淺析水工建筑物冰凍破壞及抗凍措施

劉明萍

（正業(yè)勘測設(shè)計集團有限公司 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)勘測設(shè)計集團有限公司 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)長期處于水下環(huán)境，導(dǎo)致材料內(nèi)部含水量較高，一時在低溫環(huán)境下則會發(fā)生冰凍，冰凍會對水工建筑物帶來較大的破壞性，因此需要針對可能對水工建筑物帶來的破壞及破壞形式進行深入分析，從而采取有效的抗凍措施，保護好水工建筑物的正常運行。

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，并對水工建筑物抗凍措施進行了具體的闡述。

1 冰凍對水工建筑物的破壞

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毛孔的多孔體，不僅在混凝土攪拌過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題，建筑物整體強度下降，對建筑物的正常使用會帶來較大的影響。

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，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)，降低了建筑物強度。

2.1.1 切向凍脹力

水工建筑物樁、墩基礎(chǔ)周圍土體凍脹時，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。基礎(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，冰體融化成水，流出混凝土外，原來的形態(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 蠕動變形

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

2.4 冰壓力

作用于水工建筑物上的冰壓力，分為動冰壓力和靜冰壓力。流冰時產(chǎn)生的壓力為動冰壓力，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，冰層受力強烈爬坡，被凍結(jié)在一起的混凝土板，被冰蓋上爬帶動升高，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，還需要對工程所在地地下水埋深及補給排泄條件等進行了解，對有關(guān)于土壤的各種數(shù)據(jù)進行記錄，并對當(dāng)?shù)厝?、月、年等平均氣溫及最低氣溫進行統(tǒng)計，分析抗冰凍的各項基本資料，從而為水工建筑物抗冰凍設(shè)計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，但氣泡很細而且較為均勻，對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，提高混凝土密實性

水工建筑物當(dāng)其混凝土具有較好密實性時，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控制好水灰比，這對提高混凝土抗凍性能具有非常重要的意義。在具體實踐中，往往會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度，對混凝土抗凍性能的提高具有非常重要的意義。

3.4 加強早期養(yǎng)護或摻入防凍劑防止混凝土早期受凍

目前我國常使用的還是蒸汽養(yǎng)護法，但耗汽量很大。早強劑、防凍劑目前仍以氯鹽、亞硝酸鹽為主。三乙醇胺復(fù)合早強劑使用也較普遍。近幾年我國開始研制和應(yīng)用無氯鹽早強減水劑和防凍劑。中國建筑科學(xué)研究院混凝土研究所研制成功的S9型早強減水劑和防凍劑均不含氯鹽和鉻鹽，對鋼筋無銹蝕作用，在負溫條件下使混凝土具有較強的抗凍害能力，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，通常會采用撓動水面防凍法和加熱防凍法。撓動水面防凍計主要以壓力充氣法、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)濟性差的問題，在具體實施中適用性不高。

4 結(jié)束語

為了有效的防范水工建筑物凍害的發(fā)生，需要對運行過程中的水工建筑物進行仔細的觀察，有效的對其凍融變化規(guī)律進行掌握，及時對可有出現(xiàn)的凍害進行預(yù)測，同時還要掌握水工建筑物凍害的成果，對抗凍融經(jīng)驗進行不斷總結(jié)，從而采取有效的防護和補救措施，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，使其更好的為水利建筑事業(yè)服務(wù)。

[1]楊剛.淺談水工建筑的冰凍破壞及防治 [J].中國水運（下半月），2012，03.

[2]李茜.淺析水工建筑物凍害的成因及防治對策[J].農(nóng)村實用科技信息，2013，10.

[3]諶琳佳.加強灌區(qū)水工建筑物防凍害措施的探究[J].江西建材，2014，12.

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