新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)混凝土凍融病害調(diào)查分析與預防措施*

閆紅偉

（新疆應用職業(yè)技術學院 建筑工程系，新疆　奎屯　833200）

新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)混凝土凍融病害調(diào)查分析與預防措施*

閆紅偉

（新疆應用職業(yè)技術學院 建筑工程系，新疆奎屯833200）

新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)冬夏兩季長、春秋兩季短，冬季寒冷，積雪時間比較長，這就導致在秋末初冬的混凝土工程常常受到凍融傷害，以致產(chǎn)生凍融病害。本文對該地區(qū)混凝土工程的凍融病害進行調(diào)查并分析原因，提出可以減少或者避免凍融病害的措施，希望對工程建設提供有意義的參考。

凍融病害；調(diào)查；分析；預防措施

1　研究目的和意義

新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)行政區(qū)面積超過15951平方公里，比兩個上海地區(qū)的行政區(qū)面積還大，又處于國家“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃、新亞歐大陸橋、連霍高速公路交匯點上，具有重要的交通和戰(zhàn)略意義。但其基礎設施尚不夠完善，仍有巨大的發(fā)展前景[1]。為加快西部大開發(fā)戰(zhàn)略和繁榮穩(wěn)定新疆經(jīng)濟及社會，國家和新疆都在加大對新疆各地基礎設施和城鎮(zhèn)化建設的力度。新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)正在抓緊機會，大力推進建設工程規(guī)模?；炷磷鳛榻ㄔO工程中質(zhì)優(yōu)價廉的建筑材料，在工程中具有無可替代的地位。

新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)屬于典型大陸性干旱氣候，其特征為：冬夏兩季長、春秋兩季短，降雨稀少，蒸發(fā)強烈，全年平均日照時數(shù)達到2600 小時[2]；極端最高氣溫為42.2℃，七月份平均溫度達到27.6℃，極端最低氣溫為-37.5℃，一月份平均溫度達到 -18℃，氣溫年差為42.8℃；冬季積雪時間比較長，對混凝土工程的凍融影響比較大。而根據(jù)公開資料查詢，關于該地區(qū)氣候特點對混凝土凍融影響的研究還沒有，本文對混凝土凍融病害的調(diào)查先從原因分析開始，以彌補學術研究在該地區(qū)的空白，為進一步研究混凝土多次凍融循環(huán)后強度的變化規(guī)律或配制具有較高抗凍性的混凝土打下基礎。

2　混凝土凍融病害現(xiàn)象及原因分析

根據(jù)對新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)的路緣石、小區(qū)地坪、混凝土道路、房屋構件、水渠等混凝土工程的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本地區(qū)混凝土工程在使用過程中存在不同程度的凍融破壞，主要表現(xiàn)為如下幾個現(xiàn)象：

2.1面層脫落

該病害主要表現(xiàn)為混凝土表面呈層狀脫落（如圖1所示），脫落片體的長度一般不超過3.0cm，脫落片體的厚度一般小于其長度的 0.3倍。從發(fā)生病害的部位來看，一般常見于小區(qū)地坪、屋面等部位。這些部位多與水接觸，容易積水，混凝土與水接觸后，水通過裂縫和孔隙侵入混凝土內(nèi)部，在突來的低溫天氣下使混凝土內(nèi)部的水凍結成冰，體積膨脹9%，造成受拉狀態(tài)的混凝土破裂，呈現(xiàn)出面層脫落的現(xiàn)象。從發(fā)生病害的時間來看，一般多發(fā)生在秋末初冬施工的工程，在此時間段內(nèi)，日平均氣溫越來越低。工程施工完成后，倘若混凝土尚未完全水化完成，混凝土內(nèi)部仍有自由水的情況下，受低溫天氣影響，混凝土內(nèi)部自由水凍結成冰，就會造成混凝土面層脫落，影響混凝土工程的外觀質(zhì)量或者建筑的正常使用。

2.2裂縫

混凝土在正常的水化凝結過程中會產(chǎn)生裂縫。這些裂縫主要是表面裂縫，是由于混凝土在水化凝結過程中先熱脹后冷縮引起的表面產(chǎn)生細小裂縫[3]。表面裂縫一般僅影響外觀。在工程實際中，受到材料存在孔隙、攪拌混有氣體、施工振搗不到位等多種因素的影響，混凝土在水化凝結過程總會存在細微的裂隙。這些裂隙像人體內(nèi)的毛細血管一樣在混凝土內(nèi)外交織貫通。特別是混凝土在水化凝結過程中存在多余自由水時，多余自由水揮發(fā)就會留下毛細通道，與水接觸后，水沿著毛細通道和裂隙進入混凝土內(nèi)部。低溫下，水凍結成冰，體積膨脹，將毛細通道和裂隙擴大。在凍融循環(huán)一定次數(shù)后，混凝土出現(xiàn)肉眼可見的明顯裂縫（如圖2所示），如果裂縫發(fā)展為深層裂縫或者貫穿裂縫將嚴重降低建筑物的受力性能，危及建筑物的安全。

圖1　混凝土面層脫落

圖2　混凝土受凍開裂

2.3混凝土疏松

該病害的發(fā)生多在混凝土尚未達到設計強度前。受到凍害時的齡期越短，混凝土越疏松。在混凝土早齡期[4]受到凍害后，致使混凝土的水化反應停止，骨料粘結不完全，骨料之間被結晶冰體隔開且遠離，待結晶冰體融化后，水化反應難以繼續(xù)，致使混凝土不能密實成型，伴隨而來的就是混凝土疏松[5]，混凝土構件容易出現(xiàn)掉角等現(xiàn)象（如圖3所示），強度達不到設計要求[6]，導致混凝土工程達不到設計的使用壽命。

圖3　混凝土受凍掉角

2.4碳化比較嚴重

由于新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)冬季積雪時間比較長，在不斷的凍融循環(huán)中，空氣中的二氧化碳不斷溶解于水，與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣不斷生成碳酸鈣和水。使混凝土的堿度降低，在不斷的凍融流動狀態(tài)下，會使混凝土的堿度繼續(xù)降低。若與混凝土內(nèi)部鋼筋相接觸后，就會引起鋼筋銹蝕[7]，最終導致構件受力性能下降，增加建筑物的維護成本，縮短建筑物的使用壽命。

2.5其他凍融病害

以上病害還會導致其他病害的伴隨產(chǎn)生，如混凝土凍融后的開裂必然引起混凝土抗?jié)B性變差，混凝土凍融后的疏松導致混凝土強度的降低，混凝土碳化嚴重致使鋼筋容易銹蝕等病害。

3　混凝土凍融病害預防措施

近年來，隨著新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)基礎設施的大力發(fā)展，秋末初冬時節(jié)，混凝土工程的施工必然還要繼續(xù)。很多專家或者學者對混凝土冬季施工已經(jīng)提出不少方法和注意事項，但針對該地區(qū)獨特的氣候特點和工程特性，個人認為應特別注意以下幾個方面：

3.1優(yōu)化設計方案

設計人員在工程設計階段就應該考慮混凝土工程在施工和使用階段容易受到凍融傷害的技術預防措施，在技術上減少或者避免混凝土凍融。如在地坪和屋面的排水坡度選擇時，一定要根據(jù)工程所在地的實際降水情況和排水條件進行設計，必要情況下可以到現(xiàn)場調(diào)查采集數(shù)據(jù)或者查看已建工程的運行情況，供待建工程進行設計參考。

3.2控制施工質(zhì)量

3.2.1施工準備工作

秋末初冬施工季節(jié)，混凝土施工前應盡可能準確地估計低溫天氣出現(xiàn)的日期，盡量避免混凝土早齡期受凍。因此，需要施工方合理安排施工進度，施工前編制好混凝土施工完成后的保溫養(yǎng)護方案，做好施工技術交底，檢查施工準備情況等。

3.2.2施工控制

混凝土施工過程中，要嚴格按照施工技術交底做好混凝土的澆筑，確保混凝土振搗密實，一次澆筑成型。

3.2.3做好保溫養(yǎng)護

秋末初冬季節(jié)，日平均氣溫越來越低，如果混凝土直接暴露在室外，混凝土的水化反應速率就會降低，不能很快形成一定的強度，必然造成混凝土的抗凍性和強度等指標達不到設計和規(guī)范要求，還會造成一定的凍害。因此，混凝土施工完成后，建議施工方根據(jù)實際情況對混凝土工程進行保溫養(yǎng)護。

3.3做好使用維護

在混凝土工程的使用過程中，任何個人或機構都不能隨意破壞混凝土工程的完整性。養(yǎng)護單位應及時做好混凝土工程的維修和保護，特別注意及時清除積水或冰雪，減少混凝土凍融的發(fā)生，延長混凝土工程的使用壽命。

4　結語

新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)混凝土凍融病害影響著建筑物的安全和使用，因此，為避免或者減少混凝土凍融病害的產(chǎn)生，采取優(yōu)化設計方案、控制施工質(zhì)量和做好使用維護等措施對混凝土工程進行管理是很有必要的，對該地區(qū)在工程建設中降低工程造價、提高工程質(zhì)量水平和建設持續(xù)發(fā)展的節(jié)約型經(jīng)濟也是具有重要意義的。

[1] 中研網(wǎng)．新疆“一帶一路”帶動中國地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展．

[2] 龍海麗，王愛輝，彭健，等．新疆奎屯墾區(qū)近50a 日照時數(shù)的變化特征研究[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學，2015,52(2):300-305．

[3] DaleP. Bentz, Randy Turpin. Potential applications of phase change m at eri als i n concrete technology [J]. Cement and Concrete Composites,2007,29:527-532.

[4] 王異．混凝土冬季施工的基本理論問題——與項玉璞同志商榷．工程科技Ⅱ輯·建筑科學與工程，1981(10):32-36．

[5] 楊曉明，韓志強．鋼筋混凝土結構的病害[J]．硅酸鹽通報，2013,32(5):898-902．

[6] 張海燕．混凝土的抗凍融破壞試驗研究[J]．西北水資源與水工程，2001,12(1):48-52．

[7] 刮?。陆吆貐^(qū)橋梁混凝土耐久性研究[D]．西安：長安大學，2010．

［通訊地址］新疆奎屯市北京西路62號 新疆應用職業(yè)技術學院 建筑工程系（833200）

新疆應用職業(yè)技術學院科研啟動基金項目，項目編號：XYZY2015YJ006

閆紅偉（1986—），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要從土木工程教學及研究。