水工混凝土抵御冻融破坏对策研究

□李 超

我国北方大部分地区每年约在11月进入冻结期，冻融作用可持续5个月左右。冻结层先形成于地表，逐渐由地表向深部发展，最大冻土层发育深度可达1.0～1.5m。各类工程建筑物因而遭受严重冻胀，其中水工建筑物的冻害最为普遍和严重，冻胀、融沉、滑坡等作用对涵、闸、渡槽、渠道、桥梁和挡土墙等中小型建筑物的破坏更为突出，冻害的表现形式颇多。许多水工建筑物往往在建成后第一年的冬季即出现冻胀上抬、裂缝和严重的变形。由于水工建筑物经常通水，这些冻害现象逐年加剧，有的3～5年即被完全破坏。有的工程虽未完全损毁，但因需年年维修而耗费大量资金和人力。

一、混凝土的冻融破坏机理

常温下的硬化混凝土是由未水化水泥、水泥水化产物、集料、水、空气共同组成的气-液-固三相平稳的体系。 对于含水混凝土在大气中遭受冻融破坏的机理，虽有许多学者进行了大量研究,提出了各种假说,但至今尚未达成共识。目前公认程度较高的是美国学者T.C.Powerse 提出的膨胀压力与渗透压力理论。该理论认为，造成混凝土冻融破坏的主要原因是在某一冻结温度下，结冰的水产生体积膨胀，过冷水迁移产生渗透压力，以及混凝土表面存在温度梯度等原因致使混凝土表面产生拉应力。当混凝土内部孔隙承受的这些力超过抗拉强度时,就在混凝土表面产生裂缝，内部孔隙及微裂缝逐渐增大、扩散、互相连通，当冻融循环达到一定次数后,就会使混凝土发生从出现微观裂纹(缝宽小于0.02mm)到宏观裂缝(缝宽大于0.02mm)的变化,致使表面剥落直到内部遭到破坏。……