浅析冻融态对混凝土强度的影响

孙彦平

摘要：混凝土强度受到多种因素的影响，北方地区的寒冷天气对于混凝土的质量由明显的影响，冻融状态下对于混凝土的水泥以及钢筋质量都有明显的影响。本文对冻融态对混凝土强度的影响进行研究，在实验中对混凝土表面剥离、受力状态下的形态变化进行观察，从而确定冻融态对混凝土强度的影响。

关键词：冻融态；混凝土；强度

中图分类号：TV331文献标识码： A

1、前言

混凝土作为建筑材料历史悠久，古代文献记载可知，古罗马人已经开始使用天然水泥建造拱形屋顶以及其他的建筑材料，混凝土材料是现代建筑中最为重要的材料，也是使用最为广泛的建筑材料。随着可持续性关键的发展，为了实现建筑的使用价值，采用绿色的建筑以及具有稳定的使用性能的建筑材料成为当今建筑的主要发展方向。在混凝土的性能指标中，抗冻性是一项重要的性能指标，具有高抗冻性的混凝土同时具有高耐久性，能够为北方严寒地区提供良好的建筑材料，同时混凝土的冻融破坏也是造成建筑物老化病害的重要因素，因此研究冻融态下的混凝土强度变化，能够提升混凝土的使用价值，并且为冻融态的混凝土养护提供技术参考。本文对冻融态下混凝土强度变化进行研究，通过研究混凝土的形态变化以及力学变化，从而为冻融态下混凝土强度的影响提供参考。

2、冻融态混凝土强度变化原理

当前针对冻融态下混凝土强度的试验，主要是采用质量损失以及动弹性模量进行分析，从而了解混凝土的设计等级，但是对于混凝土的应用效能而言，混凝土强度才是影响建筑物使用性能以及安全的关键因素，因此针对冻融态下的混凝土强度研究，对于丰富混凝土强度理论，提升混凝土的使用价值具有重要的意义。当前的混凝土抗冻性的研究国外开展较早，美国T．C．Powers提出水压力学说和渗透压学说，建立了较完整的理论体系，为混凝土的冻融态研究提供理论基础，除此外还有B．V．Eniistiin论述了混凝土的冰冻感受性、M．J．Setzer提出了基于热力学方法的Setzer模型等对于混凝土的发展，具有重要的意义。当前的冻融态对混凝土强度的理论，主要是将混凝土的水压力学说以及渗透压力学说结合起来，因此冻融状态下的冻结水分对于混凝土的强度以及渗透性能具有破坏性，而且混凝土骨料的临界尺寸、临界饱和度及骨料达到临界饱和度所需的时间也受到冻融态的影响，因此冻融速率对于混凝土强度具有重要的影响。

3、冻融态对混凝土强度影响实验

3.1 试验原料与设备

为了了解冻融态对混凝土强度的影响，本文以150mm*150mm*150mm的引气混凝土试验为主，用以测定试件的抗压强度、弹性模量以及温度测控，混凝土的强度设计为C30，水泥标号为42.5，水灰比0.4，含气量5.5-6.5%，1m3的混凝土内含有467.60kg水泥、568.83kg砂、1186.00kg石子、164.30kg水和1.03kg引气剂。采用普通硅酸盐水泥作为原料，选择表面粗糙的粗骨料，粒径5-20mm，根据水泥级配制备混凝土试件，采用机械拌合、标准钢模成型以及振捣密实制备试件，在标准养护室内养护。所采用的设备主要是快速冻融实验设备。

3.2 试验过程

根据混凝土快速冻融实验的方法进行冻融实验，主要的试验流程如下：（1）将试件从养护室内取出并且在20℃的水中浸泡；浸泡四天后出去试件的表面水分并且称重；（2）将试件放入冻融箱内，并且调整冻融试验设备的参数进行冻融循环，每隔50次循环后检查试件的外部损伤、重量损失以及强度测试。

3.3 试验结果

3.3.1 形态变化

混凝土是有水泥砂浆和粗骨料构成的毛细多孔体，当混凝土的温度降低到一定的层度后，混凝土里面的自由水凝结，从而造成混凝土内的毛细孔壁产生渗透压力，这是造成混凝土冻害的主要内因。在冻融试验中，试件表面发生破损，而且其表面的灰浆层剥落，随着冻融次数的增加，角部破损以及表面剥落情况逐渐加重。经过200次冻融循环后，混凝土表面的砂浆与粗骨料开始剥离，而且肉眼可见裂缝。对冻融状态下的混凝土微观表面进行分析，可见水泥浆内的裂缝明显增长，而且自由水与凝胶的水在压力状态下，冰晶体逐渐迁移，冻结产生的冰体均匀分散在混凝土内，丧失了膨胀压力与渗透压力的缓解能力，是造成混凝土强度降低的主要因素。

3.3.2 质量损失

通过对冻融状态下的混凝土质量进行称重，每次称重前需要擦拭混凝土试件的表面，从而对混凝土的抗冻性性能进行了解，从而评估混凝土的等级。动过冻融试验，混凝土试件的质量有所孙志，而且随着冻融次数的增加，混凝土试件的质量损失率明显下降。在冻融试验中，当冻融次数达到200次以后，混凝土的损失率达到2%，而且其表面出现明显的剥离。参考DL/T5150《水工混凝土试验规程》对混凝土的抗冻等级进行评定，通过你和可以知道，当混凝土的质量损失达到5%时，混凝土强度下降为冻融前的25%。

3.3.3 力学性能

对冻融状态下的混凝土力学性能进行测定，随着冻融次数的增加，混凝土的内部结构发生变化，而且表面呈现剥离状态，其力学强度也随着下降。对冻融状态下的混凝土强度的测定中，其抗折强度以及劈拉强度下降较多，而抗压强度的变化相对较小。经过250次冻融循环后，混凝土的劈拉强度降至冻融前的43%，而抗折强度降至41%，而抗压强度则降至68%。将冻融状态下的力学性能与质量损失率相结合，可以得到抗压性能与质量损失率的关系为：Y1=一14．78X+99．4％(Y1为抗压强度，为质量损失率)。在我国的混凝土相关标准中，混凝土的抗冻等级主要是对质量损失率、相对动弹性模量以及抗压性能进行测试，通过冻融测试可知，混凝土在冻融状态下，质量损失以及抗压性能降低。

3.3.4 相对动弹模与超声波波速

机械波波速的变化能够测定混凝土的内部裂缝等情况，从而检测混凝土的密实度以及内部的整体性，在测试中，冻融状态下的的机械波速率也有所变化。在对混凝土的冻融试验中，随着冻融循环次数的增加，混凝土的相对动弹模也有所下降，在测试中，机械波的自振频率下降，表型混凝土内的裂缝逐渐增多，而且根据抗压强度的情况，混凝土的相对动弹性模量与抗压轻度的变化率为：Y2=2.06X2-104．3％，参考DL／T5150(水工混凝土试验规程》中规定，通过线性拟合方程计算，混凝土抗压强度下降到冻融前的19．3％相对动弹模降低到60％时。

对冻融状态下的混凝土进行超声波波速检测，能够了解混凝土内部的缺陷反应敏感，冻融试验表明，随着冻融循环次数的增多，混凝土内的超声波波速逐渐降低，而且波速降低速率较小，试验结果表明，随着冻融次数的增加，混凝土的超声波波速逐渐降低，结合混凝土的微观状态，说明混凝土的密实度下降，与微观状态表现一致。同时冻融状态的超声波检测对于混凝土内部的细小空隙不明显，只有当缺陷较大时，超声波测试结果才会较为明显。

因此采用超声波与机械波检测，能够对混凝土的内部缺陷进行测试，相比较而言，两种无损检测表明，机械波检测的敏感度更高，因此对于混凝土检测而言，采用超声波进行冻融状态下的混凝土检测，敏感度高于超声波。

4、结语

冻融态下混凝土外观、强度以及内部裂缝都有所变化，通过冻融试验，得到以下的结论。

（1）冻融循环中，混凝土的微观状态明显变化，内部结晶体变化使造成混凝土强度变化的内因；混凝土的质量损失也很明显。随着冻融循环次数增加，混凝土的结构变化以及质量损失更加明显。

（2）随着冻融循环次数的增多，混凝土的强度降低，而且采用机械波测试，混凝土的内部密实度与整体性降低。

参考文献

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