混凝土水工建筑物凍融破壞與防治

□ 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，它嚴重影響水工建筑物的正常運行，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行大規模修補，一些小型建筑物則因破壞而報廢。對此筆者結合多年工作經驗，對造成混凝土水工建筑物凍融破壞因素及防治辦法談幾點看法：

一、造成混凝土凍融破壞的因素

（一）內部因素

從理論上講，混凝土在澆筑凝固過程中，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孔隙，當這些孔隙充水達到飽和之后，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孔隙中，使孔隙受到壓力，這種壓力使混凝土膨脹開裂，融化后混凝土又不能恢復原狀，經多次循環，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，往往在結合面凝聚水分時產生凍脹。這種凍脹導致很大的拉應力，骨料直徑越大，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40 mm。

（二）外部因素

一般來講，嚴寒地區比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影響。

1.凍融循環次數。凍融循環次數的多少是凍融破壞的主要因素，混凝土的抗凍性能、抗凍標號就是按凍融次數來確定的，凍融循環次數多，破壞就嚴重。混凝土凍融循環有兩種情況，一種是受氣溫或日光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。

2.外部水補給。有補給水來源的水平施工縫易出現裂縫，混凝土壩的水平施工縫最易因內外溫差而先造成裂縫，縫面中的水結冰時，體積增大9%，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，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。如此繼續進行，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法完全復原。冬季又重復上述凍結，經過幾個冬凍春融的循環，可使水平縫貫通。

3.施工質量的影響。施工質量對混凝土抗凍性尤其重要，據已建工程的觀測資料，在同一地區，施工質量好，混凝土抗凍性能強。反之，則抗凍性能差。施工質量的優劣一般表現為水平施工縫是否嚴格處理；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，因為水灰比增大0.1時，抗凍標號降低50號；是否嚴格控制砂石骨料的含泥量和含水量。碎石易滿足抗凍要求，卵石則較差，砂石骨料的含泥量過大，嚴重影響混凝土的抗凍性。

二、混凝土凍融破壞的防治

以下筆者結合五九七農場平原溢流壩和撓力河灌區渠首工程建設施工，總結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

寒冷季節水位變化會引起混凝土的嚴重凍融破壞，需采取有力措施防止。五九七農場平原溢流壩工程的消力池設計就使消能工位于最低尾水位以下，使池中水位在冬季不發生變化；撓力河灌區渠首站采用了挑流型式消能，將其反弧部分存滿水，使水位不變以防止底部凍融。以上兩種方法在實際施工中均收到較好效果。

（二）配置防凍融鋼筋

嚴寒地區，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，五九七農場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）選擇抗凍性強的水泥

根據實際施工經驗，混凝土施工中，抗硫酸鹽水泥是抗凍性較好的優質水泥。當未摻入外加劑時，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）。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。

（四）降低混凝土的水灰比

水泥水化所需水量僅為其重量的25%左右，若水量增加，多余的水就游離析出，產生孔隙，飽和后易受凍融破壞。因此，必須嚴格控制水灰比，經查閱資料，黑龍江省嚴寒地區的水灰比最大允許值為0.5，在實際施工中，一般地區采取水灰比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，可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，從而減少混凝土的拌和用水，減少水灰比，同時也具有一定的加氣性能。在撓力河灌區渠首工程施工中，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，工程運行兩年未發生任何質量問題。

（六）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，必須嚴格施工工藝，加強質量檢測，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，應采用真空施工作業。五九七農場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，真空作業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。作業良好的混凝土，由于表層密實、光滑，遠比一般抗凍混凝土抗凍性高，但真空作業只能增大混凝土表層抗凍性，而嚴寒地區的混凝土凍深達1～3 m，為滿足混凝土內部的抗凍要求，應先摻入加氣劑，然后在表面施以真空作業，二者兼用效果最佳。

總之，作為我們水利工作人員，只要在各項水利工程建設過程中，嚴把質量關，那么混凝土水工建筑物凍融破壞是可以防治和減輕的。

農墾紅興隆分局水務局 155811）