趙明昕

摘要：在寒冷地區(qū)的混凝土建筑物遭受凍害是在所難免的，混凝土抗凍性的研究已成為目前國內(nèi)外普遍研究的課題。本文將討論各種因素對混凝土抗凍性的影響。

關(guān)鍵詞: 混凝土凍融 耐久性

Abstract: in cold area of cold concrete buildings suffered is inevitable, frost resistance of concrete research has become a common subjects of study at home and abroad. This paper will discuss the various factors of concrete frost resistance effects.

Keywords: concrete freeze-thaw durability

中圖分類號：TIU528文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

由混凝土凍融破壞的機(jī)理可知，混凝土的抗凍性與空氣泡間距、降溫速度、可凍水的含量、材料的滲透系數(shù)以及抵抗破壞的能力等因素有關(guān)。主要影響因素是平均氣泡間距，水灰比、骨料、水泥品種、摻合料、水泥用量等均有一定影響。

1 平均氣泡間距

由凍融破壞機(jī)理可知，平均氣泡間距是影響混凝土抗凍性最主要的因素，平均氣泡間距越大，則凍融過程中毛細(xì)孔中的靜水壓和滲透壓越大，混凝土的抗凍性越低。很多學(xué)者對臨界平均氣泡間隔系數(shù)的取值提出了不同看法。Powers測定當(dāng)水灰比為0.5、降溫速度為11℃ ／ h時(shí)的臨界平均氣泡間隔系數(shù)為250μm，Pigeon等認(rèn)為這個(gè)臨界值主要受水灰比和降溫速度影響，他測定水灰比為0.3時(shí)臨界平均氣泡間隔系數(shù)為440μm。我國嚴(yán)捍東等研究了水膠比為0.50、粉煤灰摻量在0～55％范圍內(nèi)的大摻量粉煤灰水工混凝土的氣泡參數(shù)和抗凍性，認(rèn)為不管對普通混凝土還是粉煤灰混凝土，平均氣泡間隔系數(shù)在500μm以下都是高抗凍混凝土。

2 水灰比

水灰比是設(shè)計(jì)混凝土的一個(gè)重要參數(shù)，它的變化影響混凝土可凍水的含量、平均氣泡間距及混凝土強(qiáng)度，從而影響混凝土的抗凍性。水灰比越大，混凝土中可凍水的含量越多，混凝土的結(jié)冰速度越快;氣泡結(jié)構(gòu)越差，平均氣泡間距越大;混凝土強(qiáng)度越低，抵抗凍融的能力越差?？梢?，水灰比是影響混凝土抗凍性的主要因素之一，水灰比越大，抗凍性越差，但水灰比在0.45～0.85范圍內(nèi)變化時(shí)，不摻引氣劑的混凝土的抗凍性變化不大，只有當(dāng)水灰比小于0. 45以后，混凝土的抗凍性才隨水灰比降低而明顯提高。水灰比小于0.35完全水化的混凝土，即使不引氣，也有較高的抗凍性，因?yàn)槌ニY(jié)合水和凝膠孔不凍水外，混凝土中的可凍水含量很少。

3 外加劑

平均氣泡間距是影響混凝土抗凍性的最主要因素，而影響平均氣泡間距的一個(gè)主要因素是含氣量?；炷林蟹忾]空氣泡除攪拌、振搗時(shí)混入外，主要是引氣劑等外加劑人為引入的。引氣劑引入的空氣泡越多，平均氣泡間距就越小，毛細(xì)孔中的靜水壓和滲透壓就越小，混凝土的抗凍性就越好。大量試驗(yàn)表明，摻引氣劑的混凝土比相同條件下不摻引氣劑的混凝土的抗凍性成倍地提高。因此，國內(nèi)外部分規(guī)范都規(guī)定了含氣量的合理范圍。減水劑對混凝土抗凍性也有一定影響，特別是帶有引氣作用的減水劑。但由于這些減水劑引入的空氣泡直徑一般較大，且易破滅，故對混凝土抗凍性的改善效果并不明顯。

4 強(qiáng)度

當(dāng)靜水壓力和滲透壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即產(chǎn)生凍融破壞。因此，作為表征抵抗凍融破壞能力的混凝土強(qiáng)度對混凝土抗凍性也有影響。當(dāng)含氣量或平均氣泡間距相同時(shí)，強(qiáng)度高的混凝土的抗凍性高于強(qiáng)度低的混凝土。但相對而言，強(qiáng)度對混凝土抗凍性的影響程度遠(yuǎn)沒有氣泡結(jié)構(gòu)大，因此，強(qiáng)高的普通混凝土的抗凍性可能低于強(qiáng)度低的引氣混凝土。

5 骨料

骨料的凍害機(jī)理可用靜水壓假說來解釋。當(dāng)骨料吸水飽和，受凍后在骨料孔隙和骨料— 水泥漿界面產(chǎn)生靜力壓力，超過骨料或界面強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生凍害。因此，影響骨料抗凍性的主要因素時(shí)骨料吸水率和骨料尺寸。美國ACl201委員會指出，如果使用吸水性骨料，而混凝土又處于連續(xù)潮濕的環(huán)境中，則當(dāng)粗骨料飽和時(shí)，骨料顆粒在凍結(jié)時(shí)排出水分所產(chǎn)生的壓力使骨料和泥漿體破壞。如果受破壞的骨料接近混凝土表面，就會產(chǎn)生剝落。由此看來，輕骨料混凝土的骨料可能成為抗凍的薄弱環(huán)節(jié)。但通過摻入適量引氣劑、保證一定的含氣量等措施，使骨料受凍后將孔隙水排向周圍的空氣泡，輕骨料混凝土還是可以配制成高抗凍混凝土的。用靜水壓假說可以說明，骨料尺寸越大，受凍后越容易破壞，從理論上講骨料尺寸也有一個(gè)臨界值，骨料尺寸大于這個(gè)臨界值時(shí)，骨科受凍后會產(chǎn)生破壞，而一般細(xì)骨料在凍融中不產(chǎn)生破壞，正是由于細(xì)骨料的尺寸都小于這個(gè)臨界值。骨料質(zhì)量對抗凍性也有一定影響，包括骨料的堅(jiān)實(shí)性、風(fēng)化程度、粘土含量，雜質(zhì)含量等。

6 水泥品種和用量

美國波特蘭水泥協(xié)會的試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥的化學(xué)組成、水泥品種對混凝土的抗凍性無顯著影響，這主要是因?yàn)槊绹乃噘|(zhì)量穩(wěn)定，且很少摻混合材。而我國則不同，我國生產(chǎn)的水泥大部分摻混合材，且摻量較大，很多單位就水泥品種對混凝土抗凍性的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出較為一致的結(jié)論是:水泥品種對混凝土抗凍性有一定影響，且隨水泥中混合材摻入量的增加，混凝土的抗凍性降低。原水電部東北勘測設(shè)計(jì)院科研所的試驗(yàn)成果指出:水灰比為0.6的混凝土試件，經(jīng)過同樣的凍融次數(shù)，硅酸鹽水泥混凝土強(qiáng)度損失最小。鐵科院的試驗(yàn)表明，不同品種水泥制成的混凝土，其抗凍性差異較大。水灰比為0.50的普通硅酸鹽水泥混凝土可經(jīng)受150次以上的凍融試驗(yàn)，而同樣條件下礦渣水泥混凝土只能承受50次，對礦渣摻量很大的低熟料礦渣水泥混凝土則不足25次。應(yīng)該指出的是，上述試驗(yàn)結(jié)論主要是針對非引氣混凝土，對于引氣混凝土，水泥品種對抗凍性的影響沒有這么明顯，而美國

等國家的混凝土多采用引氣混凝土，這也許是國內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果差異的一個(gè)因素。

7 混合材料

美國等國的試驗(yàn)結(jié)果表明，在強(qiáng)度和含氣量相同的條件下?lián)脚c不摻粉煤灰的混凝土的抗凍性基本相同。中國水科院對粉煤灰混凝土抗凍性的試驗(yàn)結(jié)果，在等量取代的條件下，粉煤灰摻量為15％時(shí)，混凝土的抗凍性可得到改善，但當(dāng)粉煤灰摻量超過一定范圍時(shí)，混凝土的抗凍性反而下降。而嚴(yán)捍東等在粉煤灰摻量0～55％、引氣量7.6％的試驗(yàn)條件下，得到了混凝土抗凍性隨粉煤灰摻量增加而提高的結(jié)論。可見，粉煤灰對混凝土抗凍性影響程度，目前尚無統(tǒng)一的結(jié)論，但有一點(diǎn)是可以肯定的，對摻粉煤灰的混凝土，只要加入適量的引氣劑，還是可以設(shè)計(jì)出高抗凍混凝土的。摻入硅粉的混凝土，由于改變了氣泡結(jié)構(gòu)，降低了氣泡間距系數(shù)，從而可改善混凝土的抗凍性。但很多國家的試驗(yàn)表明，當(dāng)硅粉摻量不超過10％時(shí)，混凝土的抗凍性有所提高，摻量為15％時(shí)其抗凍性基本相同，摻量超過20％時(shí)的抗凍性則會明顯降低。

8 凍結(jié)溫度和降溫速度

靜水壓力與結(jié)冰速度及降溫速度成正比。孔隙水的凍結(jié)是由大孔開始逐步向小孔擴(kuò)展的，顯然，大孔凍結(jié)時(shí)的結(jié)冰速度大，而小孔凍結(jié)時(shí)的結(jié)冰速度小，因此，結(jié)冰速度隨溫度降低而降低。蔡昊通過測定混凝土試件在凍融過程中的相對電導(dǎo)率研究不同溫度下的結(jié)冰速度，得到結(jié)論:普通混凝土孔溶液結(jié)冰速度在-10℃以上較高，在-10℃以下較低。中國水科院關(guān)于凍融最低溫度對普通混凝土抗凍性影響的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)凍融循環(huán)最低溫度-5℃時(shí)，水灰比為0.65的混凝土能承受133次凍融循環(huán)，最低溫度降為-10℃時(shí)，同樣的混凝土僅能承受12次凍融循環(huán)，而最低溫度為-17℃時(shí)能承受7次。這兩個(gè)試驗(yàn)都可說明，混凝土的凍害主要發(fā)生在-10℃ 以上，-10℃ 以下發(fā)生的凍害是十分有限的。