浅谈混凝土冻融破坏机理及防治措施
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２ 提高混凝土抗冻性的措施—配制高密 实度的高性能混凝土
２ ． １ 合理选择水泥品种、强度等级 水泥类材料的强度和工程性能，是通
过 水 泥 砂 浆 的 凝 结 、硬 化 形 成 的 ， 水 泥 石 一 旦 受 损 ， 混 凝 土 的 抗 冻 性 就 被 破 坏 。因 此 ， 水泥的选择需注意水泥品种的具体性能， 选择水化热低，干缩性小，抗冻性好的水 泥，并结合具体情况选择水泥强度等级。 ２ ． ２ 控制混凝土的水灰比
参考文献
［１］ 水电部水工混凝土耐久性调查组．全国 水工混凝土建筑物耐久性及病害处理 调查报告［Ｒ］．１９８７．
［２］ 李金玉，曹建国，等．混凝土冻融破坏机 理的研究［Ｊ］．混凝土与水泥制品（１９９７年 学术会论文集），１９９７，５．
［３］ 陈翠红，王元，李景欢．高性能混凝土的 研究与应用［Ｍ］．辽宁大学出版社，２００４， ３，１２．
［４］ 中国混凝土与水泥制品网，２００９，１． ［５］ 粉煤灰对钢筋混凝土耐久性能的影响及
其应用研究．２００８，４．
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
５７
Fra Baidu bibliotek
使用外加剂提高混凝土抗冻性能的方 法包括使用高效减水剂，以大幅度降低水 灰（胶）比提高混凝土的强度和致密性，且能 够 获 得 所 需 要 的 施 工 性 。使 用 高 效 引 气 剂 使 混 凝 土 中 产 生 孔 径 小 、间 隔 均 匀 的 封 闭 气孔，提高混凝土的抗冻融性，并对有害应 力具有缓冲性等。 ２ ． ６ 设计混凝土配合比时应充分考虑抗冻 性要求
水灰比是决定混凝土组织致密性，也 即是决定孔结构特性的基本因素，水分的 冻 结 与 混 凝 土 细 孔 径 具 有 相 关 性 。水 灰 比 越低，在好的养护条件下，混凝土越致密， 抗冻性也越好。 ２ ． ３ 选择抗冻性好的骨料
混凝土的水灰比相同，养护条件相同， 使 用 的 骨 料 不 同 ， 抗 冻 性 也 不 同 。骨 料 对 抗 冻性的作用，主要是吸水率的影响，有人提 出，对骨料的质量要求主要规定其吸水率 和 安 定 性 。在 混 凝 土 冻 融 过 程 中 ， 受 到 很 大 的温度变动的作用，从冻害机理出发考虑 骨料时，骨料与硬化水泥浆的热膨胀特性 不同，因此骨料表面的粘结性能也是很重 要的。 ２ ． ４ 使用优质的矿物掺和料——粉煤灰
掺粉煤灰对混凝土抗冻性的影响有以 下３方面，活性效应固定了氢氧化钙，使之
不致于因浸析而扩大冰冻劣化所产 生 的 孔 隙 。形 态 效 应 能 使 混 凝 土 用 水量减少，明显有利于减少孔隙和 毛 细 孔 。填 充 效 应 可 使 截 留 空 气 量 和泌水量减少，并使孔隙细化，有助 于使引气剂产生的微细气孔分布均 匀，从而大大改善混凝土的抗冻性
由表１可看出１至３构造水平组成相似， 都由一种密实骨架和一种毛细孔—多孔胶 结料组成，可用一个模型来研究它们的性 能 。各 构 造 水 平 之 间 有 着 密 切 的 联 系 ， 较高 水 平 的 一 种 组 分 就 是 较 低 水 平 的 体 系 。第 ４ 构造水平是上述各种冻害理论的结构层 次，主要分析在物理和物理化学分析过程 中内应力形成原因，而内应力使组分和整 个 结 构 发 生 自 变 形 。上 述 关 于 冻 融 破 坏 机 理的研究，有助于找到提高混凝土抗冻性 的措施。
今后，关于混凝土抗冻性的全面研究， 将结合更微观与宏观的层次，不仅从材料 科学的角度加以分析，还会考虑与力学交 叉 。总 之 ， 通 过 对 混 凝 土 抗 冻 机 理 的 进 一 步 研究，我们会找出更加完善的方法来提高 混 凝 土 的 抗 冻 性 ， 这 对 节 约 材 料 、能 源 和 资 金均有重要意义。
表 １ 混凝土的构造水平
坏 。（ ５ ） 临 界 饱 水 值 理 论 ， １ ９ ７ ５ 年 瑞 士 Ｇ ． Ｆａｇｅｒｌｕｎｄ提出的，他认为混凝土产生冻融 破坏有一个临界饱水值Ｓｃｒ，当混凝土充水 程度Ｓ小于Ｓｃｒ时，混凝土不会产生冻融破 坏 。（ ６ ） 现 象 学 理 论 ， 按 系 统 分 析 的 原 则 ， 将 混凝土划分为不同的构造水平如表１。
建 筑 科 学
科技资讯 ２００９ ＮＯ．２３
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
浅谈混凝土冻融破坏机理及防治措施
李伟 王丰强 （ 山东恒建工程监理咨询有限公司 山东潍坊 ２ ６ １ ０ ６ １ ）
摘 要：阐述国内外关于混凝土的冻融破坏机理，结合当前研究成果，介绍提高混凝土抗冻性的措施。
１ 国内外关于混凝土冻融破坏机理的研 究状况
混凝土的冻融破坏，是国内外研究较 早 ， 较 深 入 的 课 题 。从 ２ ０ 世 纪 ４ ０ 年 代 开 始 ， 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，提出了多种破坏 理论：（１）水的离析成层理论，Ａ．Ｒ．Ｃｏｌｌｉｎｓ认 为：混凝土的冻融破坏是由表及里，孔隙水 分层结冰，冰晶增大而形成一系列平行的 冷冻薄层，最后造成混凝土层状剥离破坏。 （２）水压力理论，Ｔ．Ｃ．Ｐｏｗｅｒｓ １９４５年提出 的，他认为混凝土遭受冻融破坏的应力，来 源于孔隙水结冰时的体积膨胀和结冰过程 中孔隙水的迁移压力，当冰压力和水的迁 移压力大于混凝土的抗拉强度时，就产生 了 破 坏 。（ ３ ） 渗 透 压 理 论 ， Ｔ ． Ｃ ． Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ 和 Ｈｅｌｍｕｔｈ在研究渗透压的基础上提出来的， 他们认为混凝土冻结时，毛细孔水的冰点 与孔径有关，孔径越小，冰点越低，当大毛 细孔中水结冰时，空隙中水的离子浓度将 提高，蒸气压将下降，这时小毛细孔中未结 冰的水就可能向大毛细孔中渗透而形成压 力 。这 种 渗 透 压 力 大 于 混 凝 土 抗 拉 强 度 时 ， 混 凝 土 就 受 到 破 坏 。（ ４ ） 充 水 系 数 理 论 ， 一 些 学者认为，混凝土能否发生冰冻破坏，关键 决定于混凝土的充水系数，即混凝土中毛 细孔中水的体积与孔体积之比，当充水系 数大于０．９２时，混凝土就可能发生冰冻破
关键词：混凝土 冻融破坏机理 提高 抗冻性 措施
中图分类号：ＴＵ５２８
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－３７９１（２００９）０８（ｂ）－００５７－０１
我 国 地 域 辽 阔 ， 在 长 江 中 下 游 、东 北 、 华北、及 内 蒙 、青 海 、新 疆 等 地， 冬季气温都 在 － ５ °Ｃ 以 下 ， 低 温 对 混 凝 土 十 分 不 利 ， 在 这些地区的混凝土破坏多数与冻融作用有 关。在２０世纪８０年代中期， 我国水工混凝土 建筑物耐久性及病害处理调查报告指出， 所调查的３２座大型混凝土坝工程和４０余座 中小工程中，有２２％的大坝和２１％的中小型 工程都存在着不同程度的冻融劣化现象。 这 将 关 系 到 建 筑 物 的 使 用 寿 命 、安 全 、维 护 费 用 等 方 面 的 问 题 。因 此 ， 国 内 外 混 凝 土 专 家对混凝土抗冻性的研究日益重视，都力 图通过对混凝土受冻机理的研究而找到提 高 混 凝 土 抗 冻 性 的 更 有 效 、更 经 济 、更 实 用 的方法。
混 凝 土 配 合 比 设 计 在 满 足 强 度 、工 作 性的同时，应考虑尽量减少水泥用量和用 水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密 实度采用合理的引气剂和减水剂，改善混 凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混 凝土的抗冻性。
此外，保证混凝土必要的含气量，严格 控制混凝土的施工质量及良好的养护条 件，也是提高混凝土抗冻性的重要措施。
能。 还 可 以 复 掺 ， 即 粉 煤 灰 、硅 粉 和 矿 渣 粉
等复合使用，能补偿单掺之不足，是单组分 充 分 发 挥 各 自 的 效 应 。并 由 于 各 组 分 颗 粒 形 态 、细 度 、化 学 组 成 均 有 不 同 ， 有 可 能 相 互激发，相互补充，对水泥石的孔结构产生 复合效应，这种复合效应有待作进一步的 研究。 ２ ． ５ 使用性能良好的外加剂
２ ． １ 合理选择水泥品种、强度等级 水泥类材料的强度和工程性能，是通
过 水 泥 砂 浆 的 凝 结 、硬 化 形 成 的 ， 水 泥 石 一 旦 受 损 ， 混 凝 土 的 抗 冻 性 就 被 破 坏 。因 此 ， 水泥的选择需注意水泥品种的具体性能， 选择水化热低，干缩性小，抗冻性好的水 泥，并结合具体情况选择水泥强度等级。 ２ ． ２ 控制混凝土的水灰比
参考文献
［１］ 水电部水工混凝土耐久性调查组．全国 水工混凝土建筑物耐久性及病害处理 调查报告［Ｒ］．１９８７．
［２］ 李金玉，曹建国，等．混凝土冻融破坏机 理的研究［Ｊ］．混凝土与水泥制品（１９９７年 学术会论文集），１９９７，５．
［３］ 陈翠红，王元，李景欢．高性能混凝土的 研究与应用［Ｍ］．辽宁大学出版社，２００４， ３，１２．
［４］ 中国混凝土与水泥制品网，２００９，１． ［５］ 粉煤灰对钢筋混凝土耐久性能的影响及
其应用研究．２００８，４．
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
５７
Fra Baidu bibliotek
使用外加剂提高混凝土抗冻性能的方 法包括使用高效减水剂，以大幅度降低水 灰（胶）比提高混凝土的强度和致密性，且能 够 获 得 所 需 要 的 施 工 性 。使 用 高 效 引 气 剂 使 混 凝 土 中 产 生 孔 径 小 、间 隔 均 匀 的 封 闭 气孔，提高混凝土的抗冻融性，并对有害应 力具有缓冲性等。 ２ ． ６ 设计混凝土配合比时应充分考虑抗冻 性要求
水灰比是决定混凝土组织致密性，也 即是决定孔结构特性的基本因素，水分的 冻 结 与 混 凝 土 细 孔 径 具 有 相 关 性 。水 灰 比 越低，在好的养护条件下，混凝土越致密， 抗冻性也越好。 ２ ． ３ 选择抗冻性好的骨料
混凝土的水灰比相同，养护条件相同， 使 用 的 骨 料 不 同 ， 抗 冻 性 也 不 同 。骨 料 对 抗 冻性的作用，主要是吸水率的影响，有人提 出，对骨料的质量要求主要规定其吸水率 和 安 定 性 。在 混 凝 土 冻 融 过 程 中 ， 受 到 很 大 的温度变动的作用，从冻害机理出发考虑 骨料时，骨料与硬化水泥浆的热膨胀特性 不同，因此骨料表面的粘结性能也是很重 要的。 ２ ． ４ 使用优质的矿物掺和料——粉煤灰
掺粉煤灰对混凝土抗冻性的影响有以 下３方面，活性效应固定了氢氧化钙，使之
不致于因浸析而扩大冰冻劣化所产 生 的 孔 隙 。形 态 效 应 能 使 混 凝 土 用 水量减少，明显有利于减少孔隙和 毛 细 孔 。填 充 效 应 可 使 截 留 空 气 量 和泌水量减少，并使孔隙细化，有助 于使引气剂产生的微细气孔分布均 匀，从而大大改善混凝土的抗冻性
由表１可看出１至３构造水平组成相似， 都由一种密实骨架和一种毛细孔—多孔胶 结料组成，可用一个模型来研究它们的性 能 。各 构 造 水 平 之 间 有 着 密 切 的 联 系 ， 较高 水 平 的 一 种 组 分 就 是 较 低 水 平 的 体 系 。第 ４ 构造水平是上述各种冻害理论的结构层 次，主要分析在物理和物理化学分析过程 中内应力形成原因，而内应力使组分和整 个 结 构 发 生 自 变 形 。上 述 关 于 冻 融 破 坏 机 理的研究，有助于找到提高混凝土抗冻性 的措施。
今后，关于混凝土抗冻性的全面研究， 将结合更微观与宏观的层次，不仅从材料 科学的角度加以分析，还会考虑与力学交 叉 。总 之 ， 通 过 对 混 凝 土 抗 冻 机 理 的 进 一 步 研究，我们会找出更加完善的方法来提高 混 凝 土 的 抗 冻 性 ， 这 对 节 约 材 料 、能 源 和 资 金均有重要意义。
表 １ 混凝土的构造水平
坏 。（ ５ ） 临 界 饱 水 值 理 论 ， １ ９ ７ ５ 年 瑞 士 Ｇ ． Ｆａｇｅｒｌｕｎｄ提出的，他认为混凝土产生冻融 破坏有一个临界饱水值Ｓｃｒ，当混凝土充水 程度Ｓ小于Ｓｃｒ时，混凝土不会产生冻融破 坏 。（ ６ ） 现 象 学 理 论 ， 按 系 统 分 析 的 原 则 ， 将 混凝土划分为不同的构造水平如表１。
建 筑 科 学
科技资讯 ２００９ ＮＯ．２３
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
浅谈混凝土冻融破坏机理及防治措施
李伟 王丰强 （ 山东恒建工程监理咨询有限公司 山东潍坊 ２ ６ １ ０ ６ １ ）
摘 要：阐述国内外关于混凝土的冻融破坏机理，结合当前研究成果，介绍提高混凝土抗冻性的措施。
１ 国内外关于混凝土冻融破坏机理的研 究状况
混凝土的冻融破坏，是国内外研究较 早 ， 较 深 入 的 课 题 。从 ２ ０ 世 纪 ４ ０ 年 代 开 始 ， 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，提出了多种破坏 理论：（１）水的离析成层理论，Ａ．Ｒ．Ｃｏｌｌｉｎｓ认 为：混凝土的冻融破坏是由表及里，孔隙水 分层结冰，冰晶增大而形成一系列平行的 冷冻薄层，最后造成混凝土层状剥离破坏。 （２）水压力理论，Ｔ．Ｃ．Ｐｏｗｅｒｓ １９４５年提出 的，他认为混凝土遭受冻融破坏的应力，来 源于孔隙水结冰时的体积膨胀和结冰过程 中孔隙水的迁移压力，当冰压力和水的迁 移压力大于混凝土的抗拉强度时，就产生 了 破 坏 。（ ３ ） 渗 透 压 理 论 ， Ｔ ． Ｃ ． Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ 和 Ｈｅｌｍｕｔｈ在研究渗透压的基础上提出来的， 他们认为混凝土冻结时，毛细孔水的冰点 与孔径有关，孔径越小，冰点越低，当大毛 细孔中水结冰时，空隙中水的离子浓度将 提高，蒸气压将下降，这时小毛细孔中未结 冰的水就可能向大毛细孔中渗透而形成压 力 。这 种 渗 透 压 力 大 于 混 凝 土 抗 拉 强 度 时 ， 混 凝 土 就 受 到 破 坏 。（ ４ ） 充 水 系 数 理 论 ， 一 些 学者认为，混凝土能否发生冰冻破坏，关键 决定于混凝土的充水系数，即混凝土中毛 细孔中水的体积与孔体积之比，当充水系 数大于０．９２时，混凝土就可能发生冰冻破
关键词：混凝土 冻融破坏机理 提高 抗冻性 措施
中图分类号：ＴＵ５２８
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－３７９１（２００９）０８（ｂ）－００５７－０１
我 国 地 域 辽 阔 ， 在 长 江 中 下 游 、东 北 、 华北、及 内 蒙 、青 海 、新 疆 等 地， 冬季气温都 在 － ５ °Ｃ 以 下 ， 低 温 对 混 凝 土 十 分 不 利 ， 在 这些地区的混凝土破坏多数与冻融作用有 关。在２０世纪８０年代中期， 我国水工混凝土 建筑物耐久性及病害处理调查报告指出， 所调查的３２座大型混凝土坝工程和４０余座 中小工程中，有２２％的大坝和２１％的中小型 工程都存在着不同程度的冻融劣化现象。 这 将 关 系 到 建 筑 物 的 使 用 寿 命 、安 全 、维 护 费 用 等 方 面 的 问 题 。因 此 ， 国 内 外 混 凝 土 专 家对混凝土抗冻性的研究日益重视，都力 图通过对混凝土受冻机理的研究而找到提 高 混 凝 土 抗 冻 性 的 更 有 效 、更 经 济 、更 实 用 的方法。
混 凝 土 配 合 比 设 计 在 满 足 强 度 、工 作 性的同时，应考虑尽量减少水泥用量和用 水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密 实度采用合理的引气剂和减水剂，改善混 凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混 凝土的抗冻性。
此外，保证混凝土必要的含气量，严格 控制混凝土的施工质量及良好的养护条 件，也是提高混凝土抗冻性的重要措施。
能。 还 可 以 复 掺 ， 即 粉 煤 灰 、硅 粉 和 矿 渣 粉
等复合使用，能补偿单掺之不足，是单组分 充 分 发 挥 各 自 的 效 应 。并 由 于 各 组 分 颗 粒 形 态 、细 度 、化 学 组 成 均 有 不 同 ， 有 可 能 相 互激发，相互补充，对水泥石的孔结构产生 复合效应，这种复合效应有待作进一步的 研究。 ２ ． ５ 使用性能良好的外加剂