谈衬砌渠道混凝土冻融处理的措施

柴淑勇　林　辉

（南水北调东线山东干线有限责任公司，济南250014）



谈衬砌渠道混凝土冻融处理的措施

柴淑勇林辉

（南水北调东线山东干线有限责任公司，济南250014）

摘要：渠道混凝土衬砌面板具有表面积大、厚度薄、无配筋的特点。其极易产生风化、冻融或裂缝问题。本文着重分析了混凝土冻融破坏及影响抗冻性能的因素，依据实践阐述了防止衬砌板混凝土冻融处理的措施和方法。

关键词：渠道混凝土冻融处理措施

引言

混凝土是当代土木、水利等建设工程最常用材料之一。因其良好的抗渗性、速凝性、坚固性、耐久性及材料来源广且生产工艺简单、能耗低的特点被广泛应用于输水、灌溉渠道衬砌等建筑物的建设中。

砼衬砌板渠道受到水流、气温、风吹雨淋、寒冬等因素的影响，其易老化损坏，尤其因冻融循环而发生更大损坏，如何防止混凝土防冻融是众多人员研究的课题。

1 混凝土的冻融破坏

（1）冻融破坏的特征。混凝土发生冻融破坏的显著特征是表面剥落和露出石子骨料。混凝土在受冻过程中，冰冻应力使混凝土产生裂纹。冰冻所产生的裂纹一般多而细小，因此，在单纯冻融破坏的场合，一般不会看到较粗大的裂缝。但是，在冻融反复交替的情况下，这些细小的裂纹会不断地扩展，相互贯通，使得表层的砂浆或净浆脱落。冻融破坏不仅引起混凝土表面剥落，而且导致混凝土力学性能的显著降低。大量试验研究表明：随着冻融次数的循环增加，混凝土的强度特性均呈下降趋势，其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度，即随着冻融次数的递增，混凝土的抗拉、抗折强度迅速下降，从而导致开裂、脱落，直至严重损坏。

（2）影响混凝土抗冻性的因素。混凝土的抗冻性是指混凝土在含水饱和状态下能经受多次冻融循环而不破坏，其强度性能与其质量不发生明显减小而影响其功能的发挥。影响混凝土抗冻性能的主要因素有：一是水泥的品种；二是骨料的性质；三是混凝土的密实度；四是混凝土的强度等级；五是混凝土的孔隙构造和数量以及孔隙的充水程度；六是混凝土的水灰比；七是混凝土结构的尺寸。在相同条件下，混凝土构件的尺寸越小，混凝土构件越容易发生冻融破坏。

2 改善混凝土抗冻防融的施工措施

（1）保证混凝土的施工质量。提高混凝土抗冻性最直接、有效的办法是严格施工质量。施工过程须做到严要求高标准，做到搅拌透彻、浇筑均匀、振捣密实，绝不允许出现蜂窝、麻面等，更要注重加强完工后的养护环节与期限。

（2）选择最佳水灰比，提高混凝土密实度。水灰比的大小是影响混凝土密实度的主要因素，提高混凝土的抗冻性，必须控制好水灰比。生产实践证明掺入水泥重量的0.5%～1.5%时，可以减少用水15%～25%，使混凝土的抗冻性提高10%左右。

（3）掺用引气剂和引气型减水剂。引气剂能改善混凝土坍落度、流动性和可塑性；提高混凝土的抗折强度，当含气量为3%～5%时，抗折强度提高10%～20%；大大提高混凝土抗冻性、抗盐渍性、抗渗性、耐硫酸盐侵蚀及抗碱集料反应性能。掺入减水剂能显著改善混凝土的孔隙结构，使混凝土的透水性降低40%～80%，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及抗锈蚀等能力，改善混凝土的耐久性。常用的减水剂有木质素、糖蜜、MF复合剂、JG3等。

（4）使用聚合物浸渍混凝土。常用聚合物一般为合成橡胶乳液，如氯丁胶乳（CR）、丁苯胶乳（SBR）、丁腈胶乳（NBR）；还有热塑性树脂乳液，如聚丙烯酸酯类乳液（PAE）、聚乙酸乙烯乳液（PVAC）等，聚合物掺加量一般为水泥重量的5%～20%。由于聚合物的引入，聚合物水泥混凝土改进了普通混凝土的抗拉强度、耐磨、耐蚀、抗渗、抗冲击等性能，并改善混凝土的和易性。

（5）掺入防冻剂或早强剂。防冻剂可大幅度降低拌合水的冰点，防止在塑性状态和早期混凝土内部水分结冰膨胀，防止冻伤混凝土，而对混凝土强度性能的危害。防冻剂常用于负温条件下施工的混凝土。目前国产防冻剂品种适用于0～-15℃的气温，当在更低的气温下施工时，应增加其它混凝土。冬期施工的措施，如蓄热法、暖棚法以及原料预热法。

早强剂可促进水泥的水化和硬化进程，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度特别适用于冬期施工。目前广泛使用的混凝土早强剂有三种，即氯化物（如CaCl2、NaCl等），硫酸盐系（如Na2SO4、K2SO4等）和三乙醇胺系N （C2H4OH），但使用最多的是以它们为基材的复合早强剂。近几年来工程中使用的无氯盐早强减水剂和防冻剂，对钢筋无锈蚀作用，在-10℃左右气温条件下使用，使混凝土具有较强的抗冻害能力，从而保证冬季施工。

（6）适量的掺入矿物掺合料。掺入硅粉、矿渣粉煤灰等。可提高混凝土的抗冻融性，研究表明：随着矿渣掺量的增加，其混凝土的抗冻融性能愈差，但掺合比例合适时，抗冻性能与普通混凝土相比有较大改善；在相同含气量的情况下，掺15%的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土，气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果。

3 防止混凝土冻融破坏的措施

3.1 施工前预防冻害的措施

（1）优选混凝土骨料。骨料宜选择不含有害杂质，且骨料中云母、硫化物、硫酸盐、氯盐等含量符合规范要求的II类（砂，粗骨料）。

（2）根据混凝土适用范围选择水泥。如有抗冻要求的混凝土应优选硅酸盐及普通硅酸盐或硅酸盐大坝水泥并掺用引气剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。

（3）严格控制混凝土的配合比。应根据工程需要和现场环境，参考有关资料并通过实验确定相关参数。

3.2 已生发冻害所采取的修补措施

（1）水泥砂浆修补。适用于轻微的表层破坏，砂浆强度不得低于原混凝土强度。

（2）预缩砂浆修补。常用修补处于高流速区的表层缺陷。

（3）钢纤维喷射修补。在具体操作时需要注意各原材料的投放顺序，其顺序为：砂、石、钢纤维、水泥、外加剂、水。

（4）喷浆修补。喷浆密实性好、强度高、高效、省模板等。

（5）压浆修补。压浆具有收缩率小，拌合工作量小的优点，宜用于水下加固。

3.3 丙乳砂浆处理冻融施工措施

（1）材料质量要求》。①丙乳：质量应符合相关质量标准要求，并附有生产厂的质量证明书和产品使用说明书，应按供货单位或制造厂家推荐的方法装运、储存和使用。丙乳需贮存在0℃以上环境中，保存期为2年；丙乳砂浆施工，要求气温高于5℃。②水泥：使用强度等级不低于32.5级以上硅酸盐或普通硅酸盐水泥。③砂子：选用细度模数1.6，粒径小于2.5mm的过筛细砂，水泥及砂子均需满足相关规范规定。④拌合用水：应符合水工混凝土拌制用水的要求。

（2）配合比。按照厂家提供的丙乳施工使用说明及与砂浆配合比要求，灰砂比选用1:2，丙乳掺量为水泥用量的20%；施工前根据现场水泥和砂子及施工和易性要求确定水灰比，暂定水灰比为0.4。配比为丙乳：水泥：砂子：水：=1：5：10：1，水的用量可视情调整。

（3）严格施工流程措施。混凝土表面缺陷处置：清理凿毛→修补面冲洗并吸水饱和→丙乳砂浆的拌制→基面丙乳净浆打底→铺筑丙乳砂浆→养护→质检。

（4）严格养护措施。丙乳砂浆表面略干后，采用喷雾器喷洒或薄膜覆盖养护。终凝后洒水养护，表面要求湿润状态，持续7～14天。在阳光直射或风口部位，注意遮阳、保湿。

4 结束语

混凝土冻融问题较复杂，且受诸多因素影响，其预防对策还有待进一步探讨。所以，对待混凝土冻融问题要从实际出发，找准问题的关键点，使其有效的指导实践，从而加快混凝土冻融问题的解决，并尽量减小其危害。

On the Lining Canals Freeze-thaw Process Measures

CHAI Shuyong,LIN Hui
（Eastern Route Route Shandong Limited Liability Company, Jinan 250014）

Abstract:Concrete liner panel has a large surface area, thin, unreinforced features. It's easy to produce weathering, freezing and thawing, or cracks in. This paper analyzes the impact of freeze-thaw damage and frost resistance factors, according to the practice of lining board elaborated prevent freeze-thaw process measures and methods.

Key words:channels, concrete, freeze-thaw action