路面的冻融与抑制冻结(融冰雪)课件

路面的的冻融融与抑抑制冻冻结(融冰雪雪)课件张春辉辉道路与与铁道道工程程一、路路面的的冻融融二、路路面的的冻结结冻结：：指流体体（包包括液液体、、气体体）因因为低低温而而凝固固（成成为固固体））。冻融：：在寒冷冷气候候条件件下，，土壤壤或岩岩层中中冻结结的冰冰在白白天融融化，，晚上上冻结结，或或者夏夏季融融化，，冬季季冻结结。这这种融融化、、冻结结的过过程称称为冻冻融作作用。。1.冻土工工程技技术研研究历历史。2.我国冻冻土分分布区区域及及特点点。3.混凝土土路面面冻融融破坏坏概况况。4.混凝土土路面面破坏坏机理理。5.冻融破破坏的的控制制方法法。路面的的冻融融冻土工工程技技术有有着160多年的的发展展历史史早在1891年,俄罗斯斯就修修建了了西伯伯利亚亚大铁铁路20世纪初初,伴随着着阿拉拉斯加加和加加拿大大西北北部采采矿、、伐木木业的的发展展,美、加加修建建了最最早的的一批批公路路;17世纪后后期,人们就就已经经注意意到冰冰冻作作用下下的冻冻胀现现象,但随着着人类类活动动足迹迹的延延伸,直到20世纪才才开始始对冻冻融现现象及及其对对建筑筑工程程的影影响开开展研研究。。季冻区区：年平均均气温温较低低,冻结期期较长长,冻融作作用对对建筑筑工程程的影影响较较严重重的区区域。。特点：：冬季寒寒冷干干燥漫漫长。。夏季高高温多多雨且且短促促。春秋两两季气气候多多变。。年平均均气温温较低低。负温时时间较较长、、温差差大。。冬季冰冰冻深深度较较大。。夏季太太阳辐辐射较较强。。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土的冻冻融破破坏是是道路路工程程老化化的重重要标标志之之一，，也是是我国国混凝凝土工工程最最常见见的病病害之之一。。混凝土土路面面破坏坏机理理盐溶液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土是由由硬化化水泥泥浆体体和骨骨料组组成的的含毛细孔孔的复合合材料料。混凝土土：含水原原因：：为了获获得混混凝土土所必必要的的和易性性，其拌拌和水水量总总要多多于水水泥水水化所所需的的水量量，那那部分分多余余水便便以游游离水水的形形式滞滞留于于混凝凝土中中，形形成占占有一一定体体积的的连通通毛细细孔。。这些连通通毛细孔孔就是导导致混凝凝土遭受受冻害的的主要原原因。新拌水泥泥混凝土土易于各各工序施施工操作作（搅拌拌、运输输、浇灌灌、捣实实等）并并能获得得质量均均匀、成成型密实实的性能能。也称称混凝土土的工作作性。和易性一、膨胀压力力。当混混凝土中中的毛细细孔在某某负温下下发生物物态变化化，由水水转化成成冰时体体积膨胀胀9%，因受毛毛细孔的的约束产产生拉应应力；二、渗透压力力。由于于表面张张力作用用，混凝凝土中毛毛细孔水水的冰点点随着孔孔径的减减少而降降低，因因而在粗粗孔中的的水结冰冰后，由由冰与过过冷水的的饱和蒸蒸汽气压压差和过过冷水之之间盐分分浓度差差引起水水分迁移移而形成成渗透压压。过冷水迁迁移渗透透结果必必然会使使毛细孔孔中冰的的体积不不断增大大，从而而形成更更大的膨膨胀压力力。主要破坏坏力一是混凝凝土必须须接触水水或混凝凝土中有有一定的的含水量量。另一个必必要条件件是混凝凝土所处处的环境境必须存存在反复复交替的的正负温温度。冻融破坏坏的两个个必要条条件：一、材料料对抗冻冻性的影影响。二、配合合比对抗抗冻性的的影响。。三、施工工工艺对对抗冻性性的影响响。冻融破坏坏的控制制方法外加剂的的影响掺合料的的影响水泥品种种的影响响外加剂的的影响引气剂微小气泡缓解压力减水剂木钙减水引气木钙（木木质素磺磺酸钙））是一种种多组分分高分子子聚合物物阴离子子表面活活性剂，，外观为为棕黄色色粉末物物质，略略有芳香香气味，，具有很很强的分分散性、、粘结性性。目前前木质素素磺酸钙钙系列产产品已被被广泛用用做水泥泥减水剂剂、耐火火材料结结合剂等等。木钙搅拌时时产生生的大大量细细腻气气泡，，附着着在水水泥颗颗粒周周围，，使之之表面面包围围了一一层牢牢固而而富有有弹性性的泡泡膜(类似肥肥皂膜膜)。若引引气剂剂属离离子系系时，，产生生的气气泡带带电，，彼此此相斥斥，阻阻止了了它们们的聚聚集，，因而而增加加了稳稳定性性，同同时将将水排排除在在气泡泡之外外，达达到减减水目目的。。引气气剂为为混凝凝土引引进了了大量量微小小且独独立的的气泡泡，这这些球球形气气泡如如滚珠珠一样样，起起着润润滑作作用，，使混混凝土土的工工作性性大大大改善善。混混凝土土含气气量增增加，，内部部气泡泡间距距变小小是抵抵抗除除冰盐盐剥蚀蚀的有有效措措施。。因此此对于于道路路工程程，采采用掺掺引气气剂的的混凝凝土对对抗冻冻融是是有利利的。。引气剂的作作用原理：：掺用粉煤灰灰。掺用硅粉。。高活性高细细度，因此此促进水泥泥的二次水水化，增加加水化产物物，使水化化产物均匀匀分布，改改善水泥与与骨料结合合面的状态态。掺合料的影影响在其他因素素相同的情情况下，不不同水泥品品种混凝土土的抗冻性性排列大致致如下：硅酸盐水泥泥>普通硅酸盐盐水泥>矿渣硅酸盐盐水泥>火山灰质硅硅酸盐水泥泥>粉煤灰硅酸酸盐水泥.水泥品种的的影响水灰比的影影响骨灰比的影影响混凝土的水水灰比越大大，毛细孔孔越多，密密实度越差差，而吸水水率越大，，在冻融过过程中产生生的冰胀压压力和渗透透压力也就就越大，因因此混凝土土的抗冻性性越差。水灰比的影影响骨灰比是混混凝土中砂砂石用量与与水泥用量量的比例。。在水灰比比相同的条条件下，混混凝土的抗抗冻性随着着骨灰比的的增大而下下降。骨灰比的影影响拌和工艺的的影响成型工艺的的影响养护的影响响准确地按设设计配合比比拌制出均均匀的混凝凝土混合料料是保证混混凝土各项项性能的基基础，实践践证明，现现场机械搅搅拌混凝土土明显优于于商品混凝凝土。优越性拌和工艺的的影响主要表现在在以下几方方面：1.含气量优于于商品混凝凝土；2.更容易控制制配合比、、计量偏差差、投料顺顺序、搅拌拌时间以及及各种原材材料合格等等因素。3.由于现场搅搅拌缩短了了运距，减减少了混凝凝土的运输输时间和转转运的次数数，使混凝凝土不宜发发生分层、离析析现象，同时可以以确保混凝凝土在初凝凝前浇筑完完毕，施工工比较灵活活。采用新工艺艺引起混凝凝土水灰比比或含气量量的变化。。例如真空吸水成成型工艺，将使混凝凝土拌合物物中的一部部分水被抽抽吸排除，，从而提高高了混凝土土的抗冻性性。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、散散布型弹性体体压入入型空隙填填充型型刻槽填填充型型弹性体体、添添加材材混入入型刻槽填填充型型空隙填填充型型1.对冻结结抑制制材料料颗粒粒表面面作憎水化化处理，，能够降降低冰冰点下下降剂剂的吸吸湿性性能；；同同时，，憎憎水颗粒粒周围围分布布亲水性性颗粒，，能能够增增加盐盐分的析出出速度度，确确保冻冻结抑抑制效效果的的发挥挥；2.醋酸类类、、磷磷酸类类等复盐盐作为为新的的冰点点下降降剂，使使冻冻结抑抑制效效果大大幅增增加，，-9℃℃条件下下仍然能能够发发挥冻冻结抑抑制的的功能能；3.冻结抑抑制路路面的的冻结结抑制制效果果可以以维持持6~7年，且且夏夏季盐盐分析析出量量比冬冬季少少。在路面面铺装装材料料中掺掺加抗抗冻消消融化化学材材料,通过毛毛细作用化化学材材料缓缓释溶溶出,达到路路面冰冰点下下降和和冻结结体破坏的的目的的。从从而在在一定定程度度上降降低路路面水水的结结冰率。由由于融融雪化化学材材料混混入的的是整整个铺铺装体体,即使表表面层被被不断断消耗耗,体内的的化学学材料料也会会不断断出现现,能保持冻结结抑制制效果果的持持续性性。良良好的的材料料能达达到6年以上的抑抑制冻冻滑期期。化学法法抑制制机理理主要是是通过过在路路面铺铺装材材料内内添加加一定定量的的弹性材材料,改变路路面与与轮胎胎的接接触状状态和和路面面的变形形特性性。利利用添添加的的弹性性材料料变化化能力力较强的特性,通过路面在外外荷载作用下下产生的自应力,使路面冰雪破破碎融化,从而有效抑制制路面积雪的结冰冰,这种方法主要要是通过面层层变形达到防冻结目目的。物理法抑制机机理水泥固化型表面裹油型粉末型添加材混入型型水泥固化型的的盐分以水泥泥固化成粒状状、圆球状物物体表面裹油型的的盐分以颗粒粒形式表面裹裹油后置换混混合料中的细细集料粉末型盐化物物以粉体形式式置换混合料料中的石粉采用水泥固化化的氯化物与与保水性材料料填充混合料料的空隙，形形成半柔性的的抗冻结路面面。吸着型混合料空隙中中，填充高聚聚物盐类（如如醋酸钾）等等抑制冻结的的材料，达到到抑制冰雪的的目的。添加材混入型型、吸着型橡胶颗粒沥青青混合料聚氨基甲酸乙乙酯弹性层将废旧橡胶轮轮胎破碎成一一定形状和粒粒径的颗粒，，以骨料的形形式直接添加加于沥青混合合料中，代替替部分集料。。弹性体混入型型采用聚氨基甲甲酸乙酯将坚坚硬石料与弹弹性橡胶颗粒粒黏结形成弹弹性层，铺筑筑于路面上，，通过其弹性性避免了冰雪雪的附着，从从而提高了破破冰的能力。。在空隙率较高高的沥青混合合料中掺加橡橡胶颗粒进行行铺筑，铺筑筑完成后在路路表撒布橡胶胶颗粒并马上上进行碾压。。这种路面可可以起到排水水、降噪和抗抗冻结等多种种作用。弹性体混入、、散布型在刚完工工的沥青青混凝凝土路面面上铺铺撒直径径２ｃｍ的的五角形橡胶胶颗粒，用压压路机将其压压入沥青混凝凝土路面。压压入路面内的的橡胶颗粒有有小部分露出出路面，增加加了路面的摩摩擦力。同时时，车辆荷载载的作用使橡橡胶颗粒变形形，车辆通过过后的反弹力力使冰破碎，，从而防止路路面打滑。弹性体压入型型在沥青混合料料中，用聚氨氨基甲酸乙酯酯浸透后铺筑筑，或在薄面面层铺筑后以以刻槽形式压压入聚氨基甲甲酸乙酯弹性性层。通过其其弹性和光滑滑避免了冰雪雪的附着，从从而提高了抗抗冰冻的能力力。空隙填充型型在铺筑的沥沥青混凝土土表面按一一定间距开开一直径５５０ｍｍ、、深２５ｍｍｍ的小洞洞，然后压压入同样尺尺寸的橡胶胶小圆柱体体，并同时时用纤维隙隙料填充。。在结冰后后只要经过过行车的碾碾压，由于于橡胶的弹弹性，冰层层就会自动动破裂。刻槽填充型型物理化学类类抗冻结路路面是同时时掺加弹性性体与盐化化物后形成成的路面结结构，在积积雪结冰的的情况下发发挥物理化化学综合作作用，有效效地进行除除雪化冰。。物理化学类类抗冻结路路面掺加橡胶颗颗粒与盐