陳　英等

凍融破壞是混凝土水工建筑物破壞的主要形式之一，它嚴(yán)重影響水工建筑物的正常運(yùn)行，并縮短其使用壽命。在我國(guó)寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，有許多水工建筑物建成后5－10年就因凍融破壞而需花大量資金進(jìn)行修補(bǔ)，一些小型建筑物測(cè)因破壞嚴(yán)重而報(bào)廢。

1造成混凝土凍融破壞的主要因素

1.1內(nèi)部因素

在澆筑凝固過(guò)程中，由于混凝土中部分水分的析出。內(nèi)部形成了大量細(xì)小并相互連通的空隙。但這些空隙充水已達(dá)到飽和之后，在0℃時(shí)開(kāi)始結(jié)冰，封堵了混凝土孔隙與外界相通的孔口。水結(jié)成冰使體積膨脹，與此相當(dāng)?shù)乃勘粩D到混凝土的空隙中，使孔隙受到壓力，這種壓力使混凝土膨脹開(kāi)裂。溶化后混凝土又不能恢復(fù)原狀，經(jīng)多次循環(huán)，混凝土就失去丁承載能力。實(shí)踐證明，干燥材料(混凝土、漿砌石等)因其孔隙中不含水分，凍結(jié)期材料內(nèi)部不產(chǎn)生膨脹，因而不發(fā)生凍融破壞。另外，混凝土粗骨料的粒徑越大，凍脹應(yīng)力也越大，抗凍性也就越差。因?yàn)榛炷恋淖畋∪趺媸锹咽c砂漿的結(jié)合面，這里在凝聚水分時(shí)往往產(chǎn)生凍脹。這種凍脹導(dǎo)致很大的拉應(yīng)力，球體直徑越大，拉應(yīng)力也越大。因此，抗凍混凝土的骨料不宜過(guò)大，一般常用的最大粒徑為40mm。

1.2外部因素

一般來(lái)講，嚴(yán)寒地區(qū)及寒冷地區(qū)凍融破壞嚴(yán)重，但并非越冷越嚴(yán)重，它還受如下外部因素的影響。

a凍融循環(huán)次數(shù)。凍融循環(huán)次數(shù)越多，破壞就越嚴(yán)重。混凝土凍融循環(huán)有兩種情況：一種是受氣溫或日照輻射使混凝土溫度正負(fù)交替造成的；一種是冬季水位漲落使混凝土表面溫度正負(fù)交替造成的。凍融循環(huán)次數(shù)是造成凍融破壞的主要因素，混凝土的抗凍性能、抗凍等級(jí)就是按凍融次數(shù)確定的。

b外部水補(bǔ)給。有補(bǔ)給水來(lái)源的水平施工縫易出現(xiàn)裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)中水工施工縫最易因內(nèi)外溫差而首先造成裂縫，縫面中的水結(jié)冰時(shí)，體積增大9％左右，使裂縫微微張開(kāi)，且向內(nèi)部延伸。裂縫張開(kāi)后，未凍結(jié)部分的縫隙產(chǎn)生吸力，將深處混凝土的水分吸到這些縫隙中來(lái)，這樣就產(chǎn)生第二次凍結(jié)，又形成第二次張開(kāi)，致使縫寬和縫深增大。

c施工質(zhì)量的影響。施工質(zhì)量對(duì)混凝土的抗凍性起著重要作用。混凝土施工質(zhì)量的優(yōu)劣一般表現(xiàn)為水平施工縫是否經(jīng)嚴(yán)格處理；混凝土是否存在蜂窩，因?yàn)榉涓C含水量多，受凍脹一次就可能使混凝土變成一堆骨料；水灰比控制得是否嚴(yán)格，實(shí)驗(yàn)表明：水灰比增大0.1時(shí)，抗凍標(biāo)號(hào)會(huì)降低50號(hào)；是否嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量和含水量等。實(shí)踐表明：碎石易滿足抗凍性要求，卵石則較差；砂石骨料含泥量(碎石的石粉含量)過(guò)大，將嚴(yán)重影響混凝土的抗凍性。

2混凝土凍融破壞的主要防治措施

2.1防止受水位變化影響

寒冷季節(jié)水位變化會(huì)引起混凝土的嚴(yán)重凍融破壞，需采取有力的防止措施。如消力池之類的消能工應(yīng)盡量位于冬季最低尾水位以下，使池中水位在冬季不發(fā)生變化。對(duì)挑流型消能工，可將其反弧部分存滿水，使其水位保持不變，以防止底部?jī)鋈凇?/p>

2.2配置防凍融鋼筋

嚴(yán)寒地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)較薄處則可適當(dāng)?shù)嘏渲秘Q向防凍脹鋼筋，以防止水平施工縫脹裂。

2.3選擇抗凍性強(qiáng)的水泥

按抗凍性要求，抗硫酸鹽水泥和大壩水泥是抗凍性最好的兩種優(yōu)質(zhì)水泥。當(dāng)未摻人外加劑時(shí)，有抗凍要求的外部混凝土不能使用火山灰水泥，也不能摻入火山灰質(zhì)摻和料(如粉煤灰)，即使溫和地區(qū)也不宜使用。只要摻入外加劑，一般硅酸鹽水泥和礦渣水泥都能滿足抗凍融要求。

2.4降低混凝土的水灰比

水泥水化水量?jī)H為其重量的25％左右，若水量增加，多余的水就游離析出，產(chǎn)生孔隙，飽和后易受凍脹破壞。因此，世界各國(guó)都規(guī)定了其水灰比最大允許值，我國(guó)在寒冷和沿海地區(qū)的水灰比最大允許值為0.5、溫和地區(qū)為0.55。

2.5采用加氣劑與減水劑

加氣劑使水泥結(jié)石中形成眾多的互不連通的微細(xì)氣泡。其大小和水泥顆粒相近。這些氣泡阻止混凝土吸收水分，防止凍結(jié)時(shí)的膨脹變形，從而提高混凝土的抗凍性。減水劑可增大水泥漿的流動(dòng)性從而減少混凝土拌和用水，減小水灰比，同時(shí)也具有一定的加氣性能。

2.6嚴(yán)格控制施工質(zhì)量

混凝土施工質(zhì)量的好壞將影響它的抗凍性，因此，必須把好施工質(zhì)量關(guān)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，必須嚴(yán)格執(zhí)行混凝土抗凍等級(jí)的配合比，不允許出現(xiàn)蜂窩、麻面，力求密實(shí)。表面光滑。

對(duì)重要部位的混凝土施工，有條件時(shí)可采用真空施工作業(yè)，但真空作業(yè)只能增加混凝土表層抗凍性，而嚴(yán)寒地，區(qū)的混凝土凍深可達(dá)1～3m。為滿足混凝土內(nèi)部的抗凍要求，可應(yīng)先摻入加氣劑，然后在表面施以真空作業(yè)，二者兼有效果會(huì)最佳。

3結(jié)語(yǔ)

水工混凝土的凍脹破壞與防治是工程施工和管理中普遍存在和經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)其破壞性質(zhì)、產(chǎn)生原因、防治方法不斷深入的正確認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)、施工、管理使用中采用正確的防治措施，可以有效地防治水工混凝土的凍融破壞，最終有效地提高水工混凝土的耐久性，延長(zhǎng)工程使用壽命。