水利工程中混凝土冻融损坏形成原因及修复措施

摘要：混凝土属于水利工程建设所需的关键材料，混凝土施工质量直接决定着水利工程运行期限与安全稳定性，影响着各类型水利设施的运作性能，然而当前在部分水利工程建设过程中，因受到多方因素影响，加之施工监管与养护工作落实不到位，使得混凝土频繁出现病害，特别是在低温寒冷期间施工时，极易出现混凝土冻融损坏现象，如果不能得到有效修复，在短时间内便会大范围破坏混凝土结构，降低水利工程建筑强度与稳定性。据此，本文首先分析了水利工程中混凝土冻融损坏形成原因，之后探讨了该病害的修复措施。

    关键词：水利工程；混凝土冻融损坏；修复措施

    在混凝土拌和施工环节，为确保材料的和易性，会适当增大水体掺入量，因此，浇筑成型后便会在内部孔隙中积聚一定量的水，当环境温度大幅下降时，将促使混凝土孔隙中的水凝结成冰而导致体积变大，所以若混凝土频繁冻融，在内部应力作用下将造成大面积开裂，持续加大裂缝深度与宽度，最终造成混凝土结构受损、性能减弱、表层出现坑洼、麻面。针对这一病害应根据实际损坏程度制定切实可行的修复措施予以解决。

    1.水利工程中混凝土冻融损坏形成原因

    1.1外环境影响

    水利工程建设时会结合施工场地环境气候，在混凝土设计环节设定具体的抗冻要求、指标。例如，在某些冬季较为寒冷的地区，考虑到昼夜温度变化较大，存在极端低温情况，会选择铺设厚度为10cm的混凝土现浇衬砌板，确保达到F200的抗冻指标，但尽管如此，因长期遭受温差、水流冲击等环境条件影响，在水利工程建筑长时间运行后，便会导致冻融循环次数超标而引发出现混凝土冻融损坏现象。

    1.2混凝土设计配合比不合理

    混凝土配合比设计通常应结合水利工程对混凝土抗冻抗渗级别、建设强度等的规定要求，在掌握原材性能、品质、规格后确定最佳水胶比。一般来说，对于处于低温区域的、长久暴露在外环境中受到水流冲刷的水利工程，水胶比应控制在0.50以内，在极端严寒区域水胶比最大不得超过0.40。但从实际看，存在一些水利工程在施工时未能考虑到场地环境、气候条件，盲目设计混凝土配合比，使得配制时掺水量、胶凝材料添加量超出标准范围，导致混凝土内部出现大量孔隙，增大了内部应力作用，降低了整体抗冻融性能。

    1.3施工管理不到位

    混凝土施工环节因未能做到精细化管理与控制，导致技术操作行为不规范，且没有严格按照设计规定展开作业，进而降低了混凝土施工效果。具体而言，一是混凝土拌和环节忽视了原材料品质、性能、成分、规格检测工作，没有及时发现原料问题，针对性调整配合比，使得各类型材料添加量不符合实际需求。二是现场施工人员没有明确掌握技术工艺要点，不了解设备、机械正确使用说明，例如，随意调节水胶比、增加混凝土罐车水量，没有科学制定混凝土洒水养护时间、频率，混凝土浇筑速度过快等。

    1.4原材料品质较差

    拌和原料品质是影响混凝土抗冻融性能的重要因素，常使用的混凝土拌和原料包括：①水泥。若水泥内部的微量元素含量未能达到规定标准、强度较弱，将无法确保混凝土具有良好的抗冻性；②骨料。若没有根据实际施工条件、混凝土配制需求对骨料的级配、粒径、类型进行严格筛选，或是骨料检测结果显示含泥量、含水量不达标，将降低混凝土质量；③外加剂。常见的外加剂包括引气剂、减水剂、防冻剂，当外加剂添加量过少、过量均会影响混凝土的结构性能；④拌合水。水质浑浊、包含过多盐碱成分也不利于提高混凝土的抗冻性。

    2.水利工程中混凝土冻融损坏的修复措施

    2.1混凝土表层处理

    根据对现场混凝土病害进行详细勘察、检验，对于冻融损伤程度较小，仅出现表面起皮、剥落现象的混凝土，可选择使用专业清理工具清除冻融受损层直至露出较为平整顺滑的骨料层，此时选用优质的、强度大的水泥砂浆材料均匀涂抹在骨料层即可，整体修复过程较为简易、成本投入少，但该方法不能根除以及有效抵御冻融病害。

    2.2混凝土浇筑处理

    如果混凝土冻融损伤程度较大，可选择将受损的混凝土部分全部剔除，配制、浇筑新的、抗冻指标更高的混凝土，该种方法能够良好提升混凝土结构强度，降低冻融损坏现象产生可能性，但一次修复成本较高、修复工期较久，在施工时还极易损坏下层的复合土工膜，引发渗漏问题。

    2.3高强度材料修复

    2.3.1聚脲涂层施工

    2.3.1.1界面剂涂刷

    对受损修复后的混凝土表层涂刷聚脲界面剂，可良好封闭表层的气孔、缺陷，提升聚脲涂层与混凝土之间的黏结程度。施工要点为：①正式施工前应检验混凝土受损修复层是否处于干燥状态；②界面剂通常划分为A组料、B组料两种，需要按照标准配比确定具体添加量进行均匀拌和，搅拌时间至少应达到3min；③根据聚脲涂层施工范围确定界面剂涂刷面积，可适当超出涂层宽度；④采取抹灰或喷毛浆的方式均匀涂刷一层厚度在2～3mm的界面剂，并随时检查是否存在涂刷漏洞和涂料堆积情况；⑤在涂刷工作结束后，应在尚未凝固前及时涂抹灰砂浆，并做好表面维护工作防止出现杂物、灰尘；⑥等待4～6h使之自然风干，之后可进行找平处理。

    2.3.1.2聚脲涂层涂刷

    在聚脲涂层涂刷施工环节，应做好以下几项施工工作：①在界面剂涂刷施工结束时，应确保在规定期限内开展聚脲涂层涂刷工作，若超出时间需要再次重新涂刷界面剂后才可继续作业；②应选择在湿度小于75%的干燥条件下，且混凝土涂刷表层温度大于露点温度3℃时涂刷聚脲材料，可有效提高施工效果；③正式涂刷聚脲涂层时，应要求施工人员按照同一方向单向涂刷，已开启的聚脲土料应尽可能在3h内使用完毕；④对于混凝土修复立面、斜面而言，应多次涂刷并控制每次涂刷厚度不超过1mm，每次涂刷时还需确认前一次涂刷材料完全干涸，进而才能避免涂层中出现气泡、流挂，直到涂层总厚度符合设计标准时停止施工。

    2.3.2环氧砂浆修补

    环氧砂浆修复方法通常用于修补冻融损坏混凝土表面清理后产生的坑洞与缺损，可与原有混凝土结构充分结合保证修复表面平整光滑。具体施工要点包括：①在施工前应选择通风条件良好、无阳光直射、远离火源水源、较为干燥的空间存放环氧砂浆材料；②选择在常温环境下进行施工，若现场光照度较强还应对施工面进行遮挡处理，以免材料、工具、混凝土基面过度受热。并注意避免在早晚温差较大的情况下进行施工，施工温度最佳应处于14～32℃；③依据施工要求、修复标准、混凝土表面情况，合理调节环氧砂浆配比，确保涂刷液体粘稠度适中，在涂刷时应控制好涂刷厚度，以免施工时出现流坠，凝固后出现起皱、开裂等问题；④以先上后下的顺序进行涂刷，一次施工区域宽度不得超出5m，施工的同时应做好压边、找平工作，在初凝阶段及时进行提浆、收光。

    结语：水利工程中混凝土冻融损坏的出现对于混凝土质量、强度、承载能力、耐久性能、使用寿命等均会产生有害影响，不利于提高水利工程建设效果，难以保证水利工程后续运行稳固性。因此，需要加大对混凝土冻融损坏的研究力度，了解诱发这一病害形成的主要原因，以制定出有效、适用的修复措施，在保证对混凝土施工环节进行精细化管理与技术规范的基础上，根据施工要求可选择进行表层处理、浇筑处理或是采用环氧砂浆、聚脲涂料等高强度材料予以修复，从而能够良好防止冻融损坏病害严重化，保证混凝土整体结构的安全可靠性。

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