混凝土抗冻性的主要影响因素及改善措施

混凝土抗冻性的主要影响因素及改善措施

发表时间：2018-03-27T14:45:39.763Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第31期作者：苏志刚[导读] 本文探讨了影响混凝土抗冻性的主要影响因素，并讨论了改善混凝土抗冻性的技术措施。

山西路桥建设集团有限公司阳泉分公司山西阳泉 045200 摘要：伴随着我国经济建设的突飞猛进，人民生活水平的日益提高，我国的公路交通事业得到了迅速的发展，公路建设开创了崭新的局面。由于水泥混凝土路面具有强度高，稳定性好，耐久性好，造价适当，养护维修费用小，及利于夜间行车等诸多优点被越来越多应用于我国的道路建设中。混凝土冻融破坏在我国北方地区的各种混凝土工程中有一定的普遍性,冻融剥蚀导致结构物的承载能力和稳定性下降,危及建筑物的安全性。因此,混凝土的冻融剥蚀破坏是我国北方地区混凝土建筑物老化危害的主要因素之一。本文探讨了影响混凝土抗冻性的主要影响因素，并讨论了改善混凝土抗冻性的技术措施。关键词：混凝土；抗冻性；措施

1混凝土的冻融破坏机理

混凝土是一种多孔性材料,在拌制混凝土时为了得到必要的和易性,加入的拌和水总要多于水泥的水化水,这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中,形成连通的占有一定体积的毛细孔,这种孔隙中的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要原因。由膨胀压和渗透压理论可知,吸水饱和的混凝土在冻融过程中遭受的破坏力主要由两部分组成:一是膨胀压力。当温度降到0℃以下时,水便凝结成冰,水结成冰且体积膨胀达9%,因受毛细孔约束形成膨胀压力;二是渗透压力。由于表面张力作用,混凝土孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。因而在粗孔中的水结冰后,冰与过冷水(存在于较细孔和凝胶孔中)的饱和蒸气压差和过冷水之间盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。另外,过冷水迁移渗透的结果必然会使毛细孔中的冰的体积不断增大,从而形成更大的膨胀压力,当混凝土受冻时,这两种压力会损伤混凝土的内部微观结构,在经过反复多次冻融循环后,损坏逐步积累,不断扩大,发展成相互连通的大裂缝,使混凝土的强度逐渐降低,最后混凝土结构由表及里遭受破坏。冻融对混凝土剥蚀破坏作用的大小取决于混凝土的抗冻性能、饱水程度、混凝土所处环境的最低气温、冻融速率、最大冻深和年冻融循环次数等因素。

2影响混凝土抗冻性的主要因素

2.1含气量

①引气剂掺量越大,混凝土的含气量也越大。②在引气剂品种和掺量相同时,硅酸盐水泥混凝土的含气量高于火山灰水泥混凝土的含气量。③在引气剂掺量相同时,含有大量0.3～0.6mm颗粒的砂样拌制的混凝土含气量较大。④在同骨灰比、同水灰比时,含气量随砂率的增大而提高。⑤水泥用量和坍落度保持不变的情况下,骨料粒径越大,含气量越小;⑥在搅拌初期(约5～6min)内,混凝土的含气量随搅拌时间的延长而明显增加;而后期(6min以后)随着搅拌时间的延长混凝土的含气量有开始明显减小。⑦混凝土停放时间对混凝土含气量的影响不大。⑧在相同的振捣时间下,混凝土受振捣的频率越高,含气量越低。⑨随着混凝土温度的提高,其含气量会显著降低。

2.2水灰比

水灰比大小是影响混凝土各种性能(强度、耐久性等)重要因素。在同样良好成型条件下，水灰比不同，混凝土密实程度、孔隙结构也不同。由于多余的游离分子在混凝上硬化过程中逐渐蒸发掉，形成大量开口孔隙，毛细孔又不能完全被水泥水化生成物填满，直至相互连通，形成毛细孔连通体系，具有这种孔隙结构的混凝土渗透性、吸水性都很大，最容易使混凝土受冻破坏。因此我们在考虑引气剂同时，必须考虑水灰比，在含气量相同时，气泡的半径随水灰比的降低而减少，孔隙结构得到改善，提高了混凝土的抗冻性。

2.3混凝土的饱水状态

混凝土的冻害与其饱水程度有关。一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力，在混凝土完全保水状态下，其冻结膨胀压力最大。混凝土的饱水状态主要与混凝上结构的部位及其所处的自然环境有关。在大气中使用的混凝上结构，其含水量均达不到该值的极限，而处于潮湿环境的混凝土，其含水量要明显增大。最不利的部位是水位变化区，此处的混凝上经常处于干湿交替变化的条件下，受冻时极易破坏。此外由于混凝土表层的含水率通常大于其内部的含水率，且受冻时表层的温度均低于其内部的温度，所以冻害往往是由表层开始逐步深入发展的。

2.4混凝土的受冻龄期

混凝土的抗冻性随其龄期的增长而提高。因为龄期越长,水泥水化越充分,混凝土强度越高,抵抗膨胀的能力越大。这一点对早期受冻的混凝土更为重要。

2.5混凝土组成材料

（1）水泥品种水泥活性增高则混凝土的抗冻性随之增高。普通硅酸盐水泥混凝土的抗冻性优于混合水泥混凝土,更优于掺灰水泥。并且中热水泥混凝土的抗冻性能特别是早期抗冻性能要优于低热水泥混凝土,中热水泥混凝土硬化产物孔结构中凝胶孔比重较大,提高了混凝土的抗冻性能。（2）集料整个混凝土体的抗冻性能会受集料本身的抗冻性能影响,水泥砂浆的抗冻性能好而集料的抗冻性能差混凝土还是会遭受冻融作用的破坏。集料的抗压强度决定其抗冻性能。

2.6外加剂的影响

引气剂、减水剂及引气型减水剂、纤维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且使气泡均匀分布，而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，纤维提高混凝上的抗拉伸能力，最终都能提高混凝土的抗冻性。 3提高混凝土抗冻性的措施

3.1掺用引气剂或减水剂及引气型减水剂

引气剂、减水剂及引气型减水剂等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。由于在混凝土中引入空气泡会使混凝土抗压强度下降，但引入合适级配及合适尺寸的微小气泡，可使混凝上的抗折强度提高，这对于道路混凝土是十分有利的，引气剂能增加混凝土的含气量且使气泡均匀分布。而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，最终能提高混凝土的抗冻性。

3.2严格控制水灰比，提高混凝土的密实性

降低水灰比,提高砼密实性密实度是混凝土强度的主要指标之一,而水灰比对密实度的影响较大,要想提高混凝土的抗冻性,必须先降低水灰比。目前常见的比较有效的办法是在拌合时添加减水剂特别是高效减水剂,它对和易性不影响,同时又能加强混凝土熟料的流动性,减少混凝土的拌和用水量,降低水灰比。在生产实践中证明加入水泥重量的0.5%-1.5%的减水剂,可以减少用水15%-25%,使混凝土强度提高

20%-30%,抗冻性提高10%左右。

3.3加强早期养护或掺入防冻剂防止混凝土早期受冻

常用的热养护方法有电热法、蒸汽养护法及热拌混凝土蓄热养护法。目前我国常使用的还是蒸汽养护法,但耗汽量很大。早强剂、防冻剂目前仍以氯盐、亚硝酸盐为主。三乙醇胺复合早强剂使用也较普遍。近几年我国开始研制和应用氯盐早强减水剂和防冻剂,均不含氯盐和铬盐,对钢筋无锈蚀作用,在负温条件下使混凝土具有较强的抗冻害能力,从而能保证冬季正常施工。

3.4选用合适的原材料

水泥品种对抗冻性有影响，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。其它条件相同时，纯熟料硅酸盐水泥混凝土，通常比掺矿物混合料的硅酸盐水泥，特别是火山灰质水泥和矿渣水泥混凝土的抗冻性好。实践及试验表明，对有抗冻要求的混凝土应优先选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。

3.5提高混凝土强度

混凝土抗冻性与强度之间存在密切的联系.提高混凝土的强度是保证高抗冻性的基础，但另一方面，强度愈高，往往干缩也较大，同时较脆、易裂，所以应保证有合理的混凝土强度一般而言，混凝土强度与水灰比、集料品种、集灰比、水泥性质及养护过程等因素有关。 4结语

综上所述，北方地区的路桥工程，一定要将混凝土的抗冻性能作为控制指标。另外，混凝土只有在饱水时才会因受冻破坏，因此只要把混凝土内的饱水度控制在很低的水平上，混凝土的冻剥蚀破坏就可大为降低。因而，从结构设计阶段起就考虑快速排除路而融化水的问题，将更有利于延长混凝土结构的使用寿命。

参考文献

[1]混凝土抗冻性能研究[J].王保林.建材与装饰.2017(21)

[2]影响混凝土抗冻性的因素分析[J].朱娜.科技创新导报.2011(29)