混凝土抗冻等级确定方法及生产技术

混凝土抗冻等级确定方法及生产技术

商品混凝土抗冻等级是衡量商品混凝土耐久性的一个重要指标。目前，GBJ82-85中规定商品混凝土抗冻等级的确定方法，是采用慢冻法和快冻法2种。这2种方法的共同特点是按规定使商品混凝土试块在冷冻前后处于水中浸泡和融化，并且要求水面至少分别高出试件顶面20mm和5mm（快冻法试件盒内）以上。也就是说试块必须完全浸入水中融化并吸饱水分。用这种方法测试并评定商品混凝土的抗冻等级存在一个很重要的问题，即试块吸饱水分后的含水率高低，完全取决于商品混凝土试块的吸水性，而不是取决于商品混凝土试块的吸湿性，这与大多数商品混凝土工程在应用环境中的实际含水率无相关性。因为比越小，商品混凝土的强度越高。

大多数商品混凝土工程是暴露于大气中，而不是浸于水中。这些工程中商品混凝土的实际含水率主要取决于商品混凝土在空气中的吸湿性，而不取决于商品混凝土的吸水性。

1、抗冻等级确定方法的商榷

商品混凝土的吸水性和吸湿性是2个完全不同的概念。吸水性是指商品混凝土在水中吸收水分的性质通常取决于商品混凝土中毛细孔数量多少和毛细孔半径的大小。当商品混凝土浸入水中，其内部孔隙只要是开孔毛细孔就能被水充满。因此，在毛细孔半径范围以内，毛细孔越多、半径越大，商品混凝土的吸水率越高。其吸水性受大毛细孔数量的影响较大，而受微毛细孔影响相对较小。吸湿性是指商品混凝土在潮湿空气中吸收水分的性质，与吸水性相反，吸湿性受大毛细孔影响较小，受微毛细孔数量影响相对较大。已有研究表明，只有在半径小于0.1um

的微毛细孔中才能产生毛细孔凝结现象[1]，它可以吸附周围介质的蒸汽而被充填，在孔壁上生成液膜，故这样的孔具有吸湿性。所以，商品混凝土中微毛细孔数量越多，商品混凝土孔隙的吸湿性越强，排湿性越弱。此时，商品混凝土的孔隙率和吸水性都可能较低，但因具有吸湿性的微毛细孔数量较多，商品混凝土在大气环境中仍然有相对较高的含水率（称含湿率更为贴切）。

半径大于0.1-1um的大毛细孔，只有直接与液体接触时才能被液体充满。在大气中，大毛细孔不仅不吸收潮湿空气中的水分，其中原有的水分反而会被排入空气中[1].这样的孔隙不具有吸湿性。因此，商品混凝土中微毛细孔数量越少，大毛细孔数量越多，商品混凝土孔隙的吸湿性越弱；虽然，由于大毛细孔数量较多，商品混凝土的孔隙率和吸水性都可能较高，但处于大气中商品混凝土的含湿率仍然可以较低。即吸水性低的商品混凝土仍可以有较高的吸湿性和含湿率；吸湿性和含湿率较低的商品混凝土也可以有较高的吸水性。作者试验中，分别采用含细颗粒（小于5um）较少的水泥和细颗粒含量较多的水泥制备成的水泥石试样，在潮湿空气中放置3d，含细颗粒较少的试样，吸湿率比后者降低17%-37%；而在水中浸泡1d，前者吸水率比后者提高13%-29%.

在此应特别强调一下，商品混凝土的吸湿性或含湿率与商品混凝土孔隙体积的吸湿性或含湿率也是完全不同的2个概念。前者是相对商品混凝土的总体积（包括实体体积和孔隙体积）而言，主要取决于商品混凝土中微毛细孔的绝对数量多少；后者仅是针对商品混凝土中孔隙的体积而言，主要取决于商品混凝土中微毛细孔与其它较粗孔隙的相对数量。随着商品混凝土孔隙率的降低和微毛细孔绝对数量的减少，处于大气中商品混凝土的吸湿性或含湿率也会相应减少；但此时只要商品混凝土内部的微毛细孔数量相对较多，大毛细孔数量相对较少，即2者的数量

之比较大，相对于商品混凝土孔隙体积的吸湿性和含湿率比较而言必增无疑。当孔隙中水分结冰产生膨胀应力时，对孔壁造成的破坏和原有裂缝的扩展必然会更加严重。相反，随着商品混凝土孔隙率和微毛细孔绝对数量的增加，商品混凝土的吸湿性或含湿率也会相应增加；但此时只要商品混凝土内部的微毛细孔数量相对较少，大毛细孔数量相对较多，即二者的数量之比较小，处于大气中商品混凝土孔隙体积的吸湿性和含湿率无疑会减少。因此，商品混凝土内部孔隙和原有裂缝遭受冰冻破坏的影响自然也小。然而实际工程应用当中，人们通常忽略了商品混凝土的吸水性和吸湿性以及商品混凝土孔隙体积吸湿性之间的这种区别。甚至认为它们之间始终存在着一致性。因此，在确定商品混凝土的抗冻等级和进行抗冻性试验时，只考虑了商品混凝土的吸水性对商品混凝土抗冻性的影响，而没有考虑商品混凝土的吸湿性和商品混凝土孔隙体积的吸湿性对商品混凝土抗冻性的影响。

根据抗冻试验确定的抗冻等级也只能反映在规定饱水状态下商品混凝土的抗冻性，并不能反映商品混凝土在大气中的真实抗冻性。其结果是吸水性低的商品混凝土冻融循环次数多，抗冻等级高；但商品混凝土的吸湿性及商品混凝土中微毛细孔内的吸湿性却都可能较大，在处于实际应用的大气环境当中，商品混凝土的含湿率特别是相对于商品混凝土孔隙体积的含湿率反而更高，导致商品混凝土的实际抗冻性并不一定好，甚至比抗冻等级低的商品混凝土还差。

2、商品混凝土生产技术的商榷

为了提高商品混凝土的抗冻等级等耐久性指标，目前商品混凝土施工和生产中除了采用引气剂以外，通常采用掺入高效减水剂、降低水胶比，并采用细度较细的早强水泥和细粒掺合料等方法。其初衷是通过减少商品混凝土内部粗大的毛细孔

数量或孔半径来提高商品混凝土的强度和抗冻、抗渗等耐久性能。但在商品混凝土生产中采用普通水泥和一般的施工方法，目前这一目的较难达到，实际生产出的商品混凝土大多数仍为多孔体系。

一般水胶比降低，只能使商品混凝土内部的大毛细孔变成微毛细孔，造成大毛细孔数量减少，微毛细孔数量增多。如原苏联莫斯科门捷列夫化工学院的研究表明：水胶比由0.4降低为0.22-0.25（硬化温度200C），水泥石中半径0.004-0.01um 的微毛细孔（包括少0.004-0.005um的超微孔）数量由20.8%-39.7%增加到28.5%-41.4%、半径0.01%-0.1%um的微毛细孔数量由26.4%-33.2%增加到26.7%-49.8%；而半径不小于0.1-1um的大毛细孔与半径大于1um的非毛细孔数量之和由27.1%-52.8%减少至21.7%-28.3%[3].特别是其中0.01-0.1um的微毛细孔数量的中间值（变化前后分别为29.8%和38.25%）与半径不小于0.1-1um的大毛细孔和半径大于1um的非毛细孔数量的中间值（变化前后分别为39.95%和25.0%）之比，由0.75增加到1.53，接近原来的2.1倍。

胶凝材料中细颗粒含量的增加与水胶比的降低有类似的作用效果。如原苏联的研究表明，提高水泥的细颗粒（<5um）含量，由于分散度很高，水化物充填了大部分毛细孔空间，必然生成微毛细孔，并使大毛细孔数量明显减少.

目前为提高商品混凝土抗冻等级、抗渗等级和强度等级而采取的一些措施，在很多情况下使商品混凝土内部的微毛细孔数量增加，而使具有排湿性的大毛细孔数量减少。特别是微毛细孔和大毛细孔数量之比的显著增大，使商品混凝土孔隙体积的吸湿性大幅提高。这一作法不但不能提高大多数商品混凝土（暴露于大气中的商品混凝土）的抗冻性，反而会不同程度地降低商品混凝土的真实抗冻性和耐久性。