混凝土水工建筑物冻融破坏与防治

□ 刘福珍 刘云龙 杨洪岩

混凝土水工建筑物冻融破坏与防治

□ 刘福珍 刘云龙 杨洪岩

冻融破坏是混凝土水工建筑物损坏的主要形式之一，它严重影响水工建筑物的正常运行，并缩短其使用寿命，在我省许多水工建筑物建成后5－10年就因冻融破坏而需进行大规模修补，一些小型建筑物则因破坏而报废。对此笔者结合多年工作经验，对造成混凝土水工建筑物冻融破坏因素及防治办法谈几点看法：

一、造成混凝土冻融破坏的因素

（一）内部因素

从理论上讲，混凝土在浇筑凝固过程中，由于混凝土中部分水分的析出，内部形成了大量细小并相互连通的孔隙，当这些孔隙充水达到饱和之后，在0℃时开始结冰，封堵了混凝土孔隙与外界相通的孔口，水结成冰使体积膨胀，与此相当的水量被挤到混凝土的孔隙中，使孔隙受到压力，这种压力使混凝土膨胀开裂，融化后混凝土又不能恢复原状，经多次循环，混凝土就失去了承载能力。

另外，混凝土粗骨料粒径越大，冻胀应力也越大，抗冻性也就越差。因为混凝土的最薄弱面是卵石与砂浆的结合面，往往在结合面凝聚水分时产生冻胀。这种冻胀导致很大的拉应力，骨料直径越大，拉应力也越大。因此，抗冻混凝土的骨料不宜过大，一般常用的最大粒径为40 mm。

（二）外部因素

一般来讲，严寒地区比寒冷地区冻融破坏严重，但并非越冷越严重，它还受如下外部因素影响。

1.冻融循环次数。冻融循环次数的多少是冻融破坏的主要因素，混凝土的抗冻性能、抗冻标号就是按冻融次数来确定的，冻融循环次数多，破坏就严重。混凝土冻融循环有两种情况，一种是受气温或日光辐射使混凝土温度正负交替造成的；一种是冬季水位涨落使混凝土表面温度正负交替造成的。

2.外部水补给。有补给水来源的水平施工缝易出现裂缝，混凝土坝的水平施工缝最易因内外温差而先造成裂缝，缝面中的水结冰时，体积增大9%，使裂缝微微张开，且向内部延伸，裂缝张开后，未冻结部分的缝隙产生吸力，将深处混凝土的水分吸到这些缝隙中来，就产生第二次冻结，又形成第二次张开，致使缝宽和缝深增大。如此继续进行，到第二年春融后，裂缝中免不了夹杂混凝土碎屑而使混凝土无法完全复原。冬季又重复上述冻结，经过几个冬冻春融的循环，可使水平缝贯通。

3.施工质量的影响。施工质量对混凝土抗冻性尤其重要，据已建工程的观测资料，在同一地区，施工质量好，混凝土抗冻性能强。反之，则抗冻性能差。施工质量的优劣一般表现为水平施工缝是否严格处理；混凝土是否存在蜂窝，因为蜂窝含水量多，受冻胀一次就可能使混凝土变成一堆骨料；水灰比控制得是否严格，因为水灰比增大0.1时，抗冻标号降低50号；是否严格控制砂石骨料的含泥量和含水量。碎石易满足抗冻要求，卵石则较差，砂石骨料的含泥量过大，严重影响混凝土的抗冻性。

二、混凝土冻融破坏的防治

以下笔者结合五九七农场平原溢流坝和挠力河灌区渠首工程建设施工，总结混凝土水工建筑物冻融破坏防治方法如下：

（一）防止受水位变化的影响

寒冷季节水位变化会引起混凝土的严重冻融破坏，需采取有力措施防止。五九七农场平原溢流坝工程的消力池设计就使消能工位于最低尾水位以下，使池中水位在冬季不发生变化；挠力河灌区渠首站采用了挑流型式消能，将其反弧部分存满水，使水位不变以防止底部冻融。以上两种方法在实际施工中均收到较好效果。

（二）配置防冻融钢筋

严寒地区，坝顶较薄处可配置竖向防冻胀钢筋，以防止水平施工缝胀裂，五九七农场平原溢流坝工程在每米坝上、下游面各配置了钢筋6～10 cm2，亦有效地防止了冻胀。

（三）选择抗冻性强的水泥

根据实际施工经验，混凝土施工中，抗硫酸盐水泥是抗冻性较好的优质水泥。当未掺入外加剂时，有抗冻要求的外部混凝土不能使用火山灰水泥，也不能掺入火山灰质掺和料（如粉煤灰）。只要掺入外加剂，一般硅酸盐水泥和矿渣水泥都能满足抗冻融要求。

（四）降低混凝土的水灰比

水泥水化所需水量仅为其重量的25%左右，若水量增加，多余的水就游离析出，产生孔隙，饱和后易受冻融破坏。因此，必须严格控制水灰比，经查阅资料，黑龙江省严寒地区的水灰比最大允许值为0.5，在实际施工中，一般地区采取水灰比0.55均比较适宜。

（五）采用加气剂和减水剂（塑化剂）

加气剂使水泥结石中形成众多的互不连通的微细气泡，其大小和水泥颗粒相近。这些气泡阻止混凝土吸收水分，可防止冻结时的膨胀变形，从而提高混凝土的抗冻性。减水剂可增大水泥浆的流动性，从而减少混凝土的拌和用水，减少水灰比，同时也具有一定的加气性能。在挠力河灌区渠首工程施工中，由于采用了加气剂和减水剂，极大地提高了混凝土的抗冻性，工程运行两年未发生任何质量问题。

（六）严格控制施工质量

混凝土施工质量的好坏将影响它的抗冻性。因此，必须把好施工质量关，在现场施工中，必须严格施工工艺，加强质量检测，不允许出现蜂窝、麻面，力求密实，表面光滑。

对重要部位的混凝土，应采用真空施工作业。五九七农场平原溢流坝工程施工，在溢流坝坝面、冬季水位变化部位等处，我们采取了真空作业，真空作业除吸收混凝土中多余水分外，大气压力可使真空模板压向混凝土表面，使表层2～4 cm被压实。作业良好的混凝土，由于表层密实、光滑，远比一般抗冻混凝土抗冻性高，但真空作业只能增大混凝土表层抗冻性，而严寒地区的混凝土冻深达1～3 m，为满足混凝土内部的抗冻要求，应先掺入加气剂，然后在表面施以真空作业，二者兼用效果最佳。

总之，作为我们水利工作人员，只要在各项水利工程建设过程中，严把质量关，那么混凝土水工建筑物冻融破坏是可以防治和减轻的。

农垦红兴隆分局水务局 155811）