□ 劉福珍 劉云龍 楊洪巖

混凝土水工建筑物凍融破壞與防治

□ 劉福珍 劉云龍 楊洪巖

凍融破壞是混凝土水工建筑物損壞的主要形式之一，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，在我省許多水工建筑物建成后5－10年就因凍融破壞而需進(jìn)行大規(guī)模修補(bǔ)，一些小型建筑物則因破壞而報(bào)廢。對(duì)此筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)造成混凝土水工建筑物凍融破壞因素及防治辦法談幾點(diǎn)看法：

一、造成混凝土凍融破壞的因素

（一）內(nèi)部因素

從理論上講，混凝土在澆筑凝固過(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)小并相互連通的孔隙，當(dāng)這些孔隙充水達(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到混凝土的孔隙中，使孔隙受到壓力，這種壓力使混凝土膨脹開(kāi)裂，融化后混凝土又不能恢復(fù)原狀，經(jīng)多次循環(huán)，混凝土就失去了承載能力。

另外，混凝土粗骨料粒徑越大，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，往往在結(jié)合面凝聚水分時(shí)產(chǎn)生凍脹。這種凍脹導(dǎo)致很大的拉應(yīng)力，骨料直徑越大，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40 mm。

（二）外部因素

一般來(lái)講，嚴(yán)寒地區(qū)比寒冷地區(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影響。

1.凍融循環(huán)次數(shù)。凍融循環(huán)次數(shù)的多少是凍融破壞的主要因素，混凝土的抗凍性能、抗凍標(biāo)號(hào)就是按凍融次數(shù)來(lái)確定的，凍融循環(huán)次數(shù)多，破壞就嚴(yán)重?；炷羶鋈谘h(huán)有兩種情況，一種是受氣溫或日光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。

2.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，混凝土壩的水平施工縫最易因內(nèi)外溫差而先造成裂縫，縫面中的水結(jié)冰時(shí)，體積增大9%，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)，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。如此繼續(xù)進(jìn)行，到第二年春融后，裂縫中免不了夾雜混凝土碎屑而使混凝土無(wú)法完全復(fù)原。冬季又重復(fù)上述凍結(jié)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)冬凍春融的循環(huán)，可使水平縫貫通。

3.施工質(zhì)量的影響。施工質(zhì)量對(duì)混凝土抗凍性尤其重要，據(jù)已建工程的觀(guān)測(cè)資料，在同一地區(qū)，施工質(zhì)量好，混凝土抗凍性能強(qiáng)。反之，則抗凍性能差。施工質(zhì)量的優(yōu)劣一般表現(xiàn)為水平施工縫是否嚴(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，因?yàn)樗冶仍龃?.1時(shí)，抗凍標(biāo)號(hào)降低50號(hào)；是否嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量和含水量。碎石易滿(mǎn)足抗凍要求，卵石則較差，砂石骨料的含泥量過(guò)大，嚴(yán)重影響混凝土的抗凍性。

二、混凝土凍融破壞的防治

以下筆者結(jié)合五九七農(nóng)場(chǎng)平原溢流壩和撓力河灌區(qū)渠首工程建設(shè)施工，總結(jié)混凝土水工建筑物凍融破壞防治方法如下：

（一）防止受水位變化的影響

寒冷季節(jié)水位變化會(huì)引起混凝土的嚴(yán)重凍融破壞，需采取有力措施防止。五九七農(nóng)場(chǎng)平原溢流壩工程的消力池設(shè)計(jì)就使消能工位于最低尾水位以下，使池中水位在冬季不發(fā)生變化；撓力河灌區(qū)渠首站采用了挑流型式消能，將其反弧部分存滿(mǎn)水，使水位不變以防止底部?jī)鋈?。以上兩種方法在實(shí)際施工中均收到較好效果。

（二）配置防凍融鋼筋

嚴(yán)寒地區(qū)，壩頂較薄處可配置豎向防凍脹鋼筋，以防止水平施工縫脹裂，五九七農(nóng)場(chǎng)平原溢流壩工程在每米壩上、下游面各配置了鋼筋6～10 cm2，亦有效地防止了凍脹。

（三）選擇抗凍性強(qiáng)的水泥

根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土施工中，抗硫酸鹽水泥是抗凍性較好的優(yōu)質(zhì)水泥。當(dāng)未摻入外加劑時(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）。只要摻入外加劑，一般硅酸鹽水泥和礦渣水泥都能滿(mǎn)足抗凍融要求。

（四）降低混凝土的水灰比

水泥水化所需水量?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，飽和后易受凍融破壞。因此，必須嚴(yán)格控制水灰比，經(jīng)查閱資料，黑龍江省嚴(yán)寒地區(qū)的水灰比最大允許值為0.5，在實(shí)際施工中，一般地區(qū)采取水灰比0.55均比較適宜。

（五）采用加氣劑和減水劑（塑化劑）

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，可防止凍結(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，從而減少混凝土的拌和用水，減少水灰比，同時(shí)也具有一定的加氣性能。在撓力河灌區(qū)渠首工程施工中，由于采用了加氣劑和減水劑，極大地提高了混凝土的抗凍性，工程運(yùn)行兩年未發(fā)生任何質(zhì)量問(wèn)題。

（六）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)格施工工藝，加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)，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，應(yīng)采用真空施工作業(yè)。五九七農(nóng)場(chǎng)平原溢流壩工程施工，在溢流壩壩面、冬季水位變化部位等處，我們采取了真空作業(yè)，真空作業(yè)除吸收混凝土中多余水分外，大氣壓力可使真空模板壓向混凝土表面，使表層2～4 cm被壓實(shí)。作業(yè)良好的混凝土，由于表層密實(shí)、光滑，遠(yuǎn)比一般抗凍混凝土抗凍性高，但真空作業(yè)只能增大混凝土表層抗凍性，而嚴(yán)寒地區(qū)的混凝土凍深達(dá)1～3 m，為滿(mǎn)足混凝土內(nèi)部的抗凍要求，應(yīng)先摻入加氣劑，然后在表面施以真空作業(yè)，二者兼用效果最佳。

總之，作為我們水利工作人員，只要在各項(xiàng)水利工程建設(shè)過(guò)程中，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，那么混凝土水工建筑物凍融破壞是可以防治和減輕的。

農(nóng)墾紅興隆分局水務(wù)局 155811）