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冻融破坏是混凝土水工建筑物破坏的主要形式之一，它严重影响水工建筑物的正常运行，并缩短其使用寿命。在我国寒冷和严寒地区，有许多水工建筑物建成后5－10年就因冻融破坏而需花大量资金进行修补，一些小型建筑物测因破坏严重而报废。
1 造成混凝土冻融破坏的主要因素
1.1 内部因素
在浇筑凝固过程中，由于混凝土中部分水分的析出。内部形成了大量细小并相互连通的空隙。但这些空隙充水已达到饱和之后，在0℃时开始结冰，封堵了混凝土孔隙与外界相通的孔口。水结成冰使体积膨胀，与此相当的水量被挤到混凝土的空隙中，使孔隙受到压力，这种压力使混凝土膨胀开裂。溶化后混凝土又不能恢复原状，经多次循环，混凝土就失去丁承载能力。实践证明，干燥材料(混凝土、浆砌石等)因其孔隙中不含水分，冻结期材料内部不产生膨胀，因而不发生冻融破坏。另外，混凝土粗骨料的粒径越大，冻胀应力也越大，抗冻性也就越差。因为混凝土的最薄弱面是卵石与砂浆的结合面，这里在凝聚水分时往往产生冻胀。这种冻胀导致很大的拉应力，球体直径越大，拉应力也越大。因此，抗冻混凝土的骨料不宜过大，一般常用的最大粒径为40mm。
1.2 外部因素
一般来讲，严寒地区及寒冷地区冻融破坏严重，但并非越冷越严重，它还受如下外部因素的影响。
a 冻融循环次数。冻融循环次数越多，破坏就越严重。混凝土冻融循环有两种情况：一种是受气温或日照辐射使混凝土温度正负交替造成的；一种是冬季水位涨落使混凝土表面温度正负交替造成的。冻融循环次数是造成冻融破坏的主要因素，混凝土的抗冻性能、抗冻等级就是按冻融次数确定的。
b 外部水补给。有补给水来源的水平施工缝易出现裂缝，混凝土结构中水工施工缝最易因内外温差而首先造成裂缝，缝面中的水结冰时，体积增大9％左右，使裂缝微微张开，且向内部延伸。裂缝张开后，未冻结部分的缝隙产生吸力，将深处混凝土的水分吸到这些缝隙中来，这样就产生第二次冻结，又形成第二次张开，致使缝宽和缝深增大。
c 施工质量的影响。施工质量对混凝土的抗冻性起着重要作用。混凝土施工质量的优劣一般表现为水平施工缝是否经严格处理；混凝土是否存在蜂窝，因为蜂窝含水量多，受冻胀一次就可能使混凝土变成一堆骨料；水灰比控制得是否严格，实验表明：水灰比增大0.1时，抗冻标号会降低50号；是否严格控制砂石骨料的含泥量和含水量等。实践表明：碎石易满足抗冻性要求，卵石则较差；砂石骨料含泥量(碎石的石粉含量)过大，将严重影响混凝土的抗冻性。
2 混凝土冻融破坏的主要防治措施
2.1 防止受水位变化影响
寒冷季节水位变化会引起混凝土的严重冻融破坏，需采取有力的防止措施。如消力池之类的消能工应尽量位于冬季最低尾水位以下，使池中水位在冬季不发生变化。对挑流型消能工，可将其反弧部分存满水，使其水位保持不变，以防止底部冻融。
2.2 配置防冻融钢筋
严寒地区，混凝土结构较薄处则可适当地配置竖向防冻胀钢筋，以防止水平施工缝胀裂。
2.3 选择抗冻性强的水泥
按抗冻性要求，抗硫酸盐水泥和大坝水泥是抗冻性最好的两种优质水泥。当未掺人外加剂时，有抗冻要求的外部混凝土不能使用火山灰水泥，也不能掺入火山灰质掺和料(如粉煤灰)，即使温和地区也不宜使用。只要掺入外加剂，一般硅酸盐水泥和矿渣水泥都能满足抗冻融要求。
2.4 降低混凝土的水灰比
水泥水化水量仅为其重量的25％左右，若水量增加，多余的水就游离析出，产生孔隙，饱和后易受冻胀破坏。因此，世界各国都规定了其水灰比最大允许值，我国在寒冷和沿海地区的水灰比最大允许值为0.5、温和地区为0.55。
2.5 采用加气剂与减水剂
加气剂使水泥结石中形成众多的互不连通的微细气泡。其大小和水泥颗粒相近。这些气泡阻止混凝土吸收水分，防止冻结时的膨胀变形，从而提高混凝土的抗冻性。减水剂可增大水泥浆的流动性从而减少混凝土拌和用水，减小水灰比，同时也具有一定的加气性能。
2.6 严格控制施工质量
混凝土施工质量的好坏将影响它的抗冻性，因此，必须把好施工质量关。在现场施工中，必须严格执行混凝土抗冻等级的配合比，不允许出现蜂窝、麻面，力求密实。表面光滑。
对重要部位的混凝土施工，有条件时可采用真空施工作业，但真空作业只能增加混凝土表层抗冻性，而严寒地，区的混凝土冻深可达1～3m。为满足混凝土内部的抗冻要求，可应先掺入加气剂，然后在表面施以真空作业，二者兼有效果会最佳。
3 结语
水工混凝土的冻胀破坏与防治是工程施工和管理中普遍存在和经常遇到的一个问题，通过对其破坏性质、产生原因、防治方法不断深入的正确认识，在设计、施工、管理使用中采用正确的防治措施，可以有效地防治水工混凝土的冻融破坏，最终有效地提高水工混凝土的耐久性，延长工程使用寿命。
1 造成混凝土冻融破坏的主要因素
1.1 内部因素
在浇筑凝固过程中，由于混凝土中部分水分的析出。内部形成了大量细小并相互连通的空隙。但这些空隙充水已达到饱和之后，在0℃时开始结冰，封堵了混凝土孔隙与外界相通的孔口。水结成冰使体积膨胀，与此相当的水量被挤到混凝土的空隙中，使孔隙受到压力，这种压力使混凝土膨胀开裂。溶化后混凝土又不能恢复原状，经多次循环，混凝土就失去丁承载能力。实践证明，干燥材料(混凝土、浆砌石等)因其孔隙中不含水分，冻结期材料内部不产生膨胀，因而不发生冻融破坏。另外，混凝土粗骨料的粒径越大，冻胀应力也越大，抗冻性也就越差。因为混凝土的最薄弱面是卵石与砂浆的结合面，这里在凝聚水分时往往产生冻胀。这种冻胀导致很大的拉应力，球体直径越大，拉应力也越大。因此，抗冻混凝土的骨料不宜过大，一般常用的最大粒径为40mm。
1.2 外部因素
一般来讲，严寒地区及寒冷地区冻融破坏严重，但并非越冷越严重，它还受如下外部因素的影响。
a 冻融循环次数。冻融循环次数越多，破坏就越严重。混凝土冻融循环有两种情况：一种是受气温或日照辐射使混凝土温度正负交替造成的；一种是冬季水位涨落使混凝土表面温度正负交替造成的。冻融循环次数是造成冻融破坏的主要因素，混凝土的抗冻性能、抗冻等级就是按冻融次数确定的。
b 外部水补给。有补给水来源的水平施工缝易出现裂缝，混凝土结构中水工施工缝最易因内外温差而首先造成裂缝，缝面中的水结冰时，体积增大9％左右，使裂缝微微张开，且向内部延伸。裂缝张开后，未冻结部分的缝隙产生吸力，将深处混凝土的水分吸到这些缝隙中来，这样就产生第二次冻结，又形成第二次张开，致使缝宽和缝深增大。
c 施工质量的影响。施工质量对混凝土的抗冻性起着重要作用。混凝土施工质量的优劣一般表现为水平施工缝是否经严格处理；混凝土是否存在蜂窝，因为蜂窝含水量多，受冻胀一次就可能使混凝土变成一堆骨料；水灰比控制得是否严格，实验表明：水灰比增大0.1时，抗冻标号会降低50号；是否严格控制砂石骨料的含泥量和含水量等。实践表明：碎石易满足抗冻性要求，卵石则较差；砂石骨料含泥量(碎石的石粉含量)过大，将严重影响混凝土的抗冻性。
2 混凝土冻融破坏的主要防治措施
2.1 防止受水位变化影响
寒冷季节水位变化会引起混凝土的严重冻融破坏，需采取有力的防止措施。如消力池之类的消能工应尽量位于冬季最低尾水位以下，使池中水位在冬季不发生变化。对挑流型消能工，可将其反弧部分存满水，使其水位保持不变，以防止底部冻融。
2.2 配置防冻融钢筋
严寒地区，混凝土结构较薄处则可适当地配置竖向防冻胀钢筋，以防止水平施工缝胀裂。
2.3 选择抗冻性强的水泥
按抗冻性要求，抗硫酸盐水泥和大坝水泥是抗冻性最好的两种优质水泥。当未掺人外加剂时，有抗冻要求的外部混凝土不能使用火山灰水泥，也不能掺入火山灰质掺和料(如粉煤灰)，即使温和地区也不宜使用。只要掺入外加剂，一般硅酸盐水泥和矿渣水泥都能满足抗冻融要求。
2.4 降低混凝土的水灰比
水泥水化水量仅为其重量的25％左右，若水量增加，多余的水就游离析出，产生孔隙，饱和后易受冻胀破坏。因此，世界各国都规定了其水灰比最大允许值，我国在寒冷和沿海地区的水灰比最大允许值为0.5、温和地区为0.55。
2.5 采用加气剂与减水剂
加气剂使水泥结石中形成众多的互不连通的微细气泡。其大小和水泥颗粒相近。这些气泡阻止混凝土吸收水分，防止冻结时的膨胀变形，从而提高混凝土的抗冻性。减水剂可增大水泥浆的流动性从而减少混凝土拌和用水，减小水灰比，同时也具有一定的加气性能。
2.6 严格控制施工质量
混凝土施工质量的好坏将影响它的抗冻性，因此，必须把好施工质量关。在现场施工中，必须严格执行混凝土抗冻等级的配合比，不允许出现蜂窝、麻面，力求密实。表面光滑。
对重要部位的混凝土施工，有条件时可采用真空施工作业，但真空作业只能增加混凝土表层抗冻性，而严寒地，区的混凝土冻深可达1～3m。为满足混凝土内部的抗冻要求，可应先掺入加气剂，然后在表面施以真空作业，二者兼有效果会最佳。
3 结语
水工混凝土的冻胀破坏与防治是工程施工和管理中普遍存在和经常遇到的一个问题，通过对其破坏性质、产生原因、防治方法不断深入的正确认识，在设计、施工、管理使用中采用正确的防治措施，可以有效地防治水工混凝土的冻融破坏，最终有效地提高水工混凝土的耐久性，延长工程使用寿命。