提高混凝土抗冻耐久性技术综述论文

提高混凝土抗冻耐久性技术的研究综述【摘要】本文针对北方寒冷地区混凝土冻融破坏问题，扼要综述了国内外混凝土抗冻耐久性技术的研究动态，叙述了利用矿物掺合料和复合掺入混合料是改善混凝土抗冻耐久性的有效措施。

【关键词】混凝土；耐久性；冻融破坏矿物掺合料

1 前言

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:钢筋锈蚀、化学腐蚀、冻融破坏、碱集料破坏。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是急待解决的重要问题之一。

2 外加剂改善抗冻耐久性技术研究动态

2.1 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。引气剂是具有增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和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能

起到润滑作用，改善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大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引气后混凝土的抗冻性可成倍提高。

美国是最早开始研究引气剂的国家，自1934 年在美国堪萨斯州与纽约州道路工程施工中发现引气混凝土，至今已有半个多世纪。挪威[6 ]1974 年首次在大坝中使用引气剂，经过20 年运行后，掺引气剂的混凝土表面完好无损，而未掺引气剂的混凝土则已遭受较严重的冻融破坏。掺用引气剂，使混凝土达到足够的含气量要求，可改善混凝土的孔结构性质，并明显改善混凝土的抗冻耐久性。

众多学者的研究表明：混凝土的含气量、临界气泡间距、水灰比、骨料、临界饱水度和降温速度等因素综合决定了混凝土的抗冻耐久性能。引气剂质量及引气的方法对混凝土抗冻融耐久性有很大影响，引气能显著提高混凝土的抗冻融性，然而，长期处于冻融循环的混凝土的抗冻能力则取决于天气的恶劣程度及冻融周期的频率。耐冻混凝土必须正确进行配合比设计，掺优质引气剂，减小水灰比，合理选用原材料。

混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性及其它性质的根本所在。掺引气剂可以改善混凝土孔结构性质，因此，测试硬化混凝土孔结构性质是研究混凝土抗冻耐久性能的有效途径和方法之一。

引气剂的掺入虽然是提高混凝土抗冻耐久性最有效的手段，但引气剂的掺入同时会引起混凝土其它性能降低，如强度、耐磨蚀能

力等。

2.2 减水剂

目前，减水剂的应用也成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比(水胶比) ，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。迟培云，李金波，扬旭等(2000) 研究了在混凝土中掺入高效减水剂可取得的技术经济效果如下[17 ]：(1) 保持和易性不变，可减水25 % ，r28 %提高90 % ，抗渗性提高4～5 倍；

(2) 保持和易性不变，节约水泥25 % ，r28提高26 % ，抗渗性提高2 倍；(3) 保持用水量和水泥用量不变，r28提高27 % ，抗渗性提高3 倍。

3 活性的矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性技术研究动态

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，有着非常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(硅粉、矿渣、粉煤灰) 来替代一部分水泥正在被广泛的应用。

3.1 硅粉的掺入

近年来，硅粉混凝土也已应用于混凝土工程各个领域，其抗冻耐久性问题已引起人们的普遍重视，在丹麦、美国、挪威等国家，硅粉作为混凝土混合材已经得到了广泛的应用。但关于硅粉混凝土的抗冻耐久性，各国学者结论各异。

日本的yamato 等人通过试验得出结果：非引气混凝土当水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的掺量如何，皆具有良好的抗冻耐久性。加拿大的malhotra 等人[19 ] 通过试验得出:引气硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉掺量15 %以下时都具有较高的抗冻耐久性。我国学者通过实验探讨了硅粉对混凝土抗冻耐久性的影响，得出结论：非引气硅粉混凝土的抗冻耐久性与基准混凝土比较，在胶结材总量相同，塌落度不变的条件_下，非引气硅粉混凝土的抗冻能力高。范沈抚(1990) 得出：在相同含气量的情况下，掺15 %的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土，气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果，但硅粉的产量有限而且成本较高。

3.2 矿渣的掺入

磨细矿渣与混凝土内水泥水化生成的ca (oh) 2结合具有潜在的活性，但磨细矿渣对提高混凝土的抗冻融性目前也不少研究。张德思，成秀珍(1999)通过试验得出结论：随着矿渣掺量的增加，其混凝土的抗冻融性能愈差，但掺合比例合适时，抗冻性能与普通混凝土相比有较大改善。

3.3 粉煤灰的掺入

国内外粉煤灰应用已有几十年的历史。粉煤灰作为一种工业废料，其活性性能被进一步研究和推广，不仅仅是为了节约水泥，更主要是为了改善和提高混凝土的性能。

国内外有关资料表明：粉煤灰混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低，和相同强度等级的普通混凝土相比较，28d 龄期的粉煤混凝土试件抗冻耐久性试验结果偏低，随着粉煤灰混凝土技术的深入研究和发展，引气粉煤灰混凝土的抗冻耐久性研究已越来越多地引起人们的关注。学者通过研究高掺量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的掺量和水灰比影响了高掺量粉煤灰混凝土的孔结构，并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加，但随时间的延长，孔隙率会下降。这是因为粉煤灰的掺入改善了混凝土的孔尺寸，但最大掺量不得超过70 %。研究表明:水胶比在0. 25 - 0. 27 范围内，随着粉煤灰内掺量的提高，不掺引气剂，混凝土抗冻耐久性随粉煤灰增加而增加。当掺引气剂后，混凝土抗冻耐久性有先升后降的趋势，既存在最佳的粉煤灰掺量为30 %。相对于许多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化能力。讨论了掺入硅灰、超细粉煤灰及两者的复合物对抗冻耐久性能的影响以及钢纤维的阻裂效应对混凝土抗冻耐久性能的作用。实验证明:当超细粉煤灰与硅灰相掺时，提高抗冻耐久性的效果尤为显著，其冻融循环300 次以后，动弹性模量与重量基本无变化，而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。由此可见，双掺或多掺矿物的复合效应对混凝土抗冻耐久性的提高是值得研究的课题。