浅析水工建筑物冰冻破坏及抗冻措施

刘明萍

（正业勘测设计集团有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150090）

浅析水工建筑物冰冻破坏及抗冻措施

刘明萍

（正业勘测设计集团有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150090）

水工建筑物多以混凝土作为主要材料，由于混凝土具有较好的吸水性，而且水工建筑很大部分结构长期处于水下环境，导致材料内部含水量较高，一时在低温环境下则会发生冰冻，冰冻会对水工建筑物带来较大的破坏性，因此需要针对可能对水工建筑物带来的破坏及破坏形式进行深入分析，从而采取有效的抗冻措施，保护好水工建筑物的正常运行。

水工建筑物；冰冻破坏；破坏形式；抗冻措施

水工建筑物由于材料内部水分含量较高，在低温条件下材料内部极易有冰产生，冰的体积在大于水的体积，这也导致水工建筑物在结冰情况下会出现不同程度的膨胀，一旦膨胀作用力超出混凝土应力承受范围，则会导致混凝土内部结构受到破坏，导致混凝土产生裂缝，使混凝土材料吸水性增加，这样周而复始下混凝土则会出现不同程度的冰冻破坏，影响水工建筑物的使用性能。文中分析了水工建筑物冰冻破坏的主要形式，并对水工建筑物抗冻措施进行了具体的阐述。

1 冰冻对水工建筑物的破坏

水工建筑物多以混凝土作为主要材料，由水泥砂浆及骨料组成的混凝土属于具有微细毛孔的多孔体，不仅在混凝土搅拌过程中需要加大大量的拌合水，而且水工建筑物部分结构还处于水下环境中，这就导致建筑物含量量较高，建筑物内部的水分遇冷后会变成固体，导致体积增加发生膨胀，从而使建筑物内部结构受到破坏。在冰冻破坏力作用下，水工建筑极易出现表面酥松及片层脱落等问题，建筑物整体强度下降，对建筑物的正常使用会带来较大的影响。

2 水工建筑物冰冻破坏的主要形式

2.1 冻胀力

地基土或混凝土冻结时，其中的水分冷却成冰，冰吸附未冻水分聚流到冻结锋面，冰晶体急剧增大所引起的作用力。冻胀力对建筑物的作用方向不同，一般分为切向冻胀力、水平冻胀力和竖向冻胀力3种。冻胀力对水工建筑物的破坏，改变基础土和混凝土的结构，降低了建筑物强度。

2.1.1 切向冻胀力

水工建筑物桩、墩基础周围土体冻胀时，由于受到基础的约束而作用于基础侧面向上的作用力。基础与基土间的冻结力是切向冻胀力形成、传逆的媒介。

2.1.2 水平冻胀力

水工建筑物挡土墙后或基础侧面的土冻胀时水平作用在墙或基础侧面的作用力。与墙后填土的冻胀成正比例关系。

2.1.3 竖向冻胀力

地基土冻胀时作用于基础底面垂直向上的作用力。当基础埋置深度小于基础设计冻深或基土为冻胀性土时，均有竖向冻胀力。

2.2 冻融

冻融是指负温冻结，温升后融化。多次冻融循环，可导致水工建筑物的破坏，特别是水位变化区混凝土表面，冻结产生体积膨胀，而融化时，冰体融化成水，流出混凝土外，原来的形态不能复原，混凝土弹性模量大大降低，导致钢筋外露和溶蚀，从而加速冻胀破坏，形成恶性循环。

2.3 蠕动变形

地基土在负温状态下，冻土冰体会发生塑性变形，体积变小，所产生的压力会引起冰点不断下降造成冻土的融化流动。

2.4 冰压力

作用于水工建筑物上的冰压力，分为动冰压力和静冰压力。流冰时产生的压力为动冰压力，流冰冲击水工建筑物，可造成水工建筑物的挤压或剪切破坏。冰层温升膨胀产生的压力为静冰压力。温升时，冰层受力强烈爬坡，被冻结在一起的混凝土板，被冰盖上爬带动升高，引起混凝土板拉裂、弯曲而破坏。

3 水工建筑物抗冻措施

3.1 工程勘察时做好数据收集工作

在水工建筑物施工前的工程勘察工作中，在做好常规工程勘察处，还需要对工程所在地地下水埋深及补给排泄条件等进行了解，对有关于土壤的各种数据进行记录，并对当地日、月、年等平均气温及最低气温进行统计，分析抗冰冻的各项基本资料，从而为水工建筑物抗冰冻设计提供重要的参考依据。

3.2 掺用引气剂、减水剂及引气型减水剂

为了有效的提高混凝土的抗冻性能，则需要向混凝土材料内掺加适量的引气剂，能够有效的避免水工建筑物冻害现象的发生。也可以将非引气型表面活性剂渗入到混凝土中，有效的提高混凝土的耐久性，虽然这种外加剂引气量较少，但气泡很细而且较为均匀，对于提高混凝土抗冻性能具有非常好的效果。

3.3 严格控制水灰比，提高混凝土密实性

水工建筑物当其混凝土具有较好密实性时，可以有效的降低混凝土结构的孔隙率，因此需要在混凝土配制时控制好水灰比，这对提高混凝土抗冻性能具有非常重要的意义。在具体实践中，往往会采用高效减水剂掺入到混凝土中，这不仅能够有效的减少水的用量，而且有利于提高混凝土的强度，对混凝土抗冻性能的提高具有非常重要的意义。

3.4 加强早期养护或掺入防冻剂防止混凝土早期受冻

目前我国常使用的还是蒸汽养护法，但耗汽量很大。早强剂、防冻剂目前仍以氯盐、亚硝酸盐为主。三乙醇胺复合早强剂使用也较普遍。近几年我国开始研制和应用无氯盐早强减水剂和防冻剂。中国建筑科学研究院混凝土研究所研制成功的S9型早强减水剂和防冻剂均不含氯盐和铬盐，对钢筋无锈蚀作用，在负温条件下使混凝土具有较强的抗冻害能力，从而能保证冬季正常施工。

3.5 防止建筑物周边结冰的措施

为了有效的防止建筑物周边出现结冰的情况，通常会采用挠动水面防冻法和加热防冻法。挠动水面防冻计主要以压力充气法、压力充水法、调节水位法及加热法等为主，能够有效的防止建筑前的水冻结，对防止建筑物周边结冰具有非常好的效果。在加热防冻法中采用的主要有热风法、电热法和热水法，这几种方法尽管具有较好的防冻效果，加热效果也较好，但普遍存在着经济性差的问题，在具体实施中适用性不高。

4 结束语

为了有效的防范水工建筑物冻害的发生，需要对运行过程中的水工建筑物进行仔细的观察，有效的对其冻融变化规律进行掌握，及时对可有出现的冻害进行预测，同时还要掌握水工建筑物冻害的成果，对抗冻融经验进行不断总结，从而采取有效的防护和补救措施，降低冰冻损害的发生，确保水工建筑物使用寿命能够延长，使其更好的为水利建筑事业服务。

[1]杨刚.浅谈水工建筑的冰冻破坏及防治 [J].中国水运（下半月），2012，03.

[2]李茜.浅析水工建筑物冻害的成因及防治对策[J].农村实用科技信息，2013，10.

[3]谌琳佳.加强灌区水工建筑物防冻害措施的探究[J].江西建材，2014，12.

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