混凝土抗冻性试验方法及评价指标

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邹汉文1 夏 雨1 白思宇

1.国网湖北送变电工程有限公司；

2.三峡大学土木与建筑学院

混凝土抗冻性试验方法及评价指标

中国科技信息2018年第14期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jul.2018◎10万～30万

底部外的四周密封，底部浸泡在质量浓度为3%的NaCl溶液中进行冻融试验，温度上下限为－20℃～20℃，冻融循环一次的时间为12h，在28或56次冻融循环后，测量试件超声传播时间和表面剥蚀量的变化来评价混凝土的抗冻性。而CIF 法是由CDF法转化而来，与CDF法相比CIF 法只是将试验溶液由3% NaCl溶液变成了淡水。Slab试验方法是先从浇筑成型的混凝土试件中锯出试样，然后在试验时把除顶部与底部以外的试件侧面密封，使水或3%质量浓度的NaCl溶液位于混凝土试样顶部进行冻融循环试验，温度上下限为－22℃～24℃，冻融循环时间为24h，通过测定冻融循环56次后平板表面的剥落物质量评定混凝土的抗冻性。

苏联标准规定的抗冻试验方法

苏联TOCT10060－76规定的抗冻试验方法通常情况下分为2类试验方法：普通法和快冻法。

具体地，普通法采用养护好的立方体试件（边长为100mm、150mm或200mm），将温度控制在－15℃～－20℃至15℃～20℃之间进行冻融循环试验，在同相当龄期的试件相比，抗压强度的下降值不超过15%的条件下，经受的最大冻融循环次数衡量混凝土试件的抗冻性。其中尺寸为100mm×100mm×100mm和150mm×150mm×150mm的试件冻结时间不少于4h；尺寸为200mm×200mm×200mm的试件冻结时间不少于6h，水中融解时间不少于4h。

快冻法又分为3种方法。第一种方法采用（－50±2）℃的超低温作为冻结温度快速测定混凝土的抗冻性，在融化过程中温度须在前2h内温度迅速提升至－10℃，以冻融循环后强度损失率不超过15%的条件下最大冻融循环次数评价混凝土的抗冻性；第二种方法是将冻融循环温度控制在－15℃～－20℃至15℃～20℃之间，具体的冻融时间控制与普通法相同，不同的是此种方法必须要确定试件冻融循环次数和对应尺寸变化间的关系，通过混凝土试件累积的残余变形评价混凝土的抗冻性；第三种方法是采用一种与新拌混凝土含气量有关的参数来确定混凝土的补偿系数，进而评价混凝土结构的抗冻性能，这种评价方法一般用于较密实的混凝土构件。

各种试验参数的对比分析

目前研究混凝土抗冻性的试验方法有很多，而以上介绍的试验方法使用最为普遍，具有较好的代表性。这些试验方法的主要试验参数按照试块冻结速度的不同可分为快冻法和慢冻法；按照冻融介质的不同可分为气冻水融法、水冻法和盐冻法；按照冻融介质与试件的接触情况不同又可分为全溶液浸泡冻融法和单面冻融法；抗冻性评价指标主要包括质量损失率、相对动弹性模量、试件表面单位面积剥蚀量、抗压强度损失率和残余变形等，其中相对动弹性模量一般采用共振法、敲击法、超声声时法或超声声速法计算得出。各种试验方法采用的试验参数不尽相同，没有单一的方法能够完全适用于各种不同的实际情况。可以从以下几个方面对不同试验参数的主要优缺点或适用情况分析如下。

冻结速度

冻融试验方法按照试块冻结速度不同可分为快冻法和慢冻法。与快冻法相比慢冻法的优点是试块的冻结速度较慢与实际工程中的冻结速度较接近更能反映实际情况；缺点是试验周期长、工作量大、误差也较大，可重复性更差。

冻融介质

冻融试验方法按照冻融介质的不同可分为气冻水融法、水冻法和盐冻法。气冻水融法是将混凝土试件在空气中冻结在水中融化进行冻融循环试验，此种试验方法优点是更适合真实的反映实际工程中处于空气中的混凝土结构冻融情况，如冬季寒冷地区暴露于外部环境的混凝土墙体，但缺点是试验周期长、试验过程繁琐；水冻法优点是更适合真实的反映实际工程中浸没于水中的混凝土结构冻融情况，如冬季寒冷地区的水工混凝土，但缺点是试验周期较长、试验过程较繁琐。盐冻法更适合反映冬季寒冷地区海工混凝土的受冻情况且试验周期短、工作量少。

冻融介质与试件的接触情况

按照冻融介质与试件的接触情况可分为全溶液浸泡冻融法和单面冻融法。单面冻融法是仅将试件的一个面浸入冻融介质中进行冻融循环试验，此方法的混凝土破坏方式与道路、桥梁路面撒除冰盐造成混凝土的破坏方式相似，更能反映路面工程的实际情况。与单面冻融法相比全溶液浸泡冻融法能更接近的反映浸泡于海水中的混凝土工程和浸泡于水中的水工混凝土实际冻融损伤情况，但是真实的工程情况一般会存在一个面或多个面是不冻结的，其反映真实情况的程度有限。

抗冻性评价指标

采用质量损失率作为混凝土抗冻性评价指标，优点是试验操作简单，缺点是试件在冻融循环过程中存在吸水现象，计算所得的试件损失的质量不准确，它包含了试件因吸水而质量增加的因素。采用相对动弹性模量作为混凝土抗冻性评价指标，优点是能够较准确的反映混凝土试件内部的冻融损伤情况并且工作量不大、可重复性强，缺点是对于试件表面的剥落情况相对动弹性模量指标反应不敏感。采用表面单位面积剥蚀量作为评价指标，优点是能够很好地反应试件表面的剥落损伤情况，但缺点是收集试件的剥落物较困难并且需要将剥落物先烘干再称量，过程繁琐且存在误差，不能较好的反映试件内部的损伤情况。采用抗压强度损失率作评价指标能够在一定程度上反映试件的宏观性能，但与其他评价指标相比较粗糙，试验需要的试件组数较多，并且针对短周期抗冻试验表现不敏感。

结语

根据目前国内主要的抗冻性试验方法特点和工程中混凝土结构的实际冻融情况，结合以上对不同抗冻性试验参数的对比分析，建议如下：

（1）对于我国冬季寒冷地区使用除冰盐的混凝土道路、与盐渍土直接接触的混凝土工程建议采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB/T50082－2009）中的单面冻融法进行试验，评价混凝土的抗冻性；

（2）对于我国冬季寒冷地区的港口航道及海岸工程的混凝土建议依据《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270－1998）中的抗冻性试验方法，采用海水全溶液浸泡进行抗冻试验评价混凝土的抗冻性；

（3）对于与淡水接触的水工混凝土、普通有抗冻要求的混凝土建议采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB/T50082－2009）中的快冻法进行试验评价混凝土的抗冻性。