高性能抗冻混凝土试验研究及在工程中的应用

【摘要】本文从高性能抗冻混凝土试验研究的意义出发，系统阐述了影响混凝土抗冻性的主要因素，接着研究了改善混凝土抗冻耐久性的主要措施。

【关键词】高性能，抗冻混凝土，工程应用

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、前言

当今许多工程的结构安全和防渗等绝大多数由混凝土承担，因此混凝土的质量在工程中显得尤其重要。混凝土施工质量的好坏，直接关系到工程的质量安全。所以，对高性能抗冻混凝土试验研究及在工程中的应用有助于确保工程质量。

二、高性能抗冻混凝土试验研究的意义

混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力，当在暴露的环境中，能耐久的混凝土应保持其形态、质量和使用功能。混凝土的耐久性研究内容包括：抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性、抗碳化等。混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的一个重要内容，在北方寒冷地区工程中显得更为重要，因此在寒冷地区，抗冻性的改善是急待解决的重要问题之一。

我国有相当大的部分处于严寒地带，致使不少建筑物发生了冻融破坏现象。尤其在东北严寒地区，兴建的水工混凝土建筑物，几乎100%工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。地处较为温和的华东地区的混凝土建筑物也发现有冻融现象。

因此，混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，需要很大的代价来维修和重建，这已成为混凝土耐久性方面的主要问题之一。

混凝土的冻融破坏是国内外研究较早、较深入的课题。从40年代以后，美国、原苏联、欧洲、日本等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究，提出的破坏理论就有5～6种。如美国鲍尔斯提出的冰胀压和渗透压理论等，但大部分是从纯物理的模型出发，经假设和推导而得出的，有些是以水泥净浆或砂浆试件通过部分试验得出的。迄今为止，对混凝土的冻融破坏机理，国内外尚未达成统一认识。

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。而处在干燥条件的混凝土则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。

三、影响混凝土抗冻性的主要因素

水泥混凝土的抗冻性是与多种因素相关的，而且，抗冻性的影响因素也是多种多样的。其中最主要的是水泥饱和度和沙子的空隙度，水泥的空隙度又取决于水泥熟料和矿物掺合料的比例，有没有外部添加剂等。下面本公司就详细的论述下水泥抗冻性的各个因素。

1、水泥熟料和矿物掺合料的比例

水泥熟料和矿物掺合料的比例是非常影响混凝土的自身建筑特性的，由于其在凝固成型后形成不同的结构强度就会产生性质不同的水泥。一般情况下，水泥中的多余游离态的离子不能在有效的时间内排出于水泥之外，是非常麻烦的事情，这些游离粒子不仅在水泥的凝固中填充着水泥中的空间，而且还会在建筑物中有着不利的影响。这些水泥中的空隙会在建筑物的混凝土中隐藏着，是建筑物的最大隐患，也是在施工过程中要严格注意的。因为在环境温度发生变化时，就会使得其内部的空隙发生变化，因为是反复的在变化中，所以最后，混凝土的结构会发生严重的变化，这种变化是不稳定的，会使混凝土的承受作用压力的能力与抗腐蚀能力都有很大的降低，表面出现裂痕，内部受力结构发生扭曲，这是一个建筑物最为恐惧的。因为在这样的混凝土结构的房屋建筑中时刻都有危险存在，墙体的脱落等现象也是时有发生，尤其是在冬季温差较大的情况下。所以在建筑施工时一定要考虑到水泥的配比，这样也是对自己的负责，对工程的负责。

2、含气量

水泥混凝土中的含气量也是影响水泥抗冻性的的主要因素，在施工过程中，如果在混凝土中用引气设备对混凝土进行冲气，这样就会使得水泥混凝土中含有微小的气泡对混凝土的抗冻性起到了非常重要的作用。要想使混凝土的抗冻性达到最大，那么混凝土中的含气量一般在5%-6%之间，含气量在这个范围内，混凝土的抗冻性是最好的。低于这个值的时侯，混凝土之中的含气量太少，不能达到抗冻的效果，如果高于这个值，就会使的混凝土中空隙加大，影响其建筑强度，所以，混凝土中的含气量是非常重要的。

3、混凝土的饱水状态

混凝土的抗冻性还与混凝土的饱水程度有很大关系。当混凝土处在饱和状态下，他的冻结膨胀压力是最大的。混凝土的饱水状态是由混凝土的材料和结构共同决定的。还与自然环境有很大关系，潮湿地区的饱和度就会很高，干燥地区的饱和度就会很低。最容易受到冻伤的是水位变化的区域，这个区域的水位上下度冻，很不稳定，混凝土就在这种干湿交替的环境中来回的变化，加之天气的寒冷使得混凝土还会在此处结冰，这个部位的混凝土就容易受到损害。一般情况下，混凝土的外部温度要比内部温度低出很多，这样外部的的混凝土物理和化学变化都比内部的混凝土剧烈，这样，首先损害的的混凝土就是混凝土外部。

4、混凝土的受冻龄期

混凝土的受冻时间也对其抗冻性能有着较为重要的影响，一般来说，混凝土的受冻时间越长，则其抗膨胀力就越强，随之而来，其抗冻性会越强，在此过程中，其吸收水分的能力也会随之增强。

四、改善混凝土抗冻耐久性的主要措施

1、外加剂的使用

（一）、引气剂

长期的工程实践与室内研究资料表明：提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有憎水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡由于具有弹性，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，起到缓冲减压的作用，溶解时这些气泡可恢复原状，因此孔隙内自由水反复冻融也不会对孔壁产生太大的压力。另外，这些气泡可以阻塞混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水分不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到作用，改善混凝土和易性，施工时新拌混凝土易于填充模具，硬化后混凝土密实度提高。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有一定的含气量，可以提高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明掺入引气剂后混凝土的抗冻性可成倍提高。

（二）、减水剂

目前，减水剂已成为混凝土不可缺少的组成部份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比（水胶比）。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来，从而能明显减少混凝土用水量，使得混凝土中气泡平均尺寸及其间距减小，水泥浆中可冻水的百分率随之降低。提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。

2、活性矿物掺合料的使用

混凝土是各种建筑工程上应用最广泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我国正处在大规模的基础建设时期，对混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各项技术性能，对于充分利用有限的投资，延长混凝土结构的使用寿命，减少自然资源的消耗，保护生态平衡，有着巨大的经济效益和社会效益。在混凝土的基本组成材料中，水泥的价格最贵，因此，在满足对混凝土质量要求的前提下，单位体积混凝土的水泥用量愈少愈经济。因此，用一些具有活性的掺和料(硅灰、矿渣、粉煤灰)来替代一部分水泥正在被广泛的应用。

3、严格控制水灰比

水灰比是影响混凝土抗冻性能的另一主要因素，同时它也是决定混凝土组织致密性，即是决定孔结构特性的基本因素。根据相关试验结果显示，较低的水灰比有利于提高混凝土的抗冻性，这主要是由于水泥在水化的过程中，所需要水分仅为其重量的25%左右，因此若混凝土中的水灰比过大，就会导致多余的水游离并析出孔隙，导致饱和后的空隙易受冻胀破坏，而较小的水灰比可以减少混凝土在拌和过程中的用水量，使水泥水化反应剩余的水量减少，可以大大减少由这些水造成的孔隙和渗水通道，提高混凝土的密实度及强度，增强抗渗性能。

五、结束语

通过对新时期下，高性能抗冻混凝土试验研究的分析，进一步明确了高性能抗冻混凝土在工程中的应用方向，为混凝土施工质量控制的优化完善奠定了坚实基础，有助于提高混凝土施工质量水平的提高。

参考文献

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