公路工程抗冻设计与施工-甘肃省交通运输厅

公路工程抗冻设计与施工-甘肃省交通运输厅内容摘要：

较冻结指数大于 2020℃地区的轻，所以把冻结指数 小于 2020℃，大于等于 800℃的冻土区定义为中冻区。 （ 3）轻冻区：冻结指数小于 800℃的地区，大地冻深为 ～ ，路基填料即使选择冻胀率稍大（ 为 5%～ 6%）的材料，冻胀值也很小。 该地区路面及公路构造物在冬季产生的冻害也较轻，所以把冻结指数小于 800℃大于 0℃的地区定义为轻冻区。 水文地质资料调查 公路抗冻设计必须认真调查工程的水文地质状况 ， 宜在 不同季节分别 调查，包括 地表水分布、地下水 位及波动范围、涎流冰、地下水出露 等。 对工程所用土质的各项物理性能指标进行 勘察 测试 ： 1 对地基土和拟用取土场的土进行颗粒分析， 试验 确定天然含水率、液塑限含水率、天然密度等 指标 ，明确土的类型。 2 试验 确定 土的冻胀特性， 对于粒径小于 含量 ≥15%的路基土 宜 测定平均冻胀率，试验方法见 现行 《 公路土工试验规程 》 T 01872020。 无实测 条件 时，可按式 （ ）计算平均冻胀率： %20    WWRR m （ ） 式中：  ——土的平均冻胀率（ %）； W ——调查时土的天然含水率（ %）； mR ——近 10 年最大年降水量（ mm）； R ——调查年份年降水量（ mm）； 设计资料调查 9 0W ——起始冻胀含水率（ %），可取（ ～ ） pW 或参考表 选用；  ——系数， 粘质土、粉质土及粘土质砂 取 ， 细粒土质砾、粉土 质砂 取。 表 不同土质的起始冻胀含水率 土名 粘质土 粉质土 粘土 质砂 细粒土质砾、 粉 土质砂 含细粒土质砾 （砂） 起始冻胀含水率 W0（ %） 12～ 17 10～ 14 9～ 11 8～ 10 6～ 8 已有 工程冻害 资料调查 季节性冻土地区公路工程设计 阶段应调查 同一区域 已有工程的冻害资料和防治经验。 调查已有路基的高度、冻胀翻浆病害、 地上地下排水设施的使用状况、 涎流冰、路床范围的含水量、路基的强度、 路堑 边坡坡率、 路基抗冻措施 及防护工程 的有效性等。 调查 沥青 路面 的冻胀 隆起 和开裂 、 路面坑槽、 路面沉陷和车辙， 调查水泥路面的断板、 表面脱皮、 角隅 破碎 ，调查融雪剂使用情况、种类 等。 调查桥梁基础冻胀、融沉、桩基冻拔、翼墙开裂 、上部结构冻害、附属设施冻害及防治经验； 调查隧道 衬砌开裂 与 破碎 、 衬砌及吊顶漏水与挂冰 、 底部积水与结冰 、洞口挂冰与热融滑塌、地表截排水沟出水口积水与结冰等冻害防治经验。 公路工程抗冻设计与施工技术细则 10 4 抗冻水泥混凝土技术要求 一般规定 季冻区公路工程及沿线设施所用混凝土均应采用抗冻水泥混凝土。 抗冻水泥混凝土 应 采用掺加引气剂或引气减水剂的引气水泥混凝土 ，有经验时也可采用能够保证抗冻性的其他混凝土。 条文说明 对于 C60 或 C50 以下的水泥混凝土，适当的引气是目前最有效和最经济的提高水泥混凝土抗冻性的措施。 引气除可提高混凝土的抗冻性（包括抗盐冻性）、耐腐蚀性等耐久性外，还可提高混凝土的抗弯强度，并有利于混凝土的韧性，但引气对混凝土的弹性模量和徐变具有不利作用。 引气对抗压强度高的混凝土影响大，而对于 C40 以下的混凝土的影响较小，特别是C30 以下的混凝土。 采用优质引气剂时引入的微小气泡具有一定的减水效果，可以在保证流 动性不变的情况下适当减少水胶比，由此可以保证 C30 及其以下混凝土的抗压强度基本不变（对于贫浆混凝土有时还有提高），干缩变形也基本不变甚至减小。 目前的混凝土基本上均掺有大量的活性矿物掺合料，混凝土的后期抗压强度还会有所增加，从而能够减少徐变。 目前常用高性能减水剂、高效减水剂、泵送剂、防冻剂、防水剂等外加剂中都含有一定数量的引气剂成分，在混凝土中均具有引气作用，而这些外加剂已经在高强混凝土、泵送混凝土、预应力混凝土等工程中应用多年。 如《混凝土外加剂》（ GB 8076— 2020）规定高性能减水剂含气量小于等于 %、泵送剂含气量小于等于 %、标准型高效减水剂含气量小于等于 %，缓凝型高效减水剂含气量小于等于 %，而《混凝土防冻剂》（ JC 475— 2020）则规定含气量大于等于 %。 现代水泥混凝土一般都掺有大掺量或较大量的活性矿物掺和料，其可使混凝土的后期强度提高相应减少徐变，故含引气成分的外加剂在水泥混凝土中广泛应用。 本细则 中规定 C50、 C60 混凝土的最大含气量分别小于等于 %和 %。 实际上 C50、 C60 在公路工程中主要是用于各种预应力混凝土梁，而这些梁在一般情况下是不会长 期接触水或盐水的，故其抗冻等级不会太高，相应地含气量不会太高。 抗冻水泥混凝土技术要求 11 水泥混凝土的冻融环境等级 、 抗冻等级 及技术要求 水泥混凝土的冻融环境等级应根据环境条件，按表 确定。 表 水泥 混凝土的冻融环境等级 冻融次数 （次 /年） 无盐环境 有盐环境 中度饱水 高度饱水 中度饱水 高度饱水 ＜ 50 D1 D2 D3 D3 50~120 D3 D4 D5 D5 121～ 180 D4 D5 D6 D6 ＞ 180 D5 D6 D6 D7 注： 1. 中度饱水指冰冻前偶受水或受潮 ，混凝土内饱水程度不高。 高度饱水指冰冻前长期或频繁接触水或润湿土体，混凝土内高度水饱和。 2. 无盐或有盐 指 冻结的水中是否含有 氯 盐类，包括除冰盐、海水或其他 含有氯化物的 盐。 3. 位于冰冻线以上土中的混凝土构件，其冻融环境等级可根据当地实际情况和经验适当降低。 4. 偶尔遭受冻害的饱水混凝土构件 或轻度饱水构件 ，其冻融环境等级可按表 的规定降低一级 或二级，但混凝土抗冻等级不应低于 F100。 5. 对于隧道衬砌用喷射水泥混凝土，其受到的冻融循环次数远低于外露表面，故其冻融环境作用等级可表 的规 定降低二级等级或按经验确定，但混凝土抗冻等级不应低于 F100。 条文说明 冻融环境等级与冻融次数、水饱和程度等有关。 水泥混凝土的饱水程度与入冬前与入冬后的降水量密切相关，同一构件处于不同的地区时饱水程度可能相差较大。 常见公路工程水泥混凝土构件的饱水程度举例见下表。 确定水饱和程度时，应根据工程所处地的受冻期间的降水量多少、部位等来确定。 公路工程水泥 混凝土 构件 的 饱水程度举例 冻融条件 饱水状态 结构构件示例 无盐 中度饱水 受雨雪淋湿的防撞墙、桥墩 、外伸梁、栏杆及其底部、伸缩缝、 渗漏 伸缩缝处 的墩柱 、 盖梁 ， 路面等 高度饱水 水中 的 桥墩、承台、基础构件 ， 受雨雪淋湿 防撞墙、栏杆底部、 伸缩缝 、桥面铺装层， 渗漏 严重的伸缩缝处 的墩柱 、盖梁 ， 路面 等 有盐 中度饱水 受 氯盐 作用的 桥梁防撞墙、桥墩、桥面铺装 层 、伸缩缝、渗漏 伸缩缝处 的墩柱盖梁、 受 氯盐 作用 的路面 高度饱水 受 氯盐 或海水作用 的桥墩、承台、基础构件 ，受 氯盐 作用的 桥梁防撞墙、桥墩、桥面铺装 层 、伸缩缝、渗漏 严重的伸缩缝处 的墩柱 、 盖梁 ，受氯盐作用 的路面 注： 中度饱水指冰冻前偶受水或受潮，混凝土内饱水程度不高。 高度饱水指冰冻前长期或频繁接触水或润湿土体，混凝土内 高度水饱和。 公路工程抗冻设计与施工技术细则 12 抗冻水泥混凝土的抗冻等级分为 F450、 F400、 F350、 F300、 F250、 F200、 F150、F100 八 个等级。 公路水泥混凝土材料的抗冻等级按表 确定。 表 抗冻水泥混凝土的抗冻等级要求 冻融环境等级 设计基准期（年） 100 50 30 D1 F200 F150 F100 D2 F250 F200 F150 D3 F300 F250 F200 D4 F350 F300 F250 D5 F400 F350 F300 D6 F450 F350 F350 D7 F450 F400 F400 注： 1. 水泥抗冻性采用快速冻融试验方法， 按 JTG E30— 2020 中的 T 0565 进行，但将其中 条的第一款改为达到规定的冻融循环次数。 2. 设计基准期小于 30 年的以 30 年计。 条文说明 本细则采用抗冻等级，即冻融循环次数表示水泥混凝土的抗冻性，而 JTG E30— 2020中 T 0565 的 的第一款为达到 300 次即停止冻融循环试验，因而本细则将该款改为达到规定的次数。 此处冻融试验未使用 GB/T 500822020，原因是 GB/T 500822020 规定在 放置控温传感器的橡胶筒内 为 防冻液 而不是水，由于防冻液的热容小，特别是没有水变冰、冰变水的相变热，导致试件的抗冻性试验结果偏高。 引气水泥混凝土的最低强度等级与最大水胶比应满足表 的要求。 表 引气水泥混凝土的最低强度等级与最大水胶比 抗冻 等级 设计基准期（年） 100 50 30 最低强度 等级 最大水胶比 最低强度 等级 最大水胶比 最低强度 等级 最大水胶比 F100 — — — — Ca30 F150 Ca35 F200 Ca35 Ca35 F250 Ca40 Ca40 F300 Ca45 Ca45 F350 F400 Ca50 Ca40 F450 注： 1. 如采取表面防水处理等附加措施，可降低大体积混凝土对最低强度等级和最大水胶比的抗冻要求。 2. 表中 Ca50 表示强度等级为 50MPa 的引气混凝土，其余类推。 引气水泥混凝土的含气量与平均气泡间距系数应满 足表 的要求。 抗冻水泥混凝土技术要求 13 表 引气水泥混凝土的含气量与平均气泡间距系数要求 项目 抗冻等级 强度等级 Ca30 Ca40 Ca50 ≥ Ca60 设计含气量（ %） F100 F150 F200 F250 F300 F350 F400 F450 气泡间距系数 (mm)， ≤ ≤ F150 F200 F250 F300 F350 F400 F450 注： 19～ 时的数值。 当粗集 料最大粒径 ～ 16mm时，含气量应较表中数值增加 %；当粗集料的最大粒径为 时，含气量可较表中数值减少 %。 2. 混凝土拌合物的含气量应控制在 177。 %内。 3. 对于现场泵送、高频振捣的混凝土和远距离长时间运输，应检测泵送、振捣过程以及长时间运输所造成的含气量损失，以判断所有引气剂的实用性和适宜掺量。 引气水泥混凝土的最小胶凝材料用量与最大胶凝材料用量 宜 满足表 的规定。 表 引气水泥混凝土 单位体积的胶凝材料用量 强度等级 最小用量（ kg/m3） 最大用量（ kg/m3） 无盐环境 有盐环境 Ca30 280 300 400 Ca35 300 320 Ca40 320 340 450 Ca45 340 360 Ca50 360 380 480 ≥Ca55 380 380 500 注： 1. 表中数据适用于最大集料最大粒径为 19mm 的情况，集料最大粒径较大时宜适当降低胶凝材料用量，集料最大粒径较小时宜适当增加。 2. 对于强度等级达到 Ca60 的泵送水泥混凝土，胶凝材料最大用量可增大至 530 kg/m3。 3. 路面 用水泥混凝土的最 大胶凝材料用量不应大于 420 kg/m3。 条文说明 公路工程抗冻设计与施工技术细则 14 适当的胶凝材料用量可以保证混凝土的致密性、抗冻性及其他耐久性，但胶凝材料用量过多会增大混凝土的干缩、徐变，对混凝土的抗裂性、耐久性以及混凝土结构的耐久性均有不利影响。 当不能满足最大胶凝材料用量限制时，应采取改善粗细集料的级配、减少针片状集料含量与含泥量，采用高性能减水剂（聚羧酸盐减水剂等）等措施以减少胶凝材料用量。 抗冻 水泥 混凝土的浆 集 比应满足表 的规定。 表 1m3 混凝土中最大浆体体积 混凝土强度等级 C30～ C45 C50～ C60 1m3 混凝土中最大浆体体积 ≤ ≤ 条文说明 浆 集 比指 1m3混凝土拌合物中浆体体积分数（含引气剂引入的气体体积）与集料体积分数之比。 适宜的浆 集 比是混凝土获得良好的和易性、强度、耐久性的基本保证，但浆 集 比过大则硬化过程中混凝土的收缩大，易产生微裂纹，对混凝土的抗冻性不利。 引气水泥砂浆的强度等级、抗冻性、拌合物含气量与最小胶凝材料用量应满足表 的规定。 表 引气水泥砂浆的强度等级、抗冻性、含气量与最小胶凝材料用量 环境 作用等级 最小强度等级 抗 冻性等级 胶凝材料最小用量（ kg/m3） 含气量 （ %） 无盐环境 有盐环境 D D2 Ma10 F200 260 280 10～ 12 D3 Ma15 F250 280 320 10～ 12 D D5 Ma20。