水利工程混凝土构筑物冻融破坏防治技术应用

杨金仁

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摘要：寒区水利工程混凝土构筑物长期处于干湿交替、正负温循环的复杂水环境中，冻融破坏是导致结构耐久性衰减、服役性能退化的核心病害之一。为解决混凝土冻融开裂、表层剥落、结构疏松等工程难题，本文系统剖析混凝土冻融破坏的内在机理与工程危害，梳理当前冻融防治工作中的常见问题，从材料优化、施工管控、结构防护、后期修复四个维度，阐述常态化、系统化的冻融防治技术体系，探讨各类技术的适用场景与应用价值。研究成果可为寒区水利工程混凝土构筑物的长效运维、病害防控提供理论支撑与技术参考，对提升水利工程服役寿命、保障工程安全稳定运行具有重要的实质性意义。

关键词：水利工程；混凝土构筑物；冻融破坏；防治技术；耐久性

一、引言

我国寒区水利工程分布广泛，东北、西北、华北等高寒区域的水库、渠道、堤坝、水闸等混凝土构筑物，全年需经历多次冻融循环作用。冻融破坏区别于常规力学破损，属于典型的环境累积性病害，具有隐蔽性、持续性、不可逆性等特点。长期冻融侵蚀会逐步破坏混凝土内部结构，弱化结构承载能力与防渗性能，轻则出现表层起砂、剥落、裂缝等病害，重则引发结构变形、渗漏塌陷等安全隐患，大幅缩短水利工程服役年限，增加工程运维成本，影响区域防汛、灌溉、供水等水利功能的正常发挥。

现阶段，部分寒区水利工程仍存在重施工、轻防护、修复滞后的问题，传统单一的防治手段难以适配复杂冻融环境，导致冻融病害反复发生。基于此，构建全方位、全周期的冻融破坏防治技术体系，强化技术落地应用，从源头抑制冻融损伤、全过程管控病害发展，是当前水利工程耐久性提升领域的重点研究方向，具备极强的工程实用价值。

二、混凝土构筑物冻融破坏机理与工程危害

2.1 冻融破坏内在机理

混凝土是由水泥、骨料、水及掺合料组成的多孔复合材料，内部存在大量毛细孔隙与微小缝隙。在寒区水环境下，孔隙内的自由水会随温度降低发生冻结膨胀，产生体积膨胀效应，对孔隙壁产生挤压力。当温度回升后，冻结水分融化，体积收缩，混凝土内部压力释放，形成反复的应力循环作用。长期往复的冻融循环，会持续拉扯、挤压混凝土内部孔隙结构，促使微裂缝不断萌生、扩展、贯通，最终导致混凝土表层破损、内部结构疏松，形成不可逆的结构性损伤。同时，水环境中的离子侵蚀会与冻融作用形成耦合破坏，加速混凝土碳化、骨料剥离，进一步加剧结构劣化进程。

2.2 冻融破坏主要工程危害

冻融破坏对水利混凝土工程的危害贯穿全服役周期。在工程性能层面，混凝土表层剥落、裂缝贯通会直接破坏结构防渗体系，引发工程渗漏问题，降低水利工程蓄水、输水效率；内部结构疏松会弱化结构强度与刚度，削弱构筑物抗冲击、抗荷载能力，降低工程整体稳定性。在运维成本层面，持续性冻融病害需频繁开展修补、加固作业，大幅增加后期运维资金与人力投入。在安全层面，长期未治理的冻融损伤会逐步累积，引发结构变形、坍塌等重大安全隐患，威胁区域水利安全与周边生态、生产安全。

三、当前冻融破坏防治工作存在的问题

结合寒区水利工程运维现状，当前冻融防治工作存在诸多短板。其一，材料适配性不足，部分工程沿用常规混凝土配比，水胶比不合理、孔隙结构较差，未针对寒区冻融环境优化材料体系，混凝土自身抗冻性能薄弱。其二，施工管控精细化程度不足，冬季施工保温、养护措施不到位，混凝土早期水化不充分，成型后内部缺陷较多，先天抗冻能力不足。其三，防治模式单一，多数工程仅采用表层修补、简单保温等被动防护手段，缺乏源头防控、过程管控、后期修复的系统化体系，难以应对长期冻融循环作用。其四，运维巡检滞后，对隐蔽性冻融微损伤排查不及时，病害累积扩大后才开展治理，修复难度大、治理效果差。

四、冻融破坏防治核心技术及工程应用

4.1 混凝土原材料与配合比优化技术

材料性能提升是防治冻融破坏的核心源头技术，通过优化原材料选型与配合比设计，可从根本上改善混凝土孔隙结构，提升抗冻耐久性能。原材料选型中，优先选用水化热适中、稳定性强的硅酸盐水泥，规避劣质水泥引发的结构疏松问题；骨料选用级配连续、质地坚硬的洁净骨料，减少杂质与软弱颗粒对混凝土整体性的影响。同时，合理掺加粉煤灰、硅灰等复合掺合料，细化混凝土内部孔隙，填充微小缝隙，提升结构密实度。

配合比优化以严控水胶比为核心，在保障混凝土施工和易性的前提下，降低用水量，减少自由水残留，从源头减少孔隙冻胀空间。同时，适量掺加专用引气剂，在混凝土内部形成均匀、封闭的微小气泡，有效缓冲冻融过程中的水分膨胀压力，抵消孔隙挤应力，大幅提升混凝土抗冻循环能力。该技术适用于所有寒区新建水利混凝土工程，是低成本、高效率的源头防治手段。

4.2 精细化施工抗冻管控技术

施工阶段的精细化管控，可有效避免混凝土成型缺陷，保障设计抗冻性能落地。针对寒区冬季施工场景，重点落实温控与养护管控，施工前对拌和水、骨料进行预热处理，保障混凝土入模温度达标，避免低温环境下混凝土早期受冻损伤。混凝土浇筑完成后，及时采取覆盖保温、封闭养护措施，延长保温养护周期，保障水泥充分水化，提升混凝土早期强度与结构密实度，增强自身抗冻基础性能。

同时，严格把控浇筑、振捣施工工艺，采用分层浇筑、充分振捣的施工方式，规避蜂窝、麻面、空洞等施工缺陷，减少结构薄弱面。针对构筑物边角、表层等易冻损部位，强化施工管控，保障结构成型完整性，消除局部冻融破损隐患，从施工全过程规避后天冻融病害。

4.3 结构表层防护加固技术

表层防护是阻断冻融侵蚀介质、保护混凝土基体的关键过程防控技术，适用于既有工程防护与新建工程辅助防护。常用技术包括表层涂膜防护、保温防护、刚性防渗防护三类。涂膜防护采用专用水工抗冻防护涂料，均匀涂刷于混凝土构筑物表层，形成致密防护膜，隔绝水分、空气与混凝土基体的接触，杜绝水分渗入孔隙引发冻胀破坏。保温防护通过在构筑物表层铺设保温板材、保温砂浆等材料，弱化环境温度骤变对混凝土的影响，减小结构内外温差，降低冻融循环作用强度。

刚性防渗防护通过表层砂浆抹面、防渗层浇筑等方式，修复表层微小缺陷，强化结构表层密实度，提升抗渗抗冻能力。该类技术针对性强、施工便捷，可有效延缓混凝土表层冻融老化速度，适配渠道、堤坝、水闸等外露型混凝土构筑物的常态化防护。

4.4 病害精准修复治理技术

针对已出现冻融病害的混凝土构筑物，需采用精准修复技术遏制病害发展，恢复结构服役性能。对于表层起砂、轻微剥落等轻度冻融病害，可通过表层打磨清理、高压冲洗后，涂刷抗冻修补砂浆，平整表层结构，恢复防护性能。对于裂缝类中度病害，根据裂缝宽度采用注浆修补、嵌缝封堵技术，填充裂缝空隙，阻断水分渗入，防止裂缝进一步扩展。

对于结构疏松、大面积剥落、深层破损等重度冻融病害，需剔除破损疏松混凝土基体，采用高强度抗冻修补混凝土置换浇筑，结合钢筋加固、结构补强等技术，恢复结构承载与抗冻性能。修复过程遵循“精准排查、分类治理、标本兼治”的原则，彻底消除冻融病害隐患，保障结构长期稳定运行。

五、技术应用价值与工程展望

本文梳理的系统化冻融防治技术，突破了传统单一防护、被动修复的治理模式，构建了“源头优化、过程管控、全程防护、精准修复”的全周期防治体系，适配不同寒区、不同类型水利混凝土构筑物的防治需求。技术应用可有效抑制混凝土冻融损伤发展，大幅提升构筑物耐久性与服役稳定性，延长工程使用寿命，减少工程病害返修次数，降低水利工程全生命周期运维成本，保障水利工程灌溉、防洪、供水等核心功能稳定发挥，兼具显著的经济效益与社会效益。

未来冻融防治技术发展将聚焦绿色化、智能化、长效化方向，依托新型复合抗冻材料、智能监测技术，实现冻融病害的提前预警、精准防控，进一步提升水利工程混凝土结构的环境适配能力，为寒区水利工程高质量发展提供坚实技术支撑。

六、结论

冻融破坏是制约寒区水利混凝土工程长效服役的核心环境病害，其损伤过程具有持续性与累积性，需通过系统化、精细化的技术手段开展全方位防治。通过优化混凝土材料配比、严控施工抗冻质量、落实表层常态化防护、开展病害精准修复，可形成完整的冻融防治技术体系，从根本上改善混凝土抗冻性能，遏制冻融病害发展。各类技术的科学落地应用，能够有效解决寒区水利工程冻融破损难题，提升工程结构稳定性与耐久性，保障水利工程安全、高效、长效运行，对推动水利工程运维标准化、精细化发展具有重要的现实意义与工程价值。

参考文献

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