如何提高混凝土的抗冻性能

许顺梅

【摘要】混凝土是土木工程中常用的材料之一，凭借其抗压性能高、生产工艺简单、耐久性能好等众多优势使其在建筑项目建设中应用最为广泛，但同时混凝土自身也存在一些缺陷：许多建筑物在气温较低的环境下，混凝土出现一些非受力性裂缝，而混凝土的破坏多数与冻融作用有关，这种混凝土的冻融裂化现象直接关系到建筑物未來的使用寿命、安全问题、以及以此所产生的维护费用等。因此，目前对于混凝土抗冻性的研究，越来越引起国内外的许多混凝土专家的重视。

【关键词】抗冻混凝土；影响因素；改善

一、前言

混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力，当在暴露的环境中，能耐久的混凝土应保持其形态、质量和使用功能。我省处于严寒地带，因此，不少建筑物发生了冻融破坏现象。混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，需要很大的代价来维修和重建，这已成为混凝土耐久性方面的主要问题之一。

二、影响抗冻性的主要因素

混凝土的抗冻性主要与混凝土内部的孔结构、受冻龄期、水饱和程度、混凝土的强度等因素有关，其中混凝土内部的孔结构对于混凝土的抗冻性具有极其重要的作用。而混凝土的孔结构及其强度又主要取决于混凝土的养护方法、混凝土制作过程中的水灰比、以及有无外加剂等。

1.水灰比：水灰比是设计混凝土的一个重要参数，它的变化影响混凝土可冻水的含量、平均气泡间距及混凝土强度，从而影响混凝土的抗冻性。水灰比越大，混凝土中可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；气泡结构越差，平均气泡间距越大；混凝土强度越低，抵抗冻融的能力越差。可见，水灰比是影响混凝土抗冻性的主要因素之一，水灰比越大，抗冻性越差，但水灰比在0.45～0.85范围内变化时，不掺引气剂的混凝土的抗冻性变化不大，只有当水灰比小于0. 45以后，混凝土的抗冻性才随水灰比降低而明显提高。水灰比小于0.35完全水化的混凝土，即使不引气，也有较高的抗冻性，因为除去水化结合水和凝胶孔不冻水外，混凝土中的可冻水含量很少。

2.平均气泡间距：由冻融破坏机理可知，平均气泡间距是影响混凝土抗冻性最主要的因素，平均气泡间距越大，则冻融过程中毛细孔中的静水压和渗透压越大，混凝土的抗冻性越低。很多学者对临界平均气泡间隔系数的取值提出了不同看法。Powers测定当水灰比为0.5、降温速度为11℃ / h时的临界平均气泡间隔系数为250μm，Pigeon等认为这个临界值主要受水灰比和降温速度影响，他测定水灰比为0.3时临界平均气泡间隔系数为440μm。我国严捍东等研究了水胶比为0.50、粉煤灰掺量在0～55%范围内的大掺量粉煤灰水工混凝土的气泡参数和抗冻性，认为不管对普通混凝土还是粉煤灰混凝土，平均气泡间隔系数在500μm以下都是高抗冻混凝土。

3.混凝土构成材料的性质：混凝土构成材料的性质直接影响混凝土的抗冻性，例如在整个混凝土的原材料中占有70%----93%比例的石子和砂，这些骨料质量的好坏直接影响混凝土的抗冻性，而骨料的质量主要包括骨料的风化程度、坚实性、杂质含量、粘土含量等。除了骨料本身的质量外， 骨料的吸湿性、渗透性对于混凝土的抗冻性也有影响，这主要是因为由于混凝土内部骨料湿度和强度的变化， 引起含针状物岩石体积的变化， 致使已硬化的水泥砂浆和混凝土表面产生损坏。

三、如何提高混凝土抗冻性能

1、外加剂的使用

1）引气剂。长期的工程实践与室内研究资料表明：提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有憎水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡由于具有弹性，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，起到缓冲减压的作用，溶解时这些气泡可恢复原状，因此孔隙内自由水反复冻融也不会对孔壁产生太大的压力。另外，这些气泡可以阻塞混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水分不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性，施工时新拌混凝土易于填充模具，硬化后混凝土密实度提高。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有一定的含气量，可以提高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明掺入引气剂后混凝土的抗冻性可成倍提高。

2）减水剂。目前，减水剂已成为混凝土不可缺少的组成部份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比（水胶比）。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来，从而能明显减少混凝土用水量，使得混凝土中气泡平均尺寸及其间距减小，水泥浆中可冻水的百分率随之降低。提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。

2、活性的矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性

1）在相同含气量的情况下，掺15 %的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土，气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果，但硅粉的产量有限而且成本较高。

2）实验证明，当超细粉煤灰与硅灰相掺时，提高抗冻耐久性的效果尤为显著，其冻融循环300 次以后，动弹性模量与重量基本无变化，而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。由此可见，双掺或多掺矿物的复合效应对混凝土抗冻耐久性的提高是值得研究的课题。

3、配合比设计参数控制

1）水胶比

水胶比是决定高性能混凝土孔结构和孔隙率的主要因素，低水胶比是高性能混凝土的配制特点之一，为达到高性能混凝土的低渗透性，保证其耐久性，无论设计强度高低，水胶比一般都不大于0.42，以保证高性能混凝土的密实。

2）砂率

砂率主要影响高性能混凝土的工作性，可根据胶凝材料用量、粗细集料的级配及泵送要求等因素进行选择。一般情况下，高性能泵送混凝土的砂率控制在36% 一43%较理想，小于36% 时和易性变差，施工操作困难，密实度降低，超过43% 时将增大高性能混凝土的收缩，对抗裂不利。

3）胶凝材料用量

基于耐久性的需要，单位体积高性能混凝土的胶凝材料用量不能太小，但也不能过大，过大会增大高性能混凝土的收缩，使结构产生裂纹。在强度、原材料相同的条件下，胶凝材料用量小的混凝土耐久性通常要优于胶凝材料用量大的混凝土 。一般情况下，C30及以下高性能混凝土不宜超过400kg/m3，C35、C40高性能混凝土不宜超过450kg/m3。，C50～C60高性能混凝土不宜超过500kg/m3。

4）单位用水量

单位用水量是保证高性能混凝土拌和物流动性的基本因素，但用水量大，胶凝材料用量增大，高性能混凝土结构易产生干缩裂纹。一般情况下，高性能混凝土的单位用水量应小于160kg/m3。要减小单位用水量除掺加高效减水剂、优质粉煤灰外，可适当掺加引气剂。掺入引气剂后，配制的高性能}昆凝土中形成很多封闭的气泡，切断毛细管的通路，可使结构的抗冻性得以提高。

结论

从上文的分析中不难看出，混凝土在施工中的重要性，但是混凝土又深受环境的影响，全世界在提升混凝土抗冻性方面的研究也一直没有停止过，而且一定取得了一定的效果，相信随着科技的进步，我国的基础工程将发展更加迅速，为城市的发展出一份力。

参考文献：

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[2]马德宝，王玉龙. 混凝土抗冻耐久性能的研究进展[J].科技资讯，2008，（05） .