冻胀病害是我国北方地区水泥混凝土路面的常见病害形式，冻胀后的水泥混凝土路面易引发表层剥蚀、露骨料等破坏，影响行车安全。本文分析讨论了寒冷地区低等级水泥混凝土路面产生冻融破坏的原因、影响因素以及提出相关防治措施。

我国北方大部分地区冬季较长且经常下雪，水泥混凝土路面冻胀病害是经常发生的病害破坏形式。由于冬季温度较低，雪堆的水蒸气流入混凝土内受冻并结冰，体积扩大对混凝土造成的损伤表现为冻融损伤。经冻融破坏的混凝土表层也出现起皮、麻面等破坏，尤其是在施工质量不佳的低等级农村水泥混凝土道路的表面1~2cm厚度范围内最易发生冻害，严重影响水泥混凝土的安全性和耐久性，成为普遍存在并亟待解决的技术难题。

一、水泥混凝土路面冻融破坏的原因

由于水泥混凝土路面结构内部分布着大量的微小孔洞，在毛细孔压力的作用下，雪水首先会充满孔径小的孔洞。结冰后，未充满水的较大孔洞在水压力作用下，吸引更多的水充满孔洞，并逐渐结冰。冻融破裂理论大致包括两个方面：一是水泥混凝土产生的宏观应力，二是由水泥石的构造变形所引起的微观应力。这两种因素都造成混凝土砂浆出现渐变劣化或除冰的急冻融劣化。宏观应力上，主要体现为由水泥石与水结冰时的热膨胀程度不同所形成的应力，在小区域内进行了反复的冻融循环过程，导致其内部应力逐步增加。

水进入水泥混凝土路面内部，通过多次反复的冻融循环后，结构中的孔洞或细小裂隙在循环影响下逐步扩大、变宽，逐渐变成大的裂隙，使得水泥混凝土路面刚度逐步下降以及组织结构劣化，甚至功能失效。

二、水泥混凝土冻融破坏的影响因素

影响水泥混凝土路面抗冻性能的因素较多，包括内部构造、水饱和度、受冻持续的时间以及路面强度等级等，这些因素也影响着水泥混凝土路面冬季发生冻害的损伤程度。孔隙结构是水泥混凝土路面发生冻害破坏的内部因素，受路面材料配合比设计和施工条件影响较大，主要取决于其水灰比、有无外加剂及养护方法等。

（一）水灰比

水灰比是决定水泥混凝土路面强度的重要因素，也决定了混凝土水化后硬化混凝土结构的多孔性。水灰比较大时，水泥混凝土中毛细孔隙开孔平均数量增大，其平均孔径也相应增加，导致路面抗冻性能变差，进而产生连通的毛细小孔洞结构，在受冻时极易形成很大的热膨胀效应。经历多次的冻融循环后，它们就很容易破坏混凝土的内部结构了。

（二）混凝土的饱水状态

水泥混凝土路面冻融破坏跟孔隙饱水情况呈正相关性。通常，当混凝土结构中含水率低于孔隙总容积的91.7%的状态下，不会形成冻结膨胀压力。混凝土饱水状态主要取决于结构体所处的自然环境，受环境因素影响较大。冬季道路的水基本来源于降雪，能否迅速清理路面积雪是决定路面将发生冻融破坏的重要因素。因此，积极有效的道路日常养护工作能够缓解道路冻害产生的损伤程度。

（三）混凝土外掺材料种类

影响水泥混凝土抗冻性能的外掺材料种类繁多。减水剂、引气剂等外掺剂能够增加混凝土的含气量，改善混凝土的工作性能并可以有效降低其水灰比，从而减少孔隙率，最终提高混凝土的抗冻性。掺入适量的优质粉煤灰使水泥混凝土更加致密，后期整体强度更高，可以有效改善水泥混凝土路面的抗冻性。

三、水泥混凝土抗冻防治措施

（一）优选原材料

1.水泥

选择防冻性能较好的材料。目前，我国对防冻的材料选择标准一般是：硅酸盐混凝土>普通硅酸盐水泥>矿渣硅酸盐水泥>火山灰/粉煤灰硅酸盐混凝土。

2.骨料

根据施工经验，应使用吸水率较低的骨料，防止骨料吸水后受冻膨胀使骨料破裂。适当的优质矿物填充料对水泥的热动力学性质有显著改善效果，可以降低水泥混凝土的干缩性，改善水泥混凝土的抗渗透性能，优化水泥的孔隙构造，改善水泥混凝土的耐冻特性。

（二）合理掺加外加剂

1.引气剂

在制作水泥混凝土时，掺入引气剂使新拌混凝土在拌和时从空气中吸入大量均匀分布的细小气泡，从而提高其特性，同时使水泥硬化时留下细小气泡以提高其抗冻融的耐久性。这种形成的小气泡不同于普通混凝土中所夹杂的气泡，而后者所引起的孔隙较大，呈不规则形状，并且多由于密实不良或者采用一些扁平集料而产生的。

2.减水剂

减水剂的应用能够明显减少水泥混凝土拌和的用水量和硬化后的水泥孔隙率，并赋予水泥很强的分散性，增强水泥的水化程度。在减水剂作用下，水泥混凝土水灰比下降，游离水减少，从而降低在水冻胀时对水泥的损伤影响，改善耐冻融特性。

3.抗冻剂

新拌混凝土冻结后，强度会大幅度降低，在冬季施工时应防止其在塑性状态下被冻结。添加抗冰剂后，新拌混凝土内部的水溶液冰点下降，将干扰内部的冰晶生长，从而保证了新砂浆混凝土不被冻胀损坏，同时加速了在冰点以下的水泥水化进程。

（三）优化水泥混凝土配合比

配合比方案中加入高效减水剂，可以有效地减少水灰比并使混凝土完全水化，减少游离水的含量。水泥混凝土路面结构在毛细水含量较低时，由于凝胶中的孔隙较小，不易产生结晶，因此不易冻结。故选择5~25mm的级配碎石的骨料，可以与混凝土紧密结合，浇筑时抗冻性能好，能适应冬季浇筑的需要。另外，合理选用砂率也是提高混凝土路面抗冻性能的重要因素，水灰比应该控制在0.6以内。

（四）其他措施

添加聚丙烯腈纤维、预湿轻骨料可以提高水泥的早期耐久性和抗冻性，并增强水泥的热耐氯离子渗透性。做好道路养护工作，提前进行预防性养护，一旦发现水泥路面经历冻害损坏后，可采用加铺超薄磨耗层等措施提高路面表面防水能力。

四、结语

我国寒冷地区范围广大，特别是北部和西部地区，水泥混凝土路面结构易遭受冻害，使其使用年限缩短，维护成本增加，冻害已经成为公路建设和养护的工作重点。通过研究水泥混凝土冻融性破坏的主要成因，采取改进各部分结构和增加引气剂、减水剂、抗冻添加剂等有效措施可以增强路面抗冻特性，对延长道路使用寿命、节约工程建设和养护费用具有重要意义。