混凝土结构冻融事故

冻融破坏是我國(guó)东北、西北和华北地區(qū)水工(gōng)混凝土建筑在使用(yòng)过程中(zhōng)产(chǎn)生的主要病害，对于水闸、渡槽等中(zhōng)小(xiǎo)型水工(gōng)混凝土建筑物(wù)，冻融破坏的地域更為(wèi)广泛。除三北地區(qū)外，华东、华中(zhōng)的長(cháng)江以北地區(qū)以及西南高山(shān)寒冷地區(qū)，均存在此类病害。此种危害容易产(chǎn)生较大灾害。

一、工(gōng)程概况

本工(gōng)程位于内蒙古准格尔旗大路新(xīn)區(qū)，600/610 号建筑是变電(diàn)站、配電(diàn)站，均為(wèi)现浇钢筋混凝土框架结构。由于在2010 年底做的局部混凝土浇筑，气温在-5 ～ -16℃，混凝土未能(néng)按时初凝，且大部分(fēn)混凝土构件受冻融影响，发生严重事故。

二、破坏分(fēn)析

1、针对检测报告，分(fēn)析如下

1) 冻融次数：次数越多(duō)混凝土的强度特性均呈下降趋势，其中(zhōng)反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度，即随着冻融次数的增加，混凝土的抗拉强度和抗折强度迅速下降，而抗压强度下降趋势较缓，如以目前抗冻标准中(zhōng)动弹模下降40% 作(zuò)為(wèi)一个临界值，则普通混凝土抗拉强度只剩51.6%，抗折强度剩30.9%，抗压强度还有(yǒu)84.8%。。

2) 失重率也是混凝土抗冻性的一个评价指标，从检测结果可(kě)以看出，对普通混凝土来讲，动弹模下降40% 时，失重率為(wèi)负值( 混凝土尚未产(chǎn)生剥蚀，而吸水率增加之故)，重量并不发生损失，但此时混凝土的抗拉、抗折强度等均发生了明显的变化，因此对于普通混凝土，尤其是结构性混凝土，用(yòng)重量损失来作(zuò)為(wèi)破坏的评估指标，就不一定合适了，因此失重率这个指标对引气混凝土抗冻性的安(ān)全评估仍有(yǒu)一定的意义。

图1 冻结速度与混凝土冻融破坏的关系

由结果可(kě)以看出，冻结速率对混凝土的冻融破坏有(yǒu)一定的影响，冻结速率提高，冻融破坏力加大，混凝土容易破坏。查看有(yǒu)关数据和试验，混凝土冻融前后微孔测试结果如下图所示。

经过初步分(fēn)析试验数据结果，可(kě)以看出，混凝土在冻融过程中(zhōng)微孔含量和微孔直径均在增大。

2、结构现状分(fēn)析

用(yòng)扫描電(diàn)镜对普通混凝土和引气混凝土，冻融前后的试样进行了微观结构的观测和分(fēn)析，测试结果如图6、7 所示。混凝土在冻融过程中(zhōng)，水化产(chǎn)物(wù)的结构状态发生了明显变化，即由冻融前的堆积状密实體(tǐ)( 图4) 逐步变成疏松状态，且水化产(chǎn)物(wù)结构中(zhōng)出现了微裂缝( 图5)，这些微裂缝数量和宽度随着冻融过程的增加而增多(duō)和加宽。

三、加固对策

通过分(fēn)析冻融的成因和范围，对结构的基本情况已完全了解，并依据实际情况进行分(fēn)别处理(lǐ)，本结构為(wèi)框架结构，抗震因素已考虑在内。

1、提高整體(tǐ)性，对构件的连接部位进行加强处理(lǐ)。

2、对板进行外加预应力处理(lǐ)，对梁采用(yòng)包钢和扩大截面处理(lǐ)。

3、对冻融楼板进行剔凿处理(lǐ)， 深度>40mm，并涂刷界面粘合剂，保证新(xīn)旧混凝土连接良好。

四、方案反思

1、混凝土在冻融破坏过程中(zhōng)，宏观特性呈逐步下降的趋势，主要反映在密实度的降低和强度的下降。其中(zhōng)抗拉强度和抗折强度反映最為(wèi)敏感，当混凝土弹性模量下降40% 时，抗拉强度和抗折强度将下降50% ～70%，这是一个值得重视的问题。

2、冻结温度越低、冻结速率越快、混凝土的冻融破坏力越强，冻结温度达-10℃时，是一个临界值，达到或低于这一临界值时要保证混凝土的抗冻耐久性，必须设计较高的抗冻标号。

3、冻融影响严重的结构需要采取相应的措施进行处理(lǐ)，处理(lǐ)方法和材料需要考虑冻融情况的長(cháng)期影响，并考虑刚度的集中(zhōng)影响。

4、混凝土冻融过程中(zhōng)，水化产(chǎn)物(wù)结构由密实體(tǐ)到松散體(tǐ)的过程，会使引气混凝土中(zhōng)的气泡壁产(chǎn)生开裂和破坏，这是导致引气混凝土冻融破坏的主要原因。混凝土的冻融破坏过程可(kě)以基本上认為(wèi)是一个物(wù)理(lǐ)变化过程。