劉明萍

（正業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150090）

淺析水工建筑物冰凍破壞及抗凍措施

劉明萍

（正業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150090）

水工建筑物多以混凝土作為主要材料，由于混凝土具有較好的吸水性，而且水工建筑很大部分結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于水下環(huán)境，導(dǎo)致材料內(nèi)部含水量較高，一時(shí)在低溫環(huán)境下則會(huì)發(fā)生冰凍，冰凍會(huì)對(duì)水工建筑物帶來(lái)較大的破壞性，因此需要針對(duì)可能對(duì)水工建筑物帶來(lái)的破壞及破壞形式進(jìn)行深入分析，從而采取有效的抗凍措施，保護(hù)好水工建筑物的正常運(yùn)行。

水工建筑物；冰凍破壞；破壞形式；抗凍措施

水工建筑物由于材料內(nèi)部水分含量較高，在低溫條件下材料內(nèi)部極易有冰產(chǎn)生，冰的體積在大于水的體積，這也導(dǎo)致水工建筑物在結(jié)冰情況下會(huì)出現(xiàn)不同程度的膨脹，一旦膨脹作用力超出混凝土應(yīng)力承受范圍，則會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，使混凝土材料吸水性增加，這樣周而復(fù)始下混凝土則會(huì)出現(xiàn)不同程度的冰凍破壞，影響水工建筑物的使用性能。文中分析了水工建筑物冰凍破壞的主要形式，并對(duì)水工建筑物抗凍措施進(jìn)行了具體的闡述。

1 冰凍對(duì)水工建筑物的破壞

水工建筑物多以混凝土作為主要材料，由水泥砂漿及骨料組成的混凝土屬于具有微細(xì)毛孔的多孔體，不僅在混凝土攪拌過(guò)程中需要加大大量的拌合水，而且水工建筑物部分結(jié)構(gòu)還處于水下環(huán)境中，這就導(dǎo)致建筑物含量量較高，建筑物內(nèi)部的水分遇冷后會(huì)變成固體，導(dǎo)致體積增加發(fā)生膨脹，從而使建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞。在冰凍破壞力作用下，水工建筑極易出現(xiàn)表面酥松及片層脫落等問(wèn)題，建筑物整體強(qiáng)度下降，對(duì)建筑物的正常使用會(huì)帶來(lái)較大的影響。

2 水工建筑物冰凍破壞的主要形式

2.1 凍脹力

地基土或混凝土凍結(jié)時(shí)，其中的水分冷卻成冰，冰吸附未凍水分聚流到凍結(jié)鋒面，冰晶體急劇增大所引起的作用力。凍脹力對(duì)建筑物的作用方向不同，一般分為切向凍脹力、水平凍脹力和豎向凍脹力3種。凍脹力對(duì)水工建筑物的破壞，改變基礎(chǔ)土和混凝土的結(jié)構(gòu)，降低了建筑物強(qiáng)度。

2.1.1 切向凍脹力

水工建筑物樁、墩基礎(chǔ)周?chē)馏w凍脹時(shí)，由于受到基礎(chǔ)的約束而作用于基礎(chǔ)側(cè)面向上的作用力?；A(chǔ)與基土間的凍結(jié)力是切向凍脹力形成、傳逆的媒介。

2.1.2 水平凍脹力

水工建筑物擋土墻后或基礎(chǔ)側(cè)面的土凍脹時(shí)水平作用在墻或基礎(chǔ)側(cè)面的作用力。與墻后填土的凍脹成正比例關(guān)系。

2.1.3 豎向凍脹力

地基土凍脹時(shí)作用于基礎(chǔ)底面垂直向上的作用力。當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度小于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)凍深或基土為凍脹性土?xí)r，均有豎向凍脹力。

2.2 凍融

凍融是指負(fù)溫凍結(jié)，溫升后融化。多次凍融循環(huán)，可導(dǎo)致水工建筑物的破壞，特別是水位變化區(qū)混凝土表面，凍結(jié)產(chǎn)生體積膨脹，而融化時(shí)，冰體融化成水，流出混凝土外，原來(lái)的形態(tài)不能復(fù)原，混凝土彈性模量大大降低，導(dǎo)致鋼筋外露和溶蝕，從而加速凍脹破壞，形成惡性循環(huán)。

2.3 蠕動(dòng)變形

地基土在負(fù)溫狀態(tài)下，凍土冰體會(huì)發(fā)生塑性變形，體積變小，所產(chǎn)生的壓力會(huì)引起冰點(diǎn)不斷下降造成凍土的融化流動(dòng)。

2.4 冰壓力

作用于水工建筑物上的冰壓力，分為動(dòng)冰壓力和靜冰壓力。流冰時(shí)產(chǎn)生的壓力為動(dòng)冰壓力，流冰沖擊水工建筑物，可造成水工建筑物的擠壓或剪切破壞。冰層溫升膨脹產(chǎn)生的壓力為靜冰壓力。溫升時(shí)，冰層受力強(qiáng)烈爬坡，被凍結(jié)在一起的混凝土板，被冰蓋上爬帶動(dòng)升高，引起混凝土板拉裂、彎曲而破壞。

3 水工建筑物抗凍措施

3.1 工程勘察時(shí)做好數(shù)據(jù)收集工作

在水工建筑物施工前的工程勘察工作中，在做好常規(guī)工程勘察處，還需要對(duì)工程所在地地下水埋深及補(bǔ)給排泄條件等進(jìn)行了解，對(duì)有關(guān)于土壤的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并對(duì)當(dāng)?shù)厝?、月、年等平均氣溫及最低氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析抗冰凍的各項(xiàng)基本資料，從而為水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

3.2 摻用引氣劑、減水劑及引氣型減水劑

為了有效的提高混凝土的抗凍性能，則需要向混凝土材料內(nèi)摻加適量的引氣劑，能夠有效的避免水工建筑物凍害現(xiàn)象的發(fā)生。也可以將非引氣型表面活性劑滲入到混凝土中，有效的提高混凝土的耐久性，雖然這種外加劑引氣量較少，但氣泡很細(xì)而且較為均勻，對(duì)于提高混凝土抗凍性能具有非常好的效果。

3.3 嚴(yán)格控制水灰比，提高混凝土密實(shí)性

水工建筑物當(dāng)其混凝土具有較好密實(shí)性時(shí)，可以有效的降低混凝土結(jié)構(gòu)的孔隙率，因此需要在混凝土配制時(shí)控制好水灰比，這對(duì)提高混凝土抗凍性能具有非常重要的意義。在具體實(shí)踐中，往往會(huì)采用高效減水劑摻入到混凝土中，這不僅能夠有效的減少水的用量，而且有利于提高混凝土的強(qiáng)度，對(duì)混凝土抗凍性能的提高具有非常重要的意義。

3.4 加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)或摻入防凍劑防止混凝土早期受凍

目前我國(guó)常使用的還是蒸汽養(yǎng)護(hù)法，但耗汽量很大。早強(qiáng)劑、防凍劑目前仍以氯鹽、亞硝酸鹽為主。三乙醇胺復(fù)合早強(qiáng)劑使用也較普遍。近幾年我國(guó)開(kāi)始研制和應(yīng)用無(wú)氯鹽早強(qiáng)減水劑和防凍劑。中國(guó)建筑科學(xué)研究院混凝土研究所研制成功的S9型早強(qiáng)減水劑和防凍劑均不含氯鹽和鉻鹽，對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕作用，在負(fù)溫條件下使混凝土具有較強(qiáng)的抗凍害能力，從而能保證冬季正常施工。

3.5 防止建筑物周邊結(jié)冰的措施

為了有效的防止建筑物周邊出現(xiàn)結(jié)冰的情況，通常會(huì)采用撓動(dòng)水面防凍法和加熱防凍法。撓動(dòng)水面防凍計(jì)主要以壓力充氣法、壓力充水法、調(diào)節(jié)水位法及加熱法等為主，能夠有效的防止建筑前的水凍結(jié)，對(duì)防止建筑物周邊結(jié)冰具有非常好的效果。在加熱防凍法中采用的主要有熱風(fēng)法、電熱法和熱水法，這幾種方法盡管具有較好的防凍效果，加熱效果也較好，但普遍存在著經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題，在具體實(shí)施中適用性不高。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了有效的防范水工建筑物凍害的發(fā)生，需要對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的水工建筑物進(jìn)行仔細(xì)的觀察，有效的對(duì)其凍融變化規(guī)律進(jìn)行掌握，及時(shí)對(duì)可有出現(xiàn)的凍害進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)還要掌握水工建筑物凍害的成果，對(duì)抗凍融經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行不斷總結(jié)，從而采取有效的防護(hù)和補(bǔ)救措施，降低冰凍損害的發(fā)生，確保水工建筑物使用壽命能夠延長(zhǎng)，使其更好的為水利建筑事業(yè)服務(wù)。

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