高寒地区混凝土冻损原因分析和处理措施

卢 䶮

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

高寒、干旱，日照时间长，太阳辐射强，昼夜温差大，低温季节相对时间长，气候寒冷，环境恶劣是高寒地区的基本特征。海拔2600m 高程以上的高位浅山地区年降水量为500mm～600mm，平均风速在14m/s～15m/s之间，最大风速23m/s，最大冻土层深度1.0m～1.5m之间。多年平均气温3.0℃～7.9℃，历年极端最高气温29.3℃～38.4℃，极端最低气温-33.1℃～-21.7℃；本地区无霜期为64.3d～171d左右，多年平均日照时数2430.8h～2666.7h，并由东向西递增。冻融循环破坏、冰拔破坏是混凝土冻损的主要原因，主要表现为混凝土酥化、剥落吊皮，呈现蜂窝状。长隧洞进口明洞段、暗渠等连接段较为明显（见图1)。

图1 混凝土冻损情况

1 混凝土冻损原因分析

长隧道进口明洞段：因隧洞进口高程高于隧洞出口，空气由隧洞出口向隧洞进口形成气流，长隧洞内温度高于隧洞外。气流在隧洞进口凝聚形成游离的雾化水（见图2），再因温度低于冰点而凝结成冰敷着于明洞段。夜间形成冰层，昼间温度偏高冰层消融，冻融次数多，形成冻融循环。游离的水变成冰，体积膨胀9%，对混凝土产生膨胀应力，出现冻损破坏（见图3）。在消融时混凝土中的胶凝材料，在微观结构中迁移，形成廊道，发生冰拔破坏。使混凝土膨胀力变大，强度降低。在多次的冻融循环破坏和冰拔破坏后，混凝土就会出现酥化、剥落吊皮，呈现蜂窝状。

图2 隧洞进口游离的雾化水

图3 冰拔现象

2 混凝土冻损处理方案

2.1 处理原理

水是混凝土结构冻损破坏诸多因素的载体，它通过裂缝或混凝土自身密实度不足进入混凝土内部，导致发生碱-集料破坏、侵蚀、膨胀、溶蚀和冻融破坏，从而降低了混凝土的耐久性。因此，隔绝水与混凝土的接触是防止混凝土冻损破坏、提高其耐久性的重要思路。在水工混凝土施工中采用憎水高分子弹性材料进行整体保护，可以使水工混凝土抵抗冻融破坏和冰拔破坏的能力得到显著提高。采用表面防护技术提高混凝土耐久性是一种行之有效的途径，对新老混凝土建筑物均适用。

2.2 丙乳砂浆处理方案

（1）混凝土表面清洗：仔细排除冻损部位，划定处理范围。

（2）冻损部位凿毛清洗：用电锤或凿毛机对混凝土面凿毛15mm～20mm，采用大功率吹风机清除表面浮尘颗粒，清水冲洗干净、润湿，使混凝土基底呈饱和状态。

（3）丙乳润基：水泥与丙乳按重量比2:1称量混合搅拌均匀配置基液，用排刷均匀涂抹在混凝土基底。

（4）丙乳砂浆配置：采用42.5级普通硅酸盐水泥和过筛的水洗砂，按配合比混合均匀后倒入拌和盘中，然后将聚合物慢慢倒入。聚合物砂浆应根据现场施工实际需求进行拌制，不宜太多，以免浪费（人工抹压施工）。聚合物砂浆的配比为水泥∶砂∶丙乳∶水=1∶2∶0.3∶少量，在满足和易性要求的前提下尽量选用小水灰比。

（5）丙乳砂浆施工：人工抹灰：使用抹子将丙乳砂浆进行抹平压实，同时严格控制砂浆抹压总厚度（2.0cm左右），抹压密实、光滑，保证施工质量，保证混凝土面层平整度。

养护：约4h后，抹压的丙乳砂浆将产生初凝，采取雾化器人工养护手段进行养护，养护1d后再用毛刷在丙乳砂浆面层上刷一道丙乳净浆，要求均匀、密封。净浆初凝后继续喷雾养护（或保鲜膜覆盖），保持砂浆面层潮湿，养护时间不少于7d。

（6）聚脲抗冻涂料涂刷：养护完成后，采用大功率吹风机再次清洗丙乳砂浆基面浮尘等颗粒，要求平整、坚实、干燥、无浮尘。

基面涂刷界面剂(双组份按产品说明配比10:1）进行打底，待界面剂表干时（温度20℃时，1.5h～2h表干），开始涂刷第一遍抗冻涂料。待第一遍涂料表干（用手触摸不粘手即可，切不可超过4h）后进行第二遍涂刷。侧墙涂刷至少三遍，需保证厚度≥1.2mm。

图4 丙乳砂浆处理

2.3 TPO 防水卷材（热塑性聚烯烃类防水卷材）和改性环氧胶粘剂处理方案

TPO防水卷材即热塑性聚烯烃类防水卷材，是以采用先进的聚合技术将乙丙橡胶与聚丙烯结合在一起的热塑性聚烯烃（TPO）合成树脂为基料，加入抗氧剂、防老剂、软化剂制成的新型防水卷材。

改性环氧胶粘剂在混凝土修复的施工中，以增加抗压，抗震，提高耐磨性耐候性的中间聚合体，可以大大提高混凝土面层的使用寿命和使用年限。

2.3.1 主要优点

（1）化学性能稳定，耐腐耐候性好；

（2）固结体具有高粘结力，高抗压强度且不受结构形状限制；

（3）具有补强、加固的作用；

（4）具有抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸腐蚀的性能，并与多种材料的粘结力很强；

（5）热膨胀系数与混凝土接近，故不易从这些被粘结的基材上脱开，耐久性好；

（6）与混凝土的匹配性好，耐久性能优良，具有良好的抗老化和抗碳化性能，涂层能与混凝土在不同温度条件下实现同步变形，避免了因两种材料的胀缩性能差异太大而使界面应力过大，造成涂层脱空、开裂；

（7）改性环氧胶粘剂可以在潮湿的基层上施工。

2.3.2 具体施工工艺（见图5）

图5 TPO防水卷材施工效果图

（1）用角磨机清理混凝土表面，并用湿抹布搽干净，使表面无油脂或污垢；

（2）改性环氧胶粘剂按照AB组分2:1的质量比配比，搅拌直至粘稠均匀并呈现灰白色；

（3）用合适的抹刀将搅拌均匀的改性环氧胶粘剂抹到混凝土面层上，厚度为1mm。改性环氧胶粘剂的固化时间随温度的变化而变化，在10℃时固化时间为145min；在30℃时固化时间为35min；

（4）将TPO防水卷材粘在改性环氧胶粘剂上，使用合适的大压辊压紧，排出内部的空气以免留在TPO防水卷材和改性环氧胶粘剂之间。局部大压辊无法施工的部位采用手持压辊进行施工；

（5）TPO防水卷材接头可采用热风焊枪焊接，并采用手持压辊压紧搭接边，进行热风焊接前须用砂纸焊接边打磨至表面粗糙；

2.3.3 优势

（1）材料高度灵活，可以根据现场实际情况采用不同宽度的胶带；

（2）改性环氧胶粘剂的单层粘接力可达到4.1kN/m，采用双层粘接，保证粘接强度；

（3）粘接剂可直接在潮湿的基层面施工，维修时无须等待基层干燥，停水后即可立即维修，方便维修，节约工期；

（4）无须动火，无需复杂工艺和设备，无需拉电，操作简单，降低因为复杂工序或人为因素而导致的质量风险；

（5）具有超过20年的耐紫外线能力，可以直接外露，无需额外保护，可抵抗-40℃的低温，并且在早晚和冬夏的冷热循环中不会损坏；

（6）断裂延长超过70mm，可以有效抵抗各种形变。

3 结束语

综上所述，水是混凝土结构冻损破坏诸多因素的载体，因此隔绝水与混凝土的接触，是防止混凝土冻损、提高耐久性的重要技术路线。在水工混凝土施工中采用憎水高分子弹性材料进行整体保护，能显著提高混凝土抵抗冻融破坏和冰拔破坏的能力，采用表面防护技术提高混凝土耐久性是一种行之有效的措施，它对新老混凝土建筑物均适用。