新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區混凝土凍融病害調查分析與預防措施*

閆紅偉

（新疆應用職業技術學院 建筑工程系，新疆　奎屯　833200）

新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區混凝土凍融病害調查分析與預防措施*

閆紅偉

（新疆應用職業技術學院 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，以致產生凍融病害。本文對該地區混凝土工程的凍融病害進行調查并分析原因，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—獨山子地區行政區面積超過15951平方公里，比兩個上海地區的行政區面積還大，又處于國家“一帶一路”戰略規劃、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略意義。但其基礎設施尚不夠完善，仍有巨大的發展前景[1]。為加快西部大開發戰略和繁榮穩定新疆經濟及社會，國家和新疆都在加大對新疆各地基礎設施和城鎮化建設的力度。新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區正在抓緊機會，大力推進建設工程規模。混凝土作為建設工程中質優價廉的建筑材料，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，蒸發強烈，全年平均日照時數達到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。而根據公開資料查詢，關于該地區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查先從原因分析開始，以彌補學術研究在該地區的空白，為進一步研究混凝土多次凍融循環后強度的變化規律或配制具有較高抗凍性的混凝土打下基礎。

2　混凝土凍融病害現象及原因分析

根據對新疆奎屯—烏蘇—獨山子地區的路緣石、小區地坪、混凝土道路、房屋構件、水渠等混凝土工程的實地調查發現，本地區混凝土工程在使用過程中存在不同程度的凍融破壞，主要表現為如下幾個現象：

2.1面層脫落

該病害主要表現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。從發生病害的部位來看，一般常見于小區地坪、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部，在突來的低溫天氣下使混凝土內部的水凍結成冰，體積膨脹9%，造成受拉狀態的混凝土破裂，呈現出面層脫落的現象。從發生病害的時間來看，一般多發生在秋末初冬施工的工程，在此時間段內，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，混凝土內部仍有自由水的情況下，受低溫天氣影響，混凝土內部自由水凍結成冰，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。這些裂隙像人體內的毛細血管一樣在混凝土內外交織貫通。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。在凍融循環一定次數后，混凝土出現肉眼可見的明顯裂縫（如圖2所示），如果裂縫發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，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掉角等現象（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—獨山子地區冬季積雪時間比較長，在不斷的凍融循環中，空氣中的二氧化碳不斷溶解于水，與水泥的水化產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下，會使混凝土的堿度繼續降低。若與混凝土內部鋼筋相接觸后，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生，如混凝土凍融后的開裂必然引起混凝土抗滲性變差，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—獨山子地區基礎設施的大力發展，秋末初冬時節，混凝土工程的施工必然還要繼續。很多專家或者學者對混凝土冬季施工已經提出不少方法和注意事項，但針對該地區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場調查采集數據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控制施工質量

3.2.1施工準備工作

秋末初冬施工季節，混凝土施工前應盡可能準確地估計低溫天氣出現的日期，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做好保溫養護

秋末初冬季節，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，建議施工方根據實際情況對混凝土工程進行保溫養護。

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生，采取優化設計方案、控制施工質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，對該地區在工程建設中降低工程造價、提高工程質量水平和建設持續發展的節約型經濟也是具有重要意義的。

[1] 中研網．新疆“一帶一路”帶動中國地區經濟發展．

[2] 龍海麗，王愛輝，彭健，等．新疆奎屯墾區近50a 日照時數的變化特征研究[J]．新疆農業科學，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] 刮俊．新疆高寒地區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 新疆應用職業技術學院 建筑工程系（833200）

新疆應用職業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。