混凝土桥梁结构抗冻耐久性后评估
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
快冻试验使用的冻融试验机和动弹性模量测定仪
冻 融 试 验 机
动 弹 性 模 量 测 定 仪
13
2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
直接评价方法：
慢冻法
前苏联和东欧国家采用慢冻法，我国《水工混凝土试验规程（SD 10582）》， 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GBJ82— 85 ） 》中也列入慢冻法。
慢冻法适用于以抗压强度作为评定指标的混凝土抗冻性试验。以强度 损失率不超过25%的冻融循环次数划分混凝土的抗冻标号。
慢冻法的冻结状态模拟实际环境，在空气中冻结。但存在试验周期更 长、工作量大、试验误差大等缺点，目前国内各行业规范正逐步取消 慢冻法，改用快冻法。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
直接评价方法：进行冻融试验，以抗冻次数、抗冻标号或抗冻耐久性
指数DF值来评价混凝土抗冻性。 快冻法 美国ASTM C666（A法：水中快冻水中融化；B法：空气中冻结水中融化） 我国《水工混凝土试验规程（DL5150-2001）》、《公路工程水泥及水泥
混凝土试验规程（JTG E30-2005）》、《普通混凝土长期性能和耐久性能 试验方法（GBJ82—85） 》均列入此方法。 快冻法适用于以动弹性模量、质量损失率和相对耐久性指数作为指标评定 混凝土抗冻性的试验 。对耐久性好能经受数百次冻融循环的混凝土，需 要两三个月的试验时间，周期长，能耗大，人力投入大。
众多实例表明，混凝土结构过早破坏的事例已经屡见不鲜，混凝土结构
的破坏除强度因素外，混凝土材料耐久性不足是一个主要原因，正面临
着严重的“耐久性危机”。
混凝土的碳化
混凝土中钢筋锈蚀
碱-骨料反应
混凝土材料 耐久性问题
混凝土的冻融破坏
化学侵蚀
混凝土的表面磨损
盐冻破坏、冰冻破坏、钢筋锈蚀是我国混凝土桥梁结构面 临的最为严重的耐久性问题！
2
1关于混凝土材料耐久性问题
对于道路而言，桥梁是不可或缺的一部分。 特别是在高速度、大容量的城市快速路和高速公路中，桥梁结构的安全
性和耐久性更是道路畅通的关键所在。
以北京为例，城区立交桥数目已达 到200余座，已建成的桥梁中，90%以 上的结构均是混凝土结构。
3
1关于混凝土材料耐久性问题
规范中虽然提出了硬化混凝土气泡间隔系数指标 要求，但显然还过于简单和笼统，远不能满足混凝土 实体抗冻性后评估工作的实际需要。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
对新竣工的混凝土工程进行抗冻质量验收，以及对在役混凝土建 筑物抗冻耐久性进行调查、监测，均属于抗冻性后评估的范畴。
新开工混凝土设施可以同时制备抗冻性试样，进行抗冻性实验。但 是时间长，实验需要3个月，试验结果出来后混凝土施工已经完成， 不能起到质量控制作用。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
硬化混凝土的气泡体系特征参数对混凝土抗冻性有 着显著的本质影响，表征硬化混凝土气泡体系特征 的参数主要有三个，即含气量、气泡比表面积（或 平均气泡直径）和气泡间隔系数，其中气泡间隔系 数最为重要，气泡间隔系数值就越小，则混凝土抗 冻性能越好。
气泡特征参数是研究混凝土抗冻性的有效途径和方 法。
间接评价方法：通过进行混凝土内部孔隙结构（气泡
特征参数）分析，进行间接评定。
美国 ASTM C 457-71气泡特征参数法 我国《水工混凝土试Fra Baidu bibliotek规程》中列出了气泡特征参数
的人工显微镜测定方法。 气泡特征参数法与“快冻试验”相比具有周期短、能
耗低等优点，特别是基于图像识别的硬化混凝土气泡 特征参数自动测试技术的出现，使其具有相当广阔的 前景 。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
《水工混凝土试验规程》中有关于气泡特征参数 的测试和计算方法，但主要是采用光学显微镜人 工测试，非常繁复、费时、测试误差较大。
受测试手段等因素的局限，国内关于硬化混凝土 气泡特征参数方面的研究还很不系统，数据很少， 或仅来源于国外文献。
“混凝土结构耐久性设计与施工指南” （CCES01-2004）规定：冻融环境下的引气混凝土， 其气泡间距系数（平均值）在高度饱水、中度饱水和 盐冻条件下宜不大于250、300和200μm。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
水 饱和度
静水压
外部影响因素
环境温度
盐
水泥混凝土
水泥混凝土内部 冻融破坏机理
内部应变
内部应力
渗透压
内部有较小 的孔隙，水分 没有冻结，舒服！
冻融破坏
混凝土冻融破坏流程图
压力 太大！
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
混凝土抗冻性评价方法（直接法和间接法）
关于城市混凝土桥梁结构抗冻 耐久性后评估的研究
张金喜
北京工业大学 道路与桥梁工程研究所 北京市交通工程重点实验室 2008年4月20日
主要内容
1 关于混凝土材料耐久性问题 2 混凝土桥梁结构抗冻性后评估的现状与问题 3 气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究 4 混凝土结构抗冻性后评估的指导程序与方法 5 结论及建议
同时遭受自然环境和行车荷载的双重作 用；
冬季经常在桥面上撒除冰盐，盐和冻共 同作用，加速了混凝土的冻融破坏。
西直门匝道桥（1980年建成）悬臂 大面积的混凝土片状剥落，骨料外 露，是比较明显的冻融破坏现象。
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1关于混凝土材料耐久性问题
在抗冻性方面需要大力开展的工作
抗冻耐久性是水泥混凝土最重要的耐久性指 标；我国的基础研究相对薄弱，急需针对我国 的情况开展深入研究； 对在役混凝土桥梁结构的抗冻性能进行科学 的调查、监测和评估，从而“对症下药”，是 一项意义重大的基础性工作。 新建工程中，对抗冻耐久性的快速检测和判 定，保证工程进度和工程质量。
4
1关于混凝土材料耐久性问题
析白
骨料露出
5
1关于混凝土材料耐久性问题
冻害
6
1关于混凝土材料耐久性问题 盐害
7
1关于混凝土材料耐久性问题
碱骨料反应
8
1关于混凝土材料耐久性问题
盐冻破坏和冰冻破坏是 桥梁混凝土结构面临的最 重要的耐久性问题之一。
桥梁混凝土结构自身特点
多为薄壁结构，自身断面小；
2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
快冻试验使用的冻融试验机和动弹性模量测定仪
冻 融 试 验 机
动 弹 性 模 量 测 定 仪
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
直接评价方法：
慢冻法
前苏联和东欧国家采用慢冻法，我国《水工混凝土试验规程（SD 10582）》， 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GBJ82— 85 ） 》中也列入慢冻法。
慢冻法适用于以抗压强度作为评定指标的混凝土抗冻性试验。以强度 损失率不超过25%的冻融循环次数划分混凝土的抗冻标号。
慢冻法的冻结状态模拟实际环境，在空气中冻结。但存在试验周期更 长、工作量大、试验误差大等缺点，目前国内各行业规范正逐步取消 慢冻法，改用快冻法。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
直接评价方法：进行冻融试验，以抗冻次数、抗冻标号或抗冻耐久性
指数DF值来评价混凝土抗冻性。 快冻法 美国ASTM C666（A法：水中快冻水中融化；B法：空气中冻结水中融化） 我国《水工混凝土试验规程（DL5150-2001）》、《公路工程水泥及水泥
混凝土试验规程（JTG E30-2005）》、《普通混凝土长期性能和耐久性能 试验方法（GBJ82—85） 》均列入此方法。 快冻法适用于以动弹性模量、质量损失率和相对耐久性指数作为指标评定 混凝土抗冻性的试验 。对耐久性好能经受数百次冻融循环的混凝土，需 要两三个月的试验时间，周期长，能耗大，人力投入大。
众多实例表明，混凝土结构过早破坏的事例已经屡见不鲜，混凝土结构
的破坏除强度因素外，混凝土材料耐久性不足是一个主要原因，正面临
着严重的“耐久性危机”。
混凝土的碳化
混凝土中钢筋锈蚀
碱-骨料反应
混凝土材料 耐久性问题
混凝土的冻融破坏
化学侵蚀
混凝土的表面磨损
盐冻破坏、冰冻破坏、钢筋锈蚀是我国混凝土桥梁结构面 临的最为严重的耐久性问题！
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1关于混凝土材料耐久性问题
对于道路而言，桥梁是不可或缺的一部分。 特别是在高速度、大容量的城市快速路和高速公路中，桥梁结构的安全
性和耐久性更是道路畅通的关键所在。
以北京为例，城区立交桥数目已达 到200余座，已建成的桥梁中，90%以 上的结构均是混凝土结构。
3
1关于混凝土材料耐久性问题
规范中虽然提出了硬化混凝土气泡间隔系数指标 要求，但显然还过于简单和笼统，远不能满足混凝土 实体抗冻性后评估工作的实际需要。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
对新竣工的混凝土工程进行抗冻质量验收，以及对在役混凝土建 筑物抗冻耐久性进行调查、监测，均属于抗冻性后评估的范畴。
新开工混凝土设施可以同时制备抗冻性试样，进行抗冻性实验。但 是时间长，实验需要3个月，试验结果出来后混凝土施工已经完成， 不能起到质量控制作用。
15
2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
硬化混凝土的气泡体系特征参数对混凝土抗冻性有 着显著的本质影响，表征硬化混凝土气泡体系特征 的参数主要有三个，即含气量、气泡比表面积（或 平均气泡直径）和气泡间隔系数，其中气泡间隔系 数最为重要，气泡间隔系数值就越小，则混凝土抗 冻性能越好。
气泡特征参数是研究混凝土抗冻性的有效途径和方 法。
间接评价方法：通过进行混凝土内部孔隙结构（气泡
特征参数）分析，进行间接评定。
美国 ASTM C 457-71气泡特征参数法 我国《水工混凝土试Fra Baidu bibliotek规程》中列出了气泡特征参数
的人工显微镜测定方法。 气泡特征参数法与“快冻试验”相比具有周期短、能
耗低等优点，特别是基于图像识别的硬化混凝土气泡 特征参数自动测试技术的出现，使其具有相当广阔的 前景 。
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
《水工混凝土试验规程》中有关于气泡特征参数 的测试和计算方法，但主要是采用光学显微镜人 工测试，非常繁复、费时、测试误差较大。
受测试手段等因素的局限，国内关于硬化混凝土 气泡特征参数方面的研究还很不系统，数据很少， 或仅来源于国外文献。
“混凝土结构耐久性设计与施工指南” （CCES01-2004）规定：冻融环境下的引气混凝土， 其气泡间距系数（平均值）在高度饱水、中度饱水和 盐冻条件下宜不大于250、300和200μm。
10
2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
水 饱和度
静水压
外部影响因素
环境温度
盐
水泥混凝土
水泥混凝土内部 冻融破坏机理
内部应变
内部应力
渗透压
内部有较小 的孔隙，水分 没有冻结，舒服！
冻融破坏
混凝土冻融破坏流程图
压力 太大！
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2 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题
混凝土抗冻性评价方法（直接法和间接法）
关于城市混凝土桥梁结构抗冻 耐久性后评估的研究
张金喜
北京工业大学 道路与桥梁工程研究所 北京市交通工程重点实验室 2008年4月20日
主要内容
1 关于混凝土材料耐久性问题 2 混凝土桥梁结构抗冻性后评估的现状与问题 3 气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究 4 混凝土结构抗冻性后评估的指导程序与方法 5 结论及建议
同时遭受自然环境和行车荷载的双重作 用；
冬季经常在桥面上撒除冰盐，盐和冻共 同作用，加速了混凝土的冻融破坏。
西直门匝道桥（1980年建成）悬臂 大面积的混凝土片状剥落，骨料外 露，是比较明显的冻融破坏现象。
9
1关于混凝土材料耐久性问题
在抗冻性方面需要大力开展的工作
抗冻耐久性是水泥混凝土最重要的耐久性指 标；我国的基础研究相对薄弱，急需针对我国 的情况开展深入研究； 对在役混凝土桥梁结构的抗冻性能进行科学 的调查、监测和评估，从而“对症下药”，是 一项意义重大的基础性工作。 新建工程中，对抗冻耐久性的快速检测和判 定，保证工程进度和工程质量。
4
1关于混凝土材料耐久性问题
析白
骨料露出
5
1关于混凝土材料耐久性问题
冻害
6
1关于混凝土材料耐久性问题 盐害
7
1关于混凝土材料耐久性问题
碱骨料反应
8
1关于混凝土材料耐久性问题
盐冻破坏和冰冻破坏是 桥梁混凝土结构面临的最 重要的耐久性问题之一。
桥梁混凝土结构自身特点
多为薄壁结构，自身断面小；