閆紅偉

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yù)防措施*

閆紅偉

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)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(dǎo)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(jìn)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(shè)提供有意義的參考。

凍融病害；調(diào)查；分析；預(yù)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(chǔ)設(shè)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(jì)及社會，國家和新疆都在加大對新疆各地基礎(chǔ)設(shè)施和城鎮(zhèn)化建設(shè)的力度。新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)正在抓緊機(jī)會，大力推進(jìn)建設(shè)工程規(guī)模?；炷磷鳛榻ㄔO(shè)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(qiáng)烈，全年平均日照時數(shù)達(dá)到2600 小時[2]；極端最高氣溫為42.2℃，七月份平均溫度達(dá)到27.6℃，極端最低氣溫為-37.5℃，一月份平均溫度達(dá)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(guān)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(bǔ)學(xué)術(shù)研究在該地區(qū)的空白，為進(jìn)一步研究混凝土多次凍融循環(huán)后強(qiáng)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(chǔ)。

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(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)過程中先熱脹后冷縮引起的表面產(chǎn)生細(xì)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(jié)過程總會存在細(xì)微的裂隙。這些裂隙像人體內(nèi)的毛細(xì)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(jié)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(xì)通道，與水接觸后，水沿著毛細(xì)通道和裂隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部。低溫下，水凍結(jié)成冰，體積膨脹，將毛細(xì)通道和裂隙擴(kuò)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(yán)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(dá)到設(shè)計強(qiáng)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(yīng)停止，骨料粘結(jié)不完全，骨料之間被結(jié)晶冰體隔開且遠(yuǎn)離，待結(jié)晶冰體融化后，水化反應(yīng)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(gòu)件容易出現(xiàn)掉角等現(xiàn)象（如圖3所示），強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求[6]，導(dǎo)致混凝土工程達(dá)不到設(shè)計的使用壽命。

圖3　混凝土受凍掉角

2.4碳化比較嚴(yán)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(dǎo)致構(gòu)件受力性能下降，增加建筑物的維護(hù)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(dǎo)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(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低，混凝土碳化嚴(yán)重致使鋼筋容易銹蝕等病害。

3　混凝土凍融病害預(yù)防措施

近年來，隨著新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)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(xué)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(rèn)為應(yīng)特別注意以下幾個方面：

3.1優(yōu)化設(shè)計方案

設(shè)計人員在工程設(shè)計階段就應(yīng)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(shù)預(yù)防措施，在技術(shù)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(jìn)行設(shè)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(yùn)行情況，供待建工程進(jìn)行設(shè)計參考。

3.2控制施工質(zhì)量

3.2.1施工準(zhǔn)備工作

秋末初冬施工季節(jié)，混凝土施工前應(yīng)盡可能準(zhǔn)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(jìn)度，施工前編制好混凝土施工完成后的保溫養(yǎng)護(hù)方案，做好施工技術(shù)交底，檢查施工準(zhǔn)備情況等。

3.2.2施工控制

混凝土施工過程中，要嚴(yán)格按照施工技術(shù)交底做好混凝土的澆筑，確?；炷琳駬v密實，一次澆筑成型。

3.2.3做好保溫養(yǎng)護(hù)

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(yīng)速率就會降低，不能很快形成一定的強(qiáng)度，必然造成混凝土的抗凍性和強(qiáng)度等指標(biāo)達(dá)不到設(shè)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(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

3.3做好使用維護(hù)

在混凝土工程的使用過程中，任何個人或機(jī)構(gòu)都不能隨意破壞混凝土工程的完整性。養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)及時做好混凝土工程的維修和保護(hù)，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(jié)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(shè)計方案、控制施工質(zhì)量和做好使用維護(hù)等措施對混凝土工程進(jìn)行管理是很有必要的，對該地區(qū)在工程建設(shè)中降低工程造價、提高工程質(zhì)量水平和建設(shè)持續(xù)發(fā)展的節(jié)約型經(jīng)濟(jì)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(jì)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(xué)，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(xué)與工程，1981(10):32-36．

[5] 楊曉明，韓志強(qiáng)．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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] 刮俊．新疆高寒地區(qū)橋梁混凝土耐久性研究[D]．西安：長安大學(xué)，2010．

［通訊地址］新疆奎屯市北京西路62號 新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系（833200）

新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)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(xué)及研究。