摘要：混凝土结构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，致使许多建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。
关键词：冻融；钢纤维混凝土；碳化
1 混凝土碳化分析
1. 1 混凝土碳化的影响因素
从混凝土碳化的物理化学过程可以知道，影响碳化的最主要因素是混凝土本身的密实性和碱性储备的大小。具体分析，影响混凝土碳化的因素可分为：材料因素、环境因素和施工因素三大类。材料因素包括水灰比、水泥品种和用量、骨料品种与级配、外加剂等，主要通过影响混凝土的碱度来影响混凝土碳化；环境因素包括环境相对湿度、温度、压力以及CO2浓度等，主要通过影响碳化反应的发生条件来影响混凝土碳化速度的；施工因素包括混凝土搅拌、振捣和养护等条件的影响，主要通过影响混凝土密实性来影响混凝土碳化。
1.2 混凝土碳化对结构耐久性的影响
碳化使混凝土的碱度降低，碳化后，完全碳化区的pH值由13左右降至9以下，钢筋表面的钝化膜可能发生破坏而导致钢筋锈蚀。铁锈的体积一般要增长2～4倍，对结构造成三方面的不利影响：
（1） 铁锈的生成造成钢筋截面减小，构件承载能力降低；
（2） 铁锈体积膨胀，使混凝土保护层胀裂甚至脱落，严重影响结构的正常使用；
（3） 铁锈将破坏钢筋与混凝土的粘结，钢筋与混凝土的协同工作能力降低，甚至造成整
个构件失效。
由此可见，混凝土碳化引起的钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性影响十分严重。通过研究碳化速度，估计出碳化至钢筋表面所需要的时间，从而确定混凝土结构的耐久性或保护层厚度。
1.3 混凝土碳化的防止措施
根据水工建筑物中不同的结构形式和不同的环境因素，分别对混凝土的保护层采取不同的厚度，应尽量避免一律采用2-3cm。
混凝土质量好坏，施工是关键。一是要认真选择建筑材料。水泥选用抗碳化能力强的硅酸盐水泥；集料选用质地硬实和级配良好的砂和石料；施工中除砂要筛、石要洗外，还要特别注意剔除集料中的有害物质。二是在混凝土中可掺入优质适宜的外加剂，如减水剂、阻水剂等，以改善混凝土的某些性能，提高其强度和密实性、抗渗性、抗冻性。三是要严格控制混凝土的水灰比，要求是小水灰比，低塌落度，要把水的用量控制在满足配料和施工需要的最低范围内，尽量减少混凝土的自由水。四是振捣和养护，振捣一定要充分并严格按照规定标准进行，必要时可作表面处理；养护一定要及时，一旦混凝土达到初凝时，就应立即进行养护，并坚持按不同水泥品种所要求的时间养护，控制好环境的温度和湿度，以使混凝土在适宜的环境中进行养护。五是钢筋混凝土保护层厚度，施工时要将钢筋用事先预制好的高标号砂浆垫块垫好，使钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求。六是施工缝要做到少留或不留，必须要留的，应作好接缝处的工艺处理。
1.4 使用方面
对于水工建筑物在使用上不要随意改变原设计的使用条件。因为水工建筑物使用条件的改变，直接关系到外界气体、温度、湿度等因素变化所引起的混凝土内部某些情况的变化，尤其是对于混凝土构件的容易碰撞部位，更应当设置包角和隔层保护。
1.5 管理方面
对于水工建筑中混凝土构件的管理，主要是定期检查、加强维护。对于容易产生碳化的混凝土构件，则应派专人定期观察及测试温度、湿度，检查裂缝情况和碳化深度，并作好详细记录。若发现混凝土表面有开裂、剥落现象时，则应及时利用防护涂料对混凝土表面进行封闭或采取使混凝土表面与大气隔离措施，绝对不允许其裂缝继续扩大，必要时可作混凝土补强处理。
2 混凝土抗冻融性能分析
混凝土建筑物在环境因素和侵蚀介质作用下开裂、甚至倒塌破坏主要是由混凝土的耐久性不足引起的.耐久性是一个非常复杂的问题，它涉及的内容和影响因素很多.混凝土结构的破坏原因按重要性排序为：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。
2.1 混凝土冻融破坏机理的研究
目前提出的混凝土冻融破坏机理有以下几种：水的离析层理论、静水压理论、渗透压理论、充水系数理论、临界饱水值理论和孔结构理论，其中具有代表性的是静水压理论。
2.2 混凝土抗冻性的主要影响因素
混凝土的抗冻性与其内部孔结构、水饱和程度、受冻龄期、混凝土的强度等许多因素有关。而混凝土的孔结构及强度又取决于混凝土的水灰比、有无外加剂和养护方法等。混凝土抗冻性的主要影响因素有：
（1）水灰比：对于非引气混凝土，随着水灰比的增大，抗冻耐久性明显降低。
（2）含气量：含气量也是影响混凝土抗冻性的主要影响因素，加入最佳量的引气剂形成在砂浆中均匀分布的气孔对提高混凝土的抗冻性尤为重要。
（3）混凝土的饱水状态：一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力。
（4）混凝土的受冻龄期：混凝土的抗冻性随其龄期的增长而提高。
（5）水泥品种：混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高。
（6）骨料质量：混凝土骨料对混凝土抗冻性影响主要体现在骨料吸水率及骨料本身的抗冻性。吸水率大的骨料对抗冻性不利。
2.3 混凝土冻融破坏的防治，
（1）预防措施。一是在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物成份和不同性能的水泥、骨料和外加剂，从材料方面确保混凝土的耐久性；二是严格混凝土制作配合比，一定要根据结构类型和所处的环境条件，试验确定关键参数，主要是降低混凝土的水灰比，水泥水化所需水分仅为其重量的25%左右，若水量增加，多余的水就游离析出，产出孔隙，饱和后易受冻胀破坏；另外掺入引气型外加剂是提高混凝土抗冻性最有效的途径之一；三是人为地优化建筑物混凝土构件周围的环境条件，以减少或改善致使混凝土冻融的各种不利因素。
（2）治理措施。
①水泥砂浆修补，适用于轻微的表层破坏；
②预缩砂浆修补，所谓预缩砂浆是指经拌和好之后再归堆放置30～90mih后才使用的干硬性砂浆，此种方法适高速水流区混凝土表面的损坏；
③喷浆修补，多用于混凝土冻融破坏化较严重的部位；喷混凝土修补，是指经施高压将混凝土拌料以高速运动注入被修补的部位，其密度及抗渗性较一般混凝土好，且具有快速，高效的特点；
④环氧材料修补，一般有环氧基液、环氧砂浆和环氧混凝土等，这种材料具有较高的强度和抗蚀、抗渗能力，并与混凝土结合力较强，但价格较贵，施工工艺复杂，材料配比严格，此法可与其它修补方法配合使用，效果更佳；总之我们应当根据水工建筑物所处的环境、位置和冻融破坏的程度以及原混凝土构件制作的主要材料性能综合选用不同的修补方法，才能获得较好的效果。 （ 张永庆，男，本科毕业，工程师，主攻施工技术与管理）