如何有效防止水工混凝土的凍融破壞

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，它嚴重影響水工建筑物的正常運行，并縮短其使用壽命。在我國寒冷和嚴寒地區，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行修補，一些小型建筑物測因破壞嚴重而報廢。

1造成混凝土凍融破壞的主要因素

1.1內部因素

在澆筑凝固過程中，由于混凝土中部分水分的析出。內部形成了大量細小并相互連通的空隙。但這些空隙充水已達到飽和之后，在0℃時開始結冰，封堵了混凝土孔隙與外界相通的孔口。水結成冰使體積膨脹，與此相當的水量被擠到混凝土的空隙中，使孔隙受到壓力，這種壓力使混凝土膨脹開裂。溶化后混凝土又不能恢復原狀，經多次循環，混凝土就失去丁承載能力。實踐證明，干燥材料(混凝土、漿砌石等)因其孔隙中不含水分，凍結期材料內部不產生膨脹，因而不發生凍融破壞。另外，混凝土粗骨料的粒徑越大，凍脹應力也越大，抗凍性也就越差。因為混凝土的最薄弱面是卵石與砂漿的結合面，這里在凝聚水分時往往產生凍脹。這種凍脹導致很大的拉應力，球體直徑越大，拉應力也越大。因此，抗凍混凝土的骨料不宜過大，一般常用的最大粒徑為40mm。

1.2外部因素

一般來講，嚴寒地區及寒冷地區凍融破壞嚴重，但并非越冷越嚴重，它還受如下外部因素的影響。

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

b外部水補給。有補給水來源的水平施工縫易出現裂縫，混凝土結構中水工施工縫最易因內外溫差而首先造成裂縫，縫面中的水結冰時，體積增大9％左右，使裂縫微微張開，且向內部延伸。裂縫張開后，未凍結部分的縫隙產生吸力，將深處混凝土的水分吸到這些縫隙中來，這樣就產生第二次凍結，又形成第二次張開，致使縫寬和縫深增大。

c施工質量的影響。施工質量對混凝土的抗凍性起著重要作用。混凝土施工質量的優劣一般表現為水平施工縫是否經嚴格處理；混凝土是否存在蜂窩，因為蜂窩含水量多，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格，實驗表明：水灰比增大0.1時，抗凍標號會降低50號；是否嚴格控制砂石骨料的含泥量和含水量等。實踐表明：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)過大，將嚴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

寒冷季節水位變化會引起混凝土的嚴重凍融破壞，需采取有力的防止措施。如消力池之類的消能工應盡量位于冬季最低尾水位以下，使池中水位在冬季不發生變化。對挑流型消能工，可將其反弧部分存滿水，使其水位保持不變，以防止底部凍融。

2.2配置防凍融鋼筋

嚴寒地區，混凝土結構較薄處則可適當地配置豎向防凍脹鋼筋，以防止水平施工縫脹裂。

2.3選擇抗凍性強的水泥

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質水泥。當未摻人外加劑時，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摻和料(如粉煤灰)，即使溫和地區也不宜使用。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

水泥水化水量僅為其重量的25％左右，若水量增加，多余的水就游離析出，產生孔隙，飽和后易受凍脹破壞。因此，世界各國都規定了其水灰比最大允許值，我國在寒冷和沿海地區的水灰比最大允許值為0.5、溫和地區為0.55。

2.5采用加氣劑與減水劑

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

2.6嚴格控制施工質量

混凝土施工質量的好壞將影響它的抗凍性，因此，必須把好施工質量關。在現場施工中，必須嚴格執行混凝土抗凍等級的配合比，不允許出現蜂窩、麻面，力求密實。表面光滑。

對重要部位的混凝土施工，有條件時可采用真空施工作業，但真空作業只能增加混凝土表層抗凍性，而嚴寒地，區的混凝土凍深可達1～3m。為滿足混凝土內部的抗凍要求，可應先摻入加氣劑，然后在表面施以真空作業，二者兼有效果會最佳。

3結語

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常遇到的一個問題，通過對其破壞性質、產生原因、防治方法不斷深入的正確認識，在設計、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，延長工程使用壽命。