除冰盐对路面材料的影响

1、除冰盐对路面材料的影响：介绍和最新发展 摘要：使用除冰剂对水泥混凝土和沥青混凝土路面以及机场路面进行冬季维护会对路面 造成影响，本文公布了对这些影响研究报告。传统的和较新的除冰剂均被纳入本研究报 告，例如氯化钠、氯化镁、氯化钙、醋酸钙、镁、醋酸钾、甲酸钾、醋酸钠和甲酸钠。 除冰剂对水泥混凝土的不利影响主要通过以下三个途径产生：1）在盐的作用下起皮引 起的物理破坏，2）除冰剂与水泥间的化学反应（特别是在氯化镁和氯化钙的存在的情 况下的阳离子化进程）3）除冰剂的存在使碱-骨料反应加重（如在氯化物、醋酸盐和酸影 响碱-骨料反应活性时的阴离子进程和氯化钙、氯化镁影响碱碳酸盐反应活性时的阳离 子进程）。

2、在近些年醋酸盐和酸性除冰剂被用于路面除冰以前，除冰剂对沥青混凝土路 面的影响是相对轻微的。所造成的损害机制，似乎是乳化反应、蒸馏、以及沥青混凝土 中产生的附加应力的组合反应。引言在气候寒冷的地区，冰雪控制工作对于保证公路经受寒冷和降雪天气是至关重要 的。随着除冰剂越来越多的使用，它对汽车、交通运输基础设施和环境的影响，已引起 人们高度重视。氯型除冰剂对（钢筋）混凝土结构的有害影响是众所周知的。除冰剂也 可能通过其与水泥石或骨料的反应对混凝土基础设施造成不利影响，从而减少混凝土的 完整性和强度，这反过来又可以促进水分、氧气和其他有害物质侵略入钢筋表面并且腐 蚀钢筋。本文献回顾并提出了各种常用除冰

3、剂对水泥、沥青路面所造成的综合影响，并 分别、详细的介绍了引发破坏的各种机制。以下各节阐明了氯化钠（NaCl）、氯化钙 （CaCl2）和氯化镁（MgCl2）对路面材料的影响，并同它们的替代品做了比较，如醋 酸盐（CMA）、醋酸钾（KAc）、钾甲酸（KFM）、醋酸钠（NaAc）、和甲酸钠（NaFm）。除冰盐对硅酸盐水泥混凝土的作用以往对于除冰剂/混凝土相互作用的研究主要集中在除冰剂解决方案的研究。交通运 输集合基金研究调查了氯化钠，氯化钙，氯化镁的混合盐水对水泥混凝土 PCC）的不 利影响，并得出当混凝土暴露在冻融循环条件和除冰剂环境下时会同时发生物理和化学 反应的结论。根据规范ASTMC 66

4、6冻/融测试结果，边长10cm高5cm的矩形棱柱在浓度 为14%的MgCl2和15%的C aCl2中经受300次的冻融循环，结果显示长度变化分别为 0.17%和0.18%，质量变化分别为3.5%和-3.5%，损失的弹性模量分别为50%和40%。 比较而言，在18% NaCl中的棱柱长度增长不超过0.04%、质量增加0.5%、弹性模量的 损失大约5%。重要证据表明氯化镁和氯化钙与水泥石存在化学反应，如上述由水泥石 膨胀开裂的氧氯化阶段。假如这些机制引发了明显的膨胀开裂，包括透气性增加和抗压 强度的明显损失。然而暴露于氯化钠中并不会产生明显的化学反应和对砂浆或混凝土危 害。我们实验室在最近的一项研

5、究中研究了液体和固体除冰剂稀释后对混凝土的影响， 例如1： 100到1： 3稀释。SHRP H205.8实验室对冻融标本用比重仪和显微镜的观察结 果显示，去离子水、醋酸盐和氯化镁溶液除冰剂对混凝土的耐久性有利，而乙酸钠KFM 和NaFm混合除冰剂会造成混凝土少量质量损失和品质的明显恶化。氯化钠、含氯化钠 的除冰剂和含醋酸钾的除冰剂对混凝土是最有害的。除了物理性能的降低，调查还显示 化学的或稀释的除冰剂会和孔隙和裂缝中水泥水化物发生化学反应并形成新的物质。水 泥水化物在除冰剂诱导下的物理化学变化增加了混凝土耐久性方面的风险。另一个实验室同时研究了稀释和浓缩除冰剂对混凝土的影响。将一组混凝土试块分

6、 别放在蒸馏水和6.04摩尔离子浓度（相当于15%的氯化钠溶液）的氯化钠、氯化钙、氯 化镁及醋酸盐溶液或1.06摩尔离子浓度（相当于3%氯化钠溶液）的溶液中每周一次干 湿循环，持续长达95个星期之久。在较低的浓度时，氯化钠和氯化钙对混凝土性能的负 面影响相对较小，而氯化镁和醋酸盐则会对混凝土产生较大破坏。在较高浓度时，氯化 钠的负面作用有所加大，但总体仍然比较小，而氯化钙，氯化镁和醋酸盐则会造成混凝 土质量的明显减少和强度、刚度的明显降低。除了氯化物，醋酸盐对混凝土的有害影响也得到了验证。在最近的实验研究中，水 泥砂浆样本（水灰比（w/c）=0.485）在室温下放置于28%的醋酸盐中30天后失

7、去凝聚力并 且完全碎裂，并且钙形成的钙水合物的结构形式可由X射线衍射结果证实。在另一项实 验研究中，放在浓缩了 25%的醋酸盐溶液达8个月之久的优质混凝土试块（w/c=0.45并且 有加气剂），承载能力明显降低，质量损失严重，外观质量也明显下降。当在硅酸盐水 泥熟料中掺入40%的高炉矿渣时，对醋酸盐的这种负面影响有一定的缓解作用。醋酸盐 对混凝土的有害影响好像和水泥基分层过程和氢氧化钙流失有关，这在早先的研究中就 已报道。这些实验表明，除冰剂可能会从以下三个途径对混凝土构件和路面耐久性产生不利 影响：1）通过诸如在盐的作用下起皮等的影响造成物理性能的下降；2）除冰剂与水泥 间的化学反应；3）除

8、冰剂的存在使碱-骨料反应加重。2.1,除冰剂作用下起皮-物理过程受除冰剂作用的物理机制可导致混凝土以一般的形式剥落、龟裂或水泥凝胶和骨料 解体。剥落是指局部脱落的坚硬的混凝土面层，往往是冻融循环造成的。因为水溶液只 在表面气孔附近由于温度波动的冻融循环，所以剥落可以独立出现在混凝土除冰剂作用 的表面。吸水饱和的混凝土中水的冻结对混凝土施加了很大的膨胀压力，正是这样的压 力使混凝土表面剥落，特别是当混凝土表面孔隙中没有充裕的空气作为保护时。许多研 究表明，当经历冻融循环时，氯基除冰盐会加剧混凝土的剥落。水分往往通过渗透压向 高盐度区域渗透。因此，如果空隙溶液中有盐分，则渗透压会增加这里的液压力，

9、从而 增加混凝土物理破坏的危险。此外，路面除冰盐的应用还增加了冷却速度，从而增加了 冻融循环的次数，同时也增加了冻融破坏的风险。然而，除冰盐的存在也是有益的，它 扩大了发生物相变化的温度范围。这些相互作用确定了除冰盐会造成混凝土的开裂，并 且一个探索研究实验室的研究表明，低浓度的除冰盐（5%NaCl）除冰条件最差，中等 浓度（13%NaCl）的除冰条件最好。另一项研究表明，含有相对较高浓度溶解盐的混凝 土比空隙中有清水的混凝土有较强的抵抗剥落的性能。在有除冰剂时混凝土的剥落，也 就是“盐剥落”，被认为是导致混凝土霜冻破坏的主要原因，并发现它和混凝土的质量 （如孔隙率）、天气条件和冻融循环次数密

10、切相关。由“盐剥落”造成的混凝土的破坏 和盐的种类（钾、钠、镁、钙）有关，而且不知由于什么原因含有钾的盐会造成更严重 的剥落破坏。报告称醋酸钾和碳化的混凝土表层作用会导致轻微的剥落。然而，最新发 现将混凝土放在醋酸钠溶液中的是很有应用价值的技术，它可以通过促进孔隙内晶体的 生成来阻止水分的进入，从而延长混凝土的使用寿命。这种有利影响是处理劣质混凝土 （w/c=0.65,不加气）的好方法。早期研究表明，减少孔隙率是对“盐剥落”的最好预 防。现在普遍认为，利用适当的处理方法，加气混凝土就会抵抗由于冻融循环造成的破 坏。例如，加气5%7%的高品质混凝土耐冻融循环和剥落的性能更好。在混凝土中引 入空气

11、能提供水分膨胀和迁移的空间，从而减少了潜在压力和相关的破坏。对于加气混 凝土，孔隙似乎是其预留足够抗盐水膨胀能力的主要因素。应指出，加气只是减缓了冻 融过程而不是预防。补充胶凝材料，特别是粉煤灰，已被广泛报道对加气量适中的混凝 土抵抗剥落是有害的，因为它往往增加混凝土的孔隙率和结合水的含量。一项研究建议 最好是在经受盐剥落之前让高粉煤灰掺量的混凝土产生足够的强度。相反，一些胶凝材 料的使用，如磷酸镁基水泥浆和氧化镁、单磷铵和粉煤灰适量混合时，可提高砂浆和混 凝土抵御冰冻和除冰破坏的性能。2.2.除冰剂与混凝土之间的反应一阳离子化的化学反应在除冰剂作用下的化学物质会导致混凝土各种形式的破坏，例如龟裂、粘结破坏、 破碎、强度下降、质量增长和体积膨胀。以下是减轻除冰剂破坏的几条建议：1）使用 少量的除