混凝土冬季施工的抗冻性影响及防护措施浅谈

摘 要：混凝土冻害是影响混凝土耐久性的重要因素，为了保证工程的正常使用性能，混凝土抗冻性已经越来越引起人们重视，找出混凝土抗冻性的主要影响因素，及时采取好防护措施，可以有效地防止混凝土冻害的发生。

关键词 混凝土 抗冻性 防护措施

中图分类号：TU528.52 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）04-（页码）-页数

混凝土冬季施工是指在“室外日平均气温连续5天低于5℃”的条件下进行的混凝土施工，一般情况下，对现场露天施工的混凝土进行养护十分困难，为了防止混凝土发生冻害，找出冻害发生的影响因素，及时采取措施，对提高冬季混凝土，尤其是高位大体积混凝土的施工质量尤为重要。

1.混凝土抗冻性的主要影响因素

混凝土抗冻性与其内部孔结构、水饱和程度、受冻龄期、混凝土的强度等级等许多因素有关，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。

（1）水灰比直接影响混凝土的孔隙率及孔结构。在同样良好的成型条件下，水灰比不同，密实程度、孔结构也不同。水灰比较小时，混凝土硬化后密实度高，存在于内部的可冻水少，孔隙结构得到改善，抗冻性能得到提高。随水灰比的增加，不仅饱和水的开孔总体积增加，而且平均孔径也增加，在冻融过程中产生的冻胀压力和渗透压力就大，因而混凝土的抗冻性就会降低。反之，当水灰比很大时，由于多余的游离水分在混凝土硬化过程中逐渐蒸发掉，形成大量的开口孔隙，毛细孔不能完全被水泥水化生成物填满，以至相互连通，具有这种孔结构的混凝土渗透性、吸水性都很大，容易使混凝土受冻破坏。

（2）含气量也是影响混凝土抗冻性的主要影响因素，特别是加入引气剂形成的微细孔对提高混凝土抗冻性尤为重要，因为这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减小，即起到减压作用。在混凝土受冻结冰过程中，这些孔隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形成。我们知道，影响混凝土抗冻性的关键因素不是总的引气量，而是引入的气泡在水泥石中均匀分布的程度。对于给定的引气量，则取决于气泡的间距大小和数量。对于耐久性系数为90的普通混凝土和粉煤灰混凝土，对于不同的强度等级，其气泡间距指数可在0.35～0.55ram（普通混凝土）；0.33～0.55ram（粉煤灰混凝土）之间变化，如表1所示

（3）混凝土的冻害与其孔隙的饱水程度紧密相关。水结冰时，体积膨胀达9%，所以，如果混凝土毛细孔中的含水率超过某一临界值，则结冰时将会产生很大的挤压力。对于一定的盛水的密封容器来说，发生冻结破坏的临界含水率为91.7%，由于混凝土的结构比较复杂，其饱水临界值取决于混凝土的渗透性、冻结速度、气孔的存在和分布，所以，它的饱水临界值不同于盛水的容器，混凝土的发生冻结破坏的临界含水量要稍高于91.7%。一旦混凝土中毛细孔的含水率超过其冻结破坏的临界含水率，在反复冻融过程中，体积膨胀产生的膨胀挤压力将导致混凝土结构的破坏。

（4）混凝土的抗冻性随其龄期的增长而提高。因为龄期越长水泥水化就越充分，混凝土强度越高，抵抗膨胀的能力就越大，这一点对早期受冻更为重要。

（5）水泥品种和活性都对混凝土抗冻性有影响，主要是因为其中熟料部分的相对体积不同和硬化速度的变化。混凝土的抗冻性随水泥活性增加而提高。普通硅酸盐水泥混凝土的抗冻性优于混合水泥混凝土，更优于火山灰水泥混凝土。

（6）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。一般的碎石及卵石都能满足混凝土抗冻性的要求，只有风化岩等坚固性差的集料才会影响混凝土的抗冻性。在严寒地区室外使用或经常处于潮湿或干湿交替作用状态下的混凝土，更应选用优质集料。

（7）减水剂、引气剂等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。引气剂能增加混凝土的含气量，并使气泡均匀；而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而减小孔隙率，最终都能提高混凝土的抗冻性。

（8）粉煤灰掺合料对混凝土抗冻性的影响，主要取决于粉煤灰本身的质量。掺入适当的优质粉煤灰，只要保证混凝土等强、等含气量就不会对其抗冻性产生有不利影响。如果掺入不合格粉煤灰或过量的粉煤灰，则会增大混凝土的需水量和孔隙率，降低混凝士强度，同时对其抗冻性产生不利影响。在粉煤灰掺量相同时，混凝土达到相同引气量所用的引气剂掺量，Ⅱ级粉煤灰是I级粉煤灰的2～3倍。无论是I级或Ⅱ级粉煤灰，较低的水灰比和合适的含气量，是保证混凝土具有较高抗冻性能的决定性因素。相同条件下，I级粉煤灰混凝土的抗冻性能优于Ⅱ级粉煤灰混凝土的抗冻性能。

2.混凝土的抗冻防护措施

根据上述对混凝土冻害的影响因素的分析，在实践中可采取以下抗冻措施：

（1）控制水灰比。水灰比是设计混凝土的一个重要参数，它的变化影响混凝土可冻水的含量、平均气泡间距及混凝土强度，从而影响混凝土的抗冻性。水灰比越大，混凝土中可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；气泡结构越差，平均气泡间距越大；混凝土强度越低，抵抗冻融的能力越差。水灰比在0.45～0.85范围内变化时，不掺引气剂的混凝土抗冻性变化不大，只有当水灰比小于0.45时，混凝土的抗冻性才随水灰比降低而明显提高。

（2）设计配合比时采用高效减水剂。高效减水剂可以降低水灰比，混凝土中水分减少，成形的混凝土构件可能不包含或者只含有很少的可冻水。不包含毛细水（或数量很少）的混凝土构件，由于凝胶中空间极微细，结晶的始发十分困难，不会发生冻结。

（3）掺引气剂。平均气泡间距是影响混凝土抗冻性的最主要因素，而影响平均气泡间距的一个主要因素就是含气量。混凝土中封闭空气泡主要是用引气剂人为引入的。引气剂引入的空气泡越多，平均气泡间距就越小，毛细孔中的静水压和渗透压就越小，混凝土的抗冻性就越好。大量试验证明，掺引气剂的混凝土比相同条件下不掺引气剂的混凝土的抗冻性成倍地提高。在一定范围内，含气量越多，混凝土的抗冻性越好，但含气量超过一定范围时，混凝土的抗冻性反而下降，原因是含气量增加在降低平均气泡间距的同时，降低了混凝土的强度。国内外部分规范都规定了含气量的合理范围，一般当所用的天然骨料的最大粒径为10—40ram时，使新浇混凝土中的平均含气量应为4%～7%，可以获得足够的抗冻性。

（4）在新拌混凝土中掺用防冻剂。防冻剂可以有效降低新拌水泥混凝土的内部水溶液冰点，干扰冰晶生长，保证未成熟混凝土在负温条件下能够继续水化，不受冻胀破坏。

（5）改善混凝土的温度条件以及施工措施，在混凝土结构的冬季施工中，对原材料进行加热保温、混凝土入模前预热、棉毡包裹等有效的蓄热保温措施， 可以使入模混凝土在正温条件下水化。在混凝土的强度达到设计强度后， 采取薄膜包裹继续保温养护，以此延长混凝土养护周期，保证成熟混凝土充分水化， 尽量降低构件毛细水含量，防止成熟混凝土受冻。

另外，提高混凝土的强度、选择适合的骨料及水泥品种等都可以提高混凝土的抗冻性，要根据施工现场的施工环境和施工条件，因地制宜，选择合适的防冻措施。

参考文献

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