混凝土抗冻性评价现状与存在问题的研究

混凝土抗冻性评价现状与存在问题的研究

1 前言

混凝土抗冻性研究与评价是对国民经济具有重大意义的课题，考虑到我国广大“三北”地区的现实，可知此言并不为过。但是我们不无遗憾地指出，这一课题的研究和强度，变形比较起似乎处于更落后的地步。理论研究不够深入，广大工程单位更是单纯依*的冻融循环试验，只按经验解决实际问题。我们目前仍在简单地重复国外三、四十年代的试验方法。由于评价方法与当前工程发展的不协调，造成许多工程在应用产生的冻融（或盐冻）破坏，如一些公路、桥梁等工程在短期就造成抗冻的破坏，给国民经济造成很大的损失。

近年来，随着混凝土技术的发展，高性能混凝土的研究与应用普遍得到人们的重视，而高性能混凝土的研究中更是以混凝土耐久性的研究为其核心的内容。这也是人们对当今混凝土工程出现的问题与国家资源短缺的相互矛盾而引发的世界性的课题。混凝土抗冻性是混凝土耐久性中的重要组成部分。对混凝土抗冻性的研究与其评价方法是密不可分的。目前我们使用的方法显然是对当前混凝土技术发展是不适应的。为此，我国准备对GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》进行修订,针对修编工作,我们对国内外的抗冻性试验方法进行了分析研究。s;F`:L#l

2 混凝土受冻破坏机理简介)h8]4q }2M H4f o

所有的评价方法建立的依据是其抗冻理论和其破坏机理的不同理解之上。目前世界上混凝土冻结破坏机理主要有三种学说：

2.1 Powers提出的静水压理论学说8a `#G1i o#n2T*^?.o-w J

Powers提出的静水压理论学说主要由以下几个要点组成：①冻结时，负温度从混凝土构件的四周侵入，冻结首先在混凝土四周表面上形成，并将混凝土构件封闭起来。②由于表层水结冰，冰体积膨胀，将未冻结的水分通过毛细孔道压入饱和度较小的内部。③随着温度不断降低，冰体积不断增大，继续压迫未冻水，未冻水被压得无处可走、于是在毛细孔内产生越来越大的压力，从而水泥石内毛细孔产生拉应力。④水压力达到一定程度，水泥石内部的拉应力过高，抗拉强度限时，则毛细孔会遭到破裂，混凝土中即产生微裂纹而受到破坏。

2.2 Powers 和Helmuth 渗透压理论

在提出了静水压力学说后，Powers在自己的试验中发现，水泥浆体中的水在冻结时并不是向外排出，而是向着冷源移动。他和他的同事Helmuth于是又对混凝土的冻融破坏机制提出了渗透压理论。该理论认为，在负温条件下时，大孔及毛细孔孔中的溶液首先有部分冻结成冰，由于在溶液中的水从中冻结出来，使得溶液的浓度变大。从而在毛细孔于凝胶孔内溶液之间存在着浓度差，这引起了从凝胶孔向毛细孔的扩散作用，形成了渗透压。例如，一块从顶部开始冻结的板，如果水由于渗透压得以从底部且透过板厚向顶部迁移，则该板将严重损坏。

2.3 G.G.Litvan的补充理论9z h K4V7l6d)M

加拿大的G.G.Litvan于1972年提出他的关于混凝土受冻破坏的理论。他认为，凡是被吸附在多孔固体表面上、或包含其中的水，如果不经过重分布就不会冻结；其所以不能固化是由于表面力的作用，阻止被吸附液体达到形成结晶所需要的排列秩序。但是这些水的蒸汽压与已形成的冰有差别，能够迁移到易于结冰的地方，例如较大的孔隙或外表面并积聚在裂隙中。如果冻融循环中积聚在裂隙中的水不能归还原位，它们将使裂隙扩大成冰。

3 国内外混凝土抗冻性评价方法的综述X#N-M%s T X'R i

3.1 国外混凝土抗冻性试验方法分析k-m:a/P} O t U J b

目前国外混凝土抗冻性试验方法主要有：快冻法；慢冻法；盐冻法。由上面的混凝土冻结理论分析表明，ASTM C666快冻法主要是基于Powers提出的静水压理论学说的，而RILEM TC176－IDC－2002 CF和CDF盐冻法主要是基于渗透压理论，二者各有侧重。ASTM C666快冻法适合纯粹由水的冻结引起的冻融破坏，而RILEM的盐冻法更适用于有除冰盐存在情况下的冻融破坏。在不同环境中的混凝土的抗冻性的评价应根据需要进行选择。快冻法和盐冻法应用的范围各不相同，评价的方法也各不相同，完全是基于两种不同理论上的不同的试验方法，两者对混凝土抗冻性的评价没有一定换算关系，很难判断也无法判断孰优孰劣。-k S(K&`6k

3.1.1 快冻法

混凝土快速冻融试验方法首先由美国ASTM 提出，以ASTMC666 为代表，相继日本的JISA1148、加拿大的CSA-A23.2 和一些西欧国家就多采用

这种方法。ASTM 法有两种，一为快速水冻水融法，混凝土在水中冻结和融化；二为快速气冻水融法。混凝土在冷冻室的空气中冻结，然后移至水池中融化。若在相应循环次数的混凝土相对动弹性量降到初始值的60%或重量损失达5%，试验即终止。

3.1.2 慢冻法!m e"{L g

以前苏联和东欧国家就采用的慢冻法为代表。以ГOCT1006 为代表,该方法是将试件标准养护28d，并规定在达到龄期前4d 将冻融试件投入20℃左右的水中浸泡。慢冻法一个循环为8h，冻、融各半，强度损失率不超过25%或失重率不超过5%时的循环次数为抗冻标号。h D?6X f9b(] ]

3.1.3 盐冻法

美国的ASTMC672，国际材料试验协会（RILEM）以及欧洲的大部分国家，如瑞典的SS13 72 44 ，挪威的NS3473-92 及NS4320-86 均采用盐冻法来评价混凝土的抗冻性。它们之间区别在有盐溶液浸泡、有试件单面浸泡的。

3.1.4 评价方法#P.J]"|-D5H L h,T

● 抗压强度损失率：以慢冻法为主要评价手段，通过一定次数的冻融循环后，抗压强度的损失率小于25%为合格。

● 重量损失率：快冻和慢冻法都采用的评价手段，达到一定次数的冻融循环后，试件的重量损失率小于5%为合格。

●相对动弹模量保留量：以快冻法为主要评价手段，达到一定次数的冻融循环后，相对动弹模量下降至初始值的60%。5[ i"Z*Fh

●临界膨胀值法：该方法是为克服快冻法难以模拟实际环境条件的缺点，通过冻融循环后的试件伸长率来评价试件是否抗冻。

●临界饱和度：通过临界饱和度与实际饱和度的差来评价，差值越大，抗冻性越好。

3.2 国内混凝土抗冻性试验方法5hi b c`d%e

目前国内混凝土抗冻性试验方法主要有快冻法和慢冻法两种，各类标准中盐冻法还没采用作为评价的手段。但有些研究工作者，引入国外方法，进行科学研究，中国国内有关混凝土抗冻性的标准有GBJ82-85，DL/T5150-2001，JTJ225-87，这些标准中，都采用了快冻法，y G f u o l