抗冻混凝土原材料控制

摘 要：该文结合笔者多年的抗冻混凝土质量控制及施工实践经验，简要介绍了原材料控制中易于疏忽的问题。阐明了在抗冻混凝土原材料控制中的细节。合理选用原材料，并控制原材料的关键指标，是抗冻混凝土质量保证的关键。

关键词：抗冻融混凝土 原材料控制

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）08（a）-0039-02

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，是我国东北和西北严寒地区混凝土结构的主要病害 。尤其在东北严寒地区，兴建的水工混凝土建筑物，几乎100%工程局部或大面积遭受不同程度的冻融破坏，这些地区较大的昼夜温差，导致一些水工混凝土遭受频繁的冻融循环作用，大量水渠、溢流坝等水工混凝土工程建成几年后，混凝土就被大面积冻坏、剥落，严重影响了建筑工程的长期使用和安全运行[1]。混凝土生产单位在设计混凝土配合比时，主要依据是现行的国家及行业标准，而标准未强制要求的，或标准中没有明确界定的问题，往往是人们易于疏忽的问题。为此该文从混凝土原材料控制中，工程人员易于疏忽的问题进行较为深入的梳理，探讨如何提高混凝土的抗冻性。

1 原材料

1.1 水泥细度

水泥作为混凝土胶凝材料，其质量的好坏在很大程度上决定了混凝土性能的优劣。为增强混凝土耐久性，应选用早期强度高、抗冻性能好的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

水泥进厂检测除常规的检测复检外，还应关注水泥的细度，水泥的细度是影响混凝土性能的关键因素。通常水泥的颗粒越细，比表面积越大，早期的水化越快，早期强度越高。水泥细度小，水化反应平缓，混凝土后期强度高。从混凝土耐久性方面考虑，我们在选用水泥时，要更加注重后期强度增长。研究表明在干湿循环条件下，水泥细度的提高，混凝土动弹性模量损伤程度增加，造成混凝土结构的提早裂化，降低混凝土抗渗、抗冻性能[6-7]。铁路混凝土工程施工质量验收标准TB10424-2010中明确要求水泥比表面积在300～350 m2/kg之间。因此合理水泥细度也是混凝土耐久性的有力保证。

1.2 粗骨料的空隙率及尺寸效应

骨料在混凝土中约占70%～80%，是组成混凝土的骨架，粗骨料的最大粒径、颗粒级配、形状等对混凝土强度、体积稳定性、耐久性等性能产生重要影响。粗骨料的颗粒级配越好，空隙率越小，混凝土越密实，缺陷及裂缝出现的几率越小，混凝土的抗冻性能也就越佳。通常对于抗冻混凝土的空隙率控制在44%以下。

粗骨料尺寸对混凝土的性能影响较大，特别是高性能混凝土更甚。国外有研究表明，对大多数岩石来说，如果把最大粒径减小到10～15 mm，通常可以消除骨料的内在缺陷。对高性能混凝土，我国现行规范规定不超过25 mm[2-3]。国外一般认为其最大粒径不宜超过10 mm。但是当碎石粒径过小时，碎石的比表面积增大，混凝土砂率升高，润湿碎石的水及包裹碎石的水泥浆增多，这又会引起混凝土干缩变大，容易出现收缩裂缝。因此抗冻混凝土的碎石粒径不宜大于25 mm[4]。

1.3 引气剂气泡参数

混凝土的抗冻性能与混凝土的孔结构有着密切的关系，在混凝土中孔是水存在的空间，而引气剂的气泡性能参数直接影响使用效果。

不同品种的引气剂对混凝土孔结构形成的影响是不同的，因而对混凝土强度、渗透性、耐久性等的影响也是不同的。在某种意义上，孔的结构和孔径比孔隙率对混凝土宏观性能的影响更重要。吴中伟院士将混凝土孔径分为4级，即无害孔级（孔径2 000 μm）。可见气泡平均半径对混凝土的性能的影响是巨大的，对混凝土的抗压强度影响尤甚。工程实践及理论研究表明[5]，混凝土生产中应选择气泡泡经在20～200μm且均匀稳定的引气剂。

混凝土掺入引气剂后，混凝土的抗冻融耐久性得以改善，除要达到一定的含气量外，气泡间隔系数是影响混凝土抗冻耐久性的最重要因素。在一定的含气量下，混凝土的抗冻性能取决于气泡间隔系数和气泡数量，气泡间隔系数越小，气泡数量越多，混凝土的抗冻性能就越好。

1.4 纤维的使用

大量试验研究表明，对有抗冻融要求的混凝土，在不使用引气剂的条件下，加入适量的纤维也能使混凝土具有优良的抗冻融性能。目前生产中使用的纤维主要有聚丙烯纤维、聚丙烯晴纤维、纤维素纤维及钢纤维。为保证纤维能均匀地分布于混凝土中，纤维长径比不应大于100，一般为30～80。纤维的掺量一般为混凝土体积率的0.5%～2%。混凝土中加入纤维后，能够改善混凝土的孔结构，并且纤维均匀分散在混凝土中形成一种乱向支撑体系。分散了混凝土的定向应力，阻止了混凝土原生裂缝发生和发展，大大提高了混凝土抗渗、抗裂、抗冻能力。

2 结论

（1）水泥的细度是影响混凝土性能的关键因素。水泥细度的提高，混凝土动弹性模量损伤程度增加，造成混凝土结构的提早裂化，降低混凝土抗渗、抗冻性能。合理水泥细度也是混凝土耐久性的有力保证。水泥的比表面积以不大于350 m2/kg为宜。

（2）骨料在混凝土中约占70%～80%，是组成混凝土的骨架，对于抗冻混凝土的空隙率控制在44%以下，粒径不宜大于25 mm。

（3）有抗冻融要求的混凝土，在不使用引气剂的条件下，加入适量的纤维也能使混凝土具有优良的抗冻融性能。纤维改善混凝土的早期内部缺陷，提高了混凝土的抗拉极限应变和断裂能。因而，有益于降低混凝土低温环境下强度的损失和提高混凝土的抗冻融耐久性。

参考文献

[1] 姚武，冯炜.聚丙烯腈纤维混凝土抗冻融耐久性的研究[J].工业建筑，2003，33（11）：43-45.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ55-2011，普通混凝土配合比设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 中国工程标准化协会.CECS207-2006，高性能混凝土应用技术规程[S].北京：中国计划出版社，2006.

[4] 中华人民共和国交通运输部.JTS257-2-2012，海港工程高性能混凝土质量控制标准[S].北京：人民交通出版社，2012.

[5] 龙启俊，尹勇，何振文.引气剂的应用技术研究[J].混凝土，2005，186（4）：85-87.

[6] 李豪举，杨长辉，王冲.水泥细度对混凝土强度与干燥收缩的影响[J].混凝土，2011，264（10）：7-9.

[7] 赵晖，吴晓明，高波，等.水泥细度对混凝土裂化性能的影响[J].建筑材料学报，2010，13（4）：520-523.