水工建筑物混凝土的冻融破坏, 是指已硬化的混凝土, 在浸水饱和或潮湿状态下, 由于温度正负交替变化 (气温或水位升降) , 混凝土内部孔隙水形成冻结膨胀压、渗透压及水中盐类的结晶压等, 产生疲劳应力, 造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的一种破坏现象。混凝土冻融破坏的防治应首先从分析冻融破坏的特征及产生冻融破坏的原因入手作出正确的判断, 才能采取有效的防治措施。
1 混凝土冻融破坏的原因与特征
混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的多孔体。硬化的混凝土中的孔隙有毛细孔和凝胶孔、空气泡等一些非毛细孔。毛细孔大部分为开孔连通的, 与其他非毛细孔相比, 在混凝土小占有的体积最大, 可达10%~15%。如果孔隙中有水, 在负温条件下发生冻结, 形成静水压和渗透压, 这两种压力的作用使混凝土产生了冻融破坏。
一般来说, 混凝土的饱和水分条件、负气温和频繁的气温正负变化及混凝土的冻融循环是造成混凝土冻融破坏的必要条件, 加上由于各种原因使混凝土抗冻能力降低及工程管理不善和养护维修不利, 从而致使混凝土产生了冻融破坏。从各种水下混凝土建筑物冻融破坏的形式看, 破坏的特征可归纳为以下几种。
(1) 表层剥蚀。开始混凝土表面起毛、疏松、层状剥落, 砂浆脱皮, 骨料露出, 露砂、露石、露筋, 这样向表面开始逐层剥落, 向里发展, 严重的形成蜂窝、深坑。当混凝土构件截面较面, 冻深又大, 且吸水饱和时, 整个构件疏软, 可用于珊掉, 产生崩解现象, 严重地影响了混凝土构件的正常工作。
(2) 深层的陈胀破坏。多出现在大体积混凝土内部, 具备饱水和冻融循环条件, 存在漏水的缺陷, 如水平施工缝、裂缝等, 经多年的冻融循环, 内部的老混凝土冻胀产生隆起, 使整个坝面、坝顶抬高。隆起的高度严重的可达48cm, 而且垂直变化逐年上升。
(3) 冰冻裂缝。伴随混凝土冻胀隆起, 当产生的膨胀力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土产生破坏, 形成裂缝。往往在隆起鼓包的小部混凝土折裂, 反复的冻融循环作用, 使裂缝逐渐积累, 裂缝便越来越宽, 形成渗水通道, 若裂缝在表面更加重了剥蚀, 若裂缝在深层老混凝土中, 则更加重了深层混凝土的冻胀破坏。当混凝土中的骨料为吸水率较大的岩石, 骨料吸水饱和和受冻时, 更容易产生裂缝, 若在表面, 还会产生局部隆起现象。
2 混凝土冻融破坏防治措施
防治混凝土破坏应从提高混凝土本身抗冻能力扣削减或消除冻融破坏的条件考虑, 而采取相应的防治措施, 主要从下面几个方面考虑。
2.1 合理确定混凝土抗冻标号
按我国相应规范合理确定设计抗冻标号。选择混凝土抗冻标号时应考虑气候的分区:严寒区最冷月平均气温ta<-10℃, 寒冷区最冷月平均气温-10℃≤ta≤-3℃, 温和区最冷月平均气温ta>-3℃;年冻触循环的次数或气温交替变化的次数或水位波动变化的次数;建筑物结构型式类别从使用部位和工作条件。如建筑物级别、使用年限、水位变化区、饱水条件, 经常潮湿有水混凝土外露阴、阳面等。当不利因素较多时, 可选用提高一级的抗冻等级, 选择的混凝土设计抗冻标号应在施工中严格按质量控制要求达到。
2.2 严格控制混凝土的水灰比, 提高混凝土密实性
混凝土的水灰比是影响混凝土密实性、抗冻性的主要因素。即使掺加引气剂但若水灰比很大, 抗冻性提高也不大。因此, 必须从降低水灰比考虑, 选用较小的水灰比, 减少用水量。根据水工混凝土采用的设计抗冻标号、工作条件环境、工程的等级、混凝土类别选择设计水灰比。高水泥用量和水灰比0.36左右的混凝土能很好地抵抗冻融破坏, 对于严寒地区其运行期间可能发生冻融次数1000~2000次以上的大型混凝上工程, 混凝土抗冻标号选为F400, 混凝土标号选为R28、C30, 水灰比应不大于0.4并应掺加引气剂。我国水工钢筋混凝土设计规范、水工建筑物抗冻设计规范、重力坝设计规范等都作了混凝土最大水灰比要求。对于严寒和寒冷地区混凝土水灰比应小于0.45~0.55, 温和地区混凝土水灰比应小于0.45~0.6, 对于大型工程混凝土材料配比应通过试验确定。降低水灰比有效的方法是掺加减水剂, 实践证明掺入水泥重量的0.5%~1.5%的高级减水剂可节省用水量15%~25%, 使混凝土强度提高20%~50%, 抗冻性也相应提高。
此外, 掺用引气剂也是提高混凝土抗冻性的主要措施。工程实践证明, 掺入引气剂并严格控制水灰比是提高混凝土抗冻性的可行有效措施。
2.3 选择质量好的水泥和骨料
对于水泥应优先选择碳酸盐水泥和硅酸盐水泥, 抗冻性混凝土最好用纯熟料水泥, 铝酸三钙含量不应超过5%~8%, 不能采用火山灰或粉煤灰水泥。还应保持水泥质量的稳定性, 严禁使用受潮变质的水泥。选出质地坚实的砂石骨料, 保证砂石骨料中的有机质和含泥量不超过1%~3%, 同时要求级配良好。
2.4 加强施工质量控制
把好混凝土的配制工艺关, 做到称量准确、搅拌均匀、振捣密实充分、养护充分, 严防混凝土的早期受冻, 因为混凝土早期受冻将直接影响混凝土的正常硬化, 使混凝土强度和耐久性均大大降低。因此, 温度低时施工要根据具体情况, 必须采取保温措施, 对混凝土加强早期养护或适当掺入早强剂或防冻剂。施工中必须做好质量监督、检测工作, 严格按施工规范和设计要求进行施工。根据地质、气温变化及发现实际与设计上的缺陷时应及时提出修改措施。
2.5 加强管理, 改善建筑物混凝土构件周围的环境条件, 减少或消除致使混凝上冻融的条件
做好混凝土建筑物周围及内部排水、保温设施, 如坝顶和坝体排水系统通畅, 使坝体不同高程的排水廊道系统、排水孔及时将渗水排走, 使坝体溢流面干燥, 免受冻融破坏。
对于温度低地区, 为增加混凝土耐久性, 使其具有更大的抗裂能力, 无结构钢筋时, 宜在表层外露侧面配置适量的钢筋。水平施工缝往往已成为混凝土坝渗漏的一个薄弱点, 应处理好水平施工缝, 对于承受高水压、高渗压梯度的缝面宜用高压水枪后期冲毛, 不宜用风水枪过早冲毛。为保证水平施工缝很好地整体连接, 宜在外露侧面的水平施工缝设置竖向抽筋, 其配筋量每米不少于5.0cm2。
加强工程运行中的管理、检查观测, 发现冻融破坏及时采取有效的防范保护和维修措施。以使工程正常运用。
摘要：冻融破坏是寒冷地区或者高海拔地区混凝土建筑物常见的一种冻害形式, 也是施工混凝土建筑物的一种老化特征和主要病害之—、严重的陈融破坏、将威胁水工建筑物的正常运行。本文首先分析了混凝土冻融破坏的原因与特征, 然后详细对混凝土建筑物冻融破坏的防治技术进行了探讨。
关键词：水工建筑物,冻融破坏,防治
参考文献
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