水工建筑物的防治措施
摘要：

 通过对混凝土的碳化、冻融破坏机理及影响因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳

化、冻融破坏的防治措施，原则上应为防重于治，以达到或延长工程的使用寿命。
关键词：

 防治 混凝土碳化 冻融破坏 水工建筑物

１前言

 

　　水工建筑物多以混凝土结构组成，而这些混凝土结构多处在气候恶劣的环境中，受泥
沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多。混凝土的破坏以碳化、冻融破坏为常见，致使许
多水工建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。如吉林省丰满水电站，大坝某处水平施
工缝张口宽达

1cm 以上；又如唐海县双九河嘴东挡潮闸始建于 1976 年，到 1986 年许多

混凝土构件已产生很多裂缝，钢筋裸露；还有我省宝鸡峡灌区混凝土渠道某些渠道某些区
段也发生严重冻融破坏等等，所以有必要进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化、冻融破坏机
理及防治措施。
２混凝土碳化、冻融破坏机理分析
２．１混凝土的碳化
　　混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中ＣＯ２气渗透到混凝土内，与其
碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称
作中性化，其化学反应为：Ｃａ（ＯＨ）

2＋ＣＯ 2＝ＣａＣＯ 3＋Ｈ 2 Ｏ。水泥在水化过

程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋
有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Ｆｅ

2 Ｏ 3 和Ｆｅ 3 Ｏ 4，称为纯化膜。碳化后

使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使
混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其
性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说
碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对
钢筋的保护作用减弱。
２．２混凝土的冻融
　　混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用（干湿变化、温度变化、冻融变化等）的一方
面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。对混凝土的抗冻性不能单纯理解为抵抗冻融的性
质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、
冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发生表层削落，结构疏松等破坏现象，如浙江省的
富春江水电站，湖南省的桃江水库等，都发生过不同程度的冻融破坏。所以对混凝土的冻融
破坏的研究显得尤为重要。对混凝土冻融破坏的机理，目前的认识尚不完全一致，按照公认
程度较高的，由美国学者

T．C．Powerse 提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝

土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在
某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀９％，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力
从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水
在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙
中水的冰点随着孔径的减小而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在－

78℃以下，因而由冰与

过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。
　　另外凝胶不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土
内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互
相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。从实际中不难看出，处在干
燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要
条件之一，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，
这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。