新疆奎屯—乌苏—独山子地区混凝土冻融病害调查分析与预防措施*

闫红伟

（新疆应用职业技术学院 建筑工程系，新疆　奎屯　833200）

新疆奎屯—乌苏—独山子地区混凝土冻融病害调查分析与预防措施*

闫红伟

（新疆应用职业技术学院 建筑工程系，新疆奎屯833200）

新疆奎屯—乌苏—独山子地区冬夏两季长、春秋两季短，冬季寒冷，积雪时间比较长，这就导致在秋末初冬的混凝土工程常常受到冻融伤害，以致产生冻融病害。本文对该地区混凝土工程的冻融病害进行调查并分析原因，提出可以减少或者避免冻融病害的措施，希望对工程建设提供有意义的参考。

冻融病害；调查；分析；预防措施

1　研究目的和意义

新疆奎屯—乌苏—独山子地区行政区面积超过15951平方公里，比两个上海地区的行政区面积还大，又处于国家“一带一路”战略规划、新亚欧大陆桥、连霍高速公路交汇点上，具有重要的交通和战略意义。但其基础设施尚不够完善，仍有巨大的发展前景[1]。为加快西部大开发战略和繁荣稳定新疆经济及社会，国家和新疆都在加大对新疆各地基础设施和城镇化建设的力度。新疆奎屯—乌苏—独山子地区正在抓紧机会，大力推进建设工程规模。混凝土作为建设工程中质优价廉的建筑材料，在工程中具有无可替代的地位。

新疆奎屯—乌苏—独山子地区属于典型大陆性干旱气候，其特征为：冬夏两季长、春秋两季短，降雨稀少，蒸发强烈，全年平均日照时数达到2600 小时[2]；极端最高气温为42.2℃，七月份平均温度达到27.6℃，极端最低气温为-37.5℃，一月份平均温度达到 -18℃，气温年差为42.8℃；冬季积雪时间比较长，对混凝土工程的冻融影响比较大。而根据公开资料查询，关于该地区气候特点对混凝土冻融影响的研究还没有，本文对混凝土冻融病害的调查先从原因分析开始，以弥补学术研究在该地区的空白，为进一步研究混凝土多次冻融循环后强度的变化规律或配制具有较高抗冻性的混凝土打下基础。

2　混凝土冻融病害现象及原因分析

根据对新疆奎屯—乌苏—独山子地区的路缘石、小区地坪、混凝土道路、房屋构件、水渠等混凝土工程的实地调查发现，本地区混凝土工程在使用过程中存在不同程度的冻融破坏，主要表现为如下几个现象：

2.1面层脱落

该病害主要表现为混凝土表面呈层状脱落（如图1所示），脱落片体的长度一般不超过3.0cm，脱落片体的厚度一般小于其长度的 0.3倍。从发生病害的部位来看，一般常见于小区地坪、屋面等部位。这些部位多与水接触，容易积水，混凝土与水接触后，水通过裂缝和孔隙侵入混凝土内部，在突来的低温天气下使混凝土内部的水冻结成冰，体积膨胀9%，造成受拉状态的混凝土破裂，呈现出面层脱落的现象。从发生病害的时间来看，一般多发生在秋末初冬施工的工程，在此时间段内，日平均气温越来越低。工程施工完成后，倘若混凝土尚未完全水化完成，混凝土内部仍有自由水的情况下，受低温天气影响，混凝土内部自由水冻结成冰，就会造成混凝土面层脱落，影响混凝土工程的外观质量或者建筑的正常使用。

2.2裂缝

混凝土在正常的水化凝结过程中会产生裂缝。这些裂缝主要是表面裂缝，是由于混凝土在水化凝结过程中先热胀后冷缩引起的表面产生细小裂缝[3]。表面裂缝一般仅影响外观。在工程实际中，受到材料存在孔隙、搅拌混有气体、施工振捣不到位等多种因素的影响，混凝土在水化凝结过程总会存在细微的裂隙。这些裂隙像人体内的毛细血管一样在混凝土内外交织贯通。特别是混凝土在水化凝结过程中存在多余自由水时，多余自由水挥发就会留下毛细通道，与水接触后，水沿着毛细通道和裂隙进入混凝土内部。低温下，水冻结成冰，体积膨胀，将毛细通道和裂隙扩大。在冻融循环一定次数后，混凝土出现肉眼可见的明显裂缝（如图2所示），如果裂缝发展为深层裂缝或者贯穿裂缝将严重降低建筑物的受力性能，危及建筑物的安全。

图1　混凝土面层脱落

图2　混凝土受冻开裂

2.3混凝土疏松

该病害的发生多在混凝土尚未达到设计强度前。受到冻害时的龄期越短，混凝土越疏松。在混凝土早龄期[4]受到冻害后，致使混凝土的水化反应停止，骨料粘结不完全，骨料之间被结晶冰体隔开且远离，待结晶冰体融化后，水化反应难以继续，致使混凝土不能密实成型，伴随而来的就是混凝土疏松[5]，混凝土构件容易出现掉角等现象（如图3所示），强度达不到设计要求[6]，导致混凝土工程达不到设计的使用寿命。

图3　混凝土受冻掉角

2.4碳化比较严重

由于新疆奎屯—乌苏—独山子地区冬季积雪时间比较长，在不断的冻融循环中，空气中的二氧化碳不断溶解于水，与水泥的水化产物氢氧化钙不断生成碳酸钙和水。使混凝土的碱度降低，在不断的冻融流动状态下，会使混凝土的碱度继续降低。若与混凝土内部钢筋相接触后，就会引起钢筋锈蚀[7]，最终导致构件受力性能下降，增加建筑物的维护成本，缩短建筑物的使用寿命。

2.5其他冻融病害

以上病害还会导致其他病害的伴随产生，如混凝土冻融后的开裂必然引起混凝土抗渗性变差，混凝土冻融后的疏松导致混凝土强度的降低，混凝土碳化严重致使钢筋容易锈蚀等病害。

3　混凝土冻融病害预防措施

近年来，随着新疆奎屯—乌苏—独山子地区基础设施的大力发展，秋末初冬时节，混凝土工程的施工必然还要继续。很多专家或者学者对混凝土冬季施工已经提出不少方法和注意事项，但针对该地区独特的气候特点和工程特性，个人认为应特别注意以下几个方面：

3.1优化设计方案

设计人员在工程设计阶段就应该考虑混凝土工程在施工和使用阶段容易受到冻融伤害的技术预防措施，在技术上减少或者避免混凝土冻融。如在地坪和屋面的排水坡度选择时，一定要根据工程所在地的实际降水情况和排水条件进行设计，必要情况下可以到现场调查采集数据或者查看已建工程的运行情况，供待建工程进行设计参考。

3.2控制施工质量

3.2.1施工准备工作

秋末初冬施工季节，混凝土施工前应尽可能准确地估计低温天气出现的日期，尽量避免混凝土早龄期受冻。因此，需要施工方合理安排施工进度，施工前编制好混凝土施工完成后的保温养护方案，做好施工技术交底，检查施工准备情况等。

3.2.2施工控制

混凝土施工过程中，要严格按照施工技术交底做好混凝土的浇筑，确保混凝土振捣密实，一次浇筑成型。

3.2.3做好保温养护

秋末初冬季节，日平均气温越来越低，如果混凝土直接暴露在室外，混凝土的水化反应速率就会降低，不能很快形成一定的强度，必然造成混凝土的抗冻性和强度等指标达不到设计和规范要求，还会造成一定的冻害。因此，混凝土施工完成后，建议施工方根据实际情况对混凝土工程进行保温养护。

3.3做好使用维护

在混凝土工程的使用过程中，任何个人或机构都不能随意破坏混凝土工程的完整性。养护单位应及时做好混凝土工程的维修和保护，特别注意及时清除积水或冰雪，减少混凝土冻融的发生，延长混凝土工程的使用寿命。

4　结语

新疆奎屯—乌苏—独山子地区混凝土冻融病害影响着建筑物的安全和使用，因此，为避免或者减少混凝土冻融病害的产生，采取优化设计方案、控制施工质量和做好使用维护等措施对混凝土工程进行管理是很有必要的，对该地区在工程建设中降低工程造价、提高工程质量水平和建设持续发展的节约型经济也是具有重要意义的。

[1] 中研网．新疆“一带一路”带动中国地区经济发展．

[2] 龙海丽，王爱辉，彭健，等．新疆奎屯垦区近50a 日照时数的变化特征研究[J]．新疆农业科学，2015,52(2):300-305．

[3] DaleP. Bentz, Randy Turpin. Potential applications of phase change m at eri als i n concrete technology [J]. Cement and Concrete Composites,2007,29:527-532.

[4] 王异．混凝土冬季施工的基本理论问题——与项玉璞同志商榷．工程科技Ⅱ辑·建筑科学与工程，1981(10):32-36．

[5] 杨晓明，韩志强．钢筋混凝土结构的病害[J]．硅酸盐通报，2013,32(5):898-902．

[6] 张海燕．混凝土的抗冻融破坏试验研究[J]．西北水资源与水工程，2001,12(1):48-52．

[7] 刮俊．新疆高寒地区桥梁混凝土耐久性研究[D]．西安：长安大学，2010．

［通讯地址］新疆奎屯市北京西路62号 新疆应用职业技术学院 建筑工程系（833200）

新疆应用职业技术学院科研启动基金项目，项目编号：XYZY2015YJ006

闫红伟（1986—），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要从土木工程教学及研究。