高寒地区混凝土的抗冻性能研究综述

2017-04-11胡邦胜

四川水泥 2017年2期

关键词：抗冻冻融龄期

胡邦胜

（重庆交通大学材料科学与工程学院重庆 400074）

高寒地区混凝土的抗冻性能研究综述

胡邦胜

（重庆交通大学材料科学与工程学院重庆 400074）

大量资料显示我国“南锈北冻”的情况严重影响混凝土的耐久性能，而北方地区的混凝土遭遇了不同程度的冻融破坏情况，因此，混凝土抗冻融性能是衡量混凝土耐久性的重要指标之一。本文针对高寒地区混凝土冻融破坏问题，简要的探讨了抗冻的主要影响因素以及改善措施。

高寒地区；混凝土；抗冻性能

1 前言

近年来不少地区的混凝土出现了不同程度的冻融破坏现象，根据资料显示混凝土的冻融破坏主要集中在东北、西北、华北地区，而这些地区由于海拔较高，日照长，雨水少，蒸发量大，太阳辐射强，昼夜温差大，无霜期短，冰冻期长的气候特点，冻融次数多，并且盐渍地覆盖区域广，加之除冰盐的使用，使得水泥混凝土路面和桥梁结构物较南方地区经受着更为严酷的考验，破坏形式更为多样化。除上述一些破坏外，在氯盐侵蚀、干湿交替存在的同时，混凝土的冻害加剧了腐蚀的进程，大大降低了混凝土的耐久性和使用年限。为了使上述及类似工程继续发挥作用，各部门每年都要耗巨资加以维修。根据以往经验混凝土工程安全使用期和维护使用期的比例为1: 3—1: 10，但维护使用期的维修费用却高达建设费用的 1-3倍，所以遭受早期冻害破坏的混凝土工程不仅直接影响人们的生命财产安全，同时也给经济建设带来巨大的浪费。因此，针对我国寒冷地区、严寒地区开展混凝土抗冻性能研究，对提高我国西北地区和三北地区混凝土结构的耐久性，延长结构物的使用年限，提高投资效益，加快经济建设步伐，具有重大的现实意义。

2 高寒地区混凝土抗冻的主要影响因素

混凝土的抗冻性与内部孔结构、含气量、水饱和程度、受冻龄期、受冻环境等因素有关。

2.1 内部孔结构

吴中伟教授提出了孔结构理论，认为混凝土的冻融破坏与混凝土内部微孔结构有关，主要原因是孔结构中的水在冻融循环过程中所起的作用。一般情况下，孔隙率越大，相对含水量越多，则可冻水量也就越多。水灰比也是影响混凝土孔隙率及孔结构的直接因素，随着水灰比的增大，不仅含有可冻水的开孔体积增加，而且平均孔径也增大，必然导致混凝土的抗冻性降低。

2.2 含气量

梁文泉、骆翔宇等人认为高寒地区的混凝土在一定范围内提高含气量可以改善它的抗冻性，但含气量过高时会影响混凝土自身的强度。将含气量控制在4.5%～6%可以改善混凝土内部的孔结构，减少了混凝土的渗透性，大大提高了混凝土的抗冻耐久性。

2.3 受冻环境

刘军、刘润清等人认为不同冻害环境中的混凝土，早期抵抗冻害的抗冻临界强度取值与冻害环境直接相关，随着混凝土含水状态的不同和冻害温度的变化，抗冻临界强度取值差异较大，但达到抗冻临界强度的混凝土在经历不同冻害环境破坏后，其内部孔结构状态基本相同。

2.4 受冻龄期

混凝土的抗冻性随着龄期增长而提高，龄期越长，水泥水化越充分，可冻结的水分也就越少，同时水中溶解盐的浓度增加，因此，冰点也随着龄期的增长而降低。龄期越长，混凝土的强度越高，抵抗膨胀的能力就越大，混凝土的抗冻性也就越高。

2.5 饱水程度

混凝土的冻害与其孔隙的饱水程度紧密相关，一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力，该数值称为极限饱水度。在混凝土完全饱水状态下，其冻结膨胀压力最大。混凝土的饱水状态主要与混凝土结构所处的自然环境有关。

3 提高高寒地区混凝土抗冻性能的措施

通过对混凝土抗冻机理和影响因素的一些了解，对于高寒地区混凝土抗冻性能的控制措施应该从原材料、配合比设计、施工方面开始。

3.1 原材料方面

（1）加入引气剂和减水剂，黄士元、宋拥军等认为混凝土中加入适量的引气剂后，产生了大量均匀、稳定而封闭的微小气泡，这些微小的气泡一方面可以提高流动性，改善孔结构；另一方面可以减少冰冻时给孔结构带来的膨胀力，也可以缓解溶解时带来的压应力；从而大大提高混凝土的抗冻性。

（2）赵霄龙等认为加入优质的矿物掺合料可以有效改善混凝土拌合物的工作性，降低混凝土的水化热，并通过二次水化反应，调整水泥石的矿物组成和结构，使得大孔减少，小孔、微孔增多，孔分布均匀，进而提高混凝土结构的耐久性。

3.2 配合比设计方面

刮俊等人在新疆高寒地区采用了正交试验进行配合比设计得出采用低水胶比、低用水量、低粉煤灰掺量和较高水泥用量的方法，可改善混凝土内部孔结构，使混凝土更加密实，能有效改善混凝土抗盐冻性能。当水胶比由0.40减少到0.34时，剥蚀量减低约 15%。研究同时表明，粉煤灰掺量的增加并不能有效改善混凝土抗盐冻性能，反而会降低其抗碳化能力和混凝土的早期强度。因此，对于强度要求较高的混凝土构造物，粉煤灰掺量应控制在 15%以下，其他结构部位也不宜超过25%。

3.3 施工方面

2003年西部交通科技项目“水泥混凝土抗冻融耐久性能研究”项目组提出了采用掺加固体引气剂、纤维、提高搅拌运输车的搅拌速度等方法，解决了预拌混凝土经搅拌运输车运送过程中含气量分层的技术难题。混凝土在运送到施工现场，实验人员应该对坍落度，含气量，泌水率以及入模温度进行检测，对于混凝土坍落度，含气量过大的混凝土要及时清理，混凝土的运输时间越长，坍落度，含气量就损失的越多。因此，为保证抗冻混凝土的质量，应该罐车到达后立即进行浇筑。