凝凝前浇筑筑完毕，，施工比比较灵活活。采用新工工艺引起起混凝土土水灰比比或含气气量的变变化。例例如真空吸水水成型工工艺，将使混混凝土拌拌合物中中的一部部分水被被抽吸排排除，从从而提高高了混凝凝土的抗抗冻性。。成型工艺艺的影响响混凝土如如果得不不到及时时的养护护，混凝凝土表层层水分散散失、体体积收缩缩产生干干缩裂缝缝（一般般称龟裂裂缝）。。龟裂缝缝会对混混凝土外外表面遭遭受冻融融破坏提提供空隙隙。养护的影影响路面的冻冻结1.当前现状状。2.抗冻结路路面分类类。3.路面的适适用范围围。4.冻结抑制制路面主主要特点点。常见方法法：将各种化化学类冻冻结抑制制材料，，比如如氯化钠钠、氯氯化钙等等氯盐类类融雪剂剂直接撒撒布到路路面表面面；抗冻结路面分类添加剂吸吸着型物理类物理化学学类添加材混混入型添加材混混入、吸吸着型化学类弹性体混混入型弹性体混混入、散散布型弹性体压压入型空隙填充充型刻槽填充充型弹性体、、添加材材混入型型刻槽填充充型空隙填充充型1.对冻结抑抑制材料料颗粒表表面作憎水化处理，能够降低低冰点下下降剂的的吸湿性性能；同同时，，憎水颗粒周周围分布布亲水性颗粒，能能够增增加盐分分的析出速速度，确确保冻结结抑制效效果的发发挥；2.醋酸类、、磷磷酸类等复盐作作为新的的冰点下下降剂，使使冻结抑抑制效果果大幅增增加，-9℃条件下仍然能够够发挥冻冻结抑制制的功能能；3.冻结抑制制路面的的冻结抑抑制效果果可以维维持6~7年，且且夏季盐盐分析出出量比冬冬季少。。在路面铺铺装材料料中掺加加抗冻消消融化学学材料,通过毛细细作用化学学材料缓缓释溶出出,达到路面面冰点下下降和冻冻结体破坏的目目的。从从而在一一定程度度上降低低路面水水的结冰冰率。由于于融雪化化学材料料混入的的是整个个铺装体体,即使表面层被不不断消耗耗,体内的化化学材料料也会不不断出现现,能保持冻结抑抑制效果果的持续续性。良良好的材材料能达达到6年以上的抑制制冻滑期期。化学法抑抑制机理理主要是通通过在路路面铺装装材料内内添加一一定量的的弹性材料料,改变路面面与轮胎胎的接触触状态和和路面的变形特特性。利利用添加加的弹性性材料变变化能力力较强的特特性,通过路面面在外荷荷载作用用下产生生的自应力,使路面冰冰雪破碎碎融化,从而有效效抑制路路面积雪的的结冰,这种方法法主要是是通过面面层变形形达到防冻冻结目的的。物理法抑抑制机理理水泥固化化型表面裹油油型粉末型添加材混混入型水泥固化化型的盐盐分以水水泥固化化成粒状状、圆球球状物体体表面裹油油型的盐盐分以颗颗粒形式式表面裹裹油后置置换混合合料中的的细集料料粉末型盐盐化物以以粉体形形式置换换混合料料中的石石粉采用水泥泥固化的的氯化物物与保水水性材料料填充混混合料的的空隙，，形成半半柔性的的抗冻结结路面。。吸着型混合料空空隙中，，填充高高聚物盐盐类（如如醋酸钾钾）等抑抑制冻结结的材料料，达到到抑制冰冰雪的目目的。添加材混混入型、吸着型型橡胶颗粒粒沥青混混合料聚氨基甲甲酸乙酯酯弹性层层将废旧橡橡胶轮胎胎破碎成成一定形形状和粒粒径的颗颗粒，以以骨料的的形式直直接添加加于沥青青混合料料中，代代替部分分集料。。弹性体混混入型采用聚氨氨基甲酸酸乙酯将将坚硬石石料与弹弹性橡胶胶颗粒黏黏结形成成弹性层层，铺筑筑于路面面上，通通过其弹弹性避免免了冰雪雪的附着着，从而而提高了了破冰的的能力。。在空隙率率较高的的沥青混混合料中中掺加橡橡胶颗粒粒进行铺铺筑，铺铺筑完成成后在路路表撒布布橡胶颗颗粒并马马上进行行碾压。。这种路路面可以以起到排排水、降降噪和抗抗冻结等等多种作作用。弹性体混混入、散散布型在刚完完工的的沥沥青混混凝凝土路路面面上铺铺撒撒直径径２ｃｃｍ的五五角形橡橡胶颗粒粒，用压压路机将将其压入入沥青混混凝土路路面。压压入路面面内的橡橡胶颗粒粒有小部部分露出出路面，，增加了了路面的的摩擦力力。同时时，车辆辆荷载的的作用使使橡胶颗颗粒变形形，车辆辆通过后后的反弹弹力使冰冰破碎，，从而防防止路面面打滑。。弹性体压压入型在沥青混混合料中中，用聚聚氨基甲甲酸乙酯酯浸透后后铺筑，，或在薄薄面层铺铺筑后以以刻槽形形式压入入聚氨基基甲酸乙乙酯弹性性层。通通过其弹弹性和光光滑避免免了冰雪雪的附着着，从而而提高了了抗冰冻冻的能力力。空隙填充充型在铺筑的的沥青混混凝土表表面按一一定间距距开一直直径５００ｍｍ、、深２５５ｍｍ的的小洞，，然后压压入同样样尺寸的的橡胶小小圆柱体体，并同同时用纤纤维隙料料填充。。在结冰冰后只要要经过行行车的碾碾压，由由于橡胶胶的弹性性，冰层层就会自自动破裂裂。刻槽填充充型物理化学学类抗冻冻结路面面是同时时掺加弹弹性体与与盐化物物后形成成的路面面结构，，在积雪雪结冰的的情况下下发挥物物理化学学综合作作用，有有效地进进行除雪雪化冰。。物理化学学类抗冻冻结路面面掺加橡胶胶颗粒与与盐化物物后形成成的路面面结构，，其橡胶胶颗粒替替换部分分细集料料，盐化化物替换换部分或或全部的的矿粉，，在积雪雪结冰的的情况下下同时发发挥物理理、化学学作用，，达到更更加有效效地除雪雪化冰的的目的。。弹性体、、添加材材混入