水工建筑结构混凝土抗冻性能测试方法初探

徐维柜

【摘要】对于混凝土的抗冻性能试验每个国家的试验标准都有一定的差异，但是如果混凝土所在地段的气温温差变化显著，则会出现反复的冻融现象，这种反复冻融会造成破坏的累积，使混凝土结构扩张，最后表面脱落直到完全破坏。

【关键词】建筑结构；混凝土；抗冻性能；测试方法；初探

从微观角度来讲，混凝土表面分布了大量的小孔，含有一定水分的混凝土经过反复的冻结和融化之后其内部的大量小孔不断地收缩膨胀会摧毁混凝土的表面结构，进而使得其承重性能出现巨大的破坏，所以，加强对于水利工程建筑所利用的混凝土的抗冻性能的测试，并针对其结构进行加固是现在保证水工建筑结构稳定性的有效措施，接下来我们先由混凝土的冻融破坏机理来研究，并分析其抗冻性能测试方法的科学性。

1、水工建筑中混凝土结构的冻融破坏机理

混凝土结构的研究不仅涉及到了材料科学、还涉及到理论力学、材料力学、化学等一系列相关的学科，因此，研究混凝土结构的相关专家也从不同的角度对混凝土总结出很多不同的理论，接下来我们分析几种常见的理论。

第一种理论是渗透压理论，即含有离子和冰的溶液与含有还没有冻结的水的小孔之间会存在一定的渗透压，这是因为凝胶孔和毛细孔之间产生的浓度差会迫使凝胶孔中的水分像毛细孔中扩散，在这个过程中两个不同小空间之间的薄壁承受的压力就会增加，从宏观角度来讲，这种薄壁承受压力破坏的现象会导致整个混凝土表面出现一定的溃烂现象。

第二种理论为静水压理论，该理论指出混凝土表面的水会在其表面形成一定厚度的冰层，这层冰膜会把混凝土和外界环境隔离开来，而结冰的过程又是一个物理膨胀的过程，膨胀产生的压力会使得水分子朝着混凝土内部饱和度比较小的区域进行，微观状态下的混凝土内部的渗透作用会形成一定的水压梯度，这种水压梯度积累到一定程度就会强烈挤压混凝土内壁。之后混凝土内部会的温度进一步降低，混凝土内部的水分饱和度会继续增大，随之而来的是内部气孔之间距离的增大，造成水压继续上升，当水压超过了混凝土的抗拉强度极限时，内部孔壁就会破碎，使混凝土结构受到损害，如果混凝土所在地段的气温温差变化显著，则会出现反复的冻融现象，这种反复冻融会造成破坏的累积，使混凝土结构扩张，最后表面脱落直到完全破坏。

第三种理论为微冰晶透镜模型理论，这种理论主要强调的是混凝土内部水分的冻结和融化是饱和状态下发生的过程，混凝土只有达到了饱和的程度，其内部才有可能发生破坏，水分冻结过程中的冷缩过程和融化的过程中产生的湿胀反应是导致饱和状态发生的原因。水分在冻结过程中的冷缩使其向微冰晶透镜方面发生了不可逆的迁移，同时，水分在融化的时候冰转化成水的过程几乎不能进行，因此，外部的水分会以比原来更快的速度进入混凝土内部，形成一个恶性循环，在这种理论的状态下，混凝土的内部微观结构就像一个泵，导致了饱和作用的发生远远超过同等温度下的饱和作用，一旦临界状态下的饱和作用被达到，混凝土的破坏就会随之发生。

以上就是人们在研究过程中较为普遍的三种关于混凝土冻融破坏机理的研究，除此之外，还有好多特殊地区如冰盐侵蚀的研究理论等等，这些研究成果可以帮助人们更好的认识混凝土破坏的原因，并从不同的角度制定出测试混凝土抗冻性能的方法，接下来我们介绍目前混凝土抗冻性能测试方面的相关内容。

2、我国混凝土抗冻性能的试验

对于混凝土的测试主要有两大方面，即长期性和耐久性，测试标准分为快冻法和慢冻法，其中慢冻法又称为“气冻水融”评判标准为混凝土多次冻融试验之后强度的损失率，混凝土相应的抗冻标号要满足重量损失损失率不超过百分之五，强度损失率不超过百分之二十五的最大循环次数来表示，冷冻室内的温度应该在-15度到-20度之间，与之对应的使混凝土溶解的水槽温度应该在15度到20度之间，冻结的混凝土试件的时间应该由其对应的尺寸决定，对于100毫米*100毫米*100毫米以及150毫米*150毫米*150毫米的试件的冻结时间不能少于四个小时，200毫米*200毫米*200毫米的试件冻结时间不能少于六个小时。

快冻法的抗冻性能指标则是耐久性系数和快速冻融的循环次数，快速冻融的循环次数应该以满足重量损失率不小于百分之五和相对动弹性量不小于百分之六十为标准，耐久性系数计算公式为：Kn=P*N/300.

其中Kn表示耐久性系数，N为快速冻融的循环次数，P为冻融之后对应的弹性模量。快速冻融循环的时间必须在2到4个小时之内完成，融化过程的时间不能小于整个过程的四分之一，冻结完成时试件温度应该在-15度到-19度，融化完成后试件中心温度应该在6度到8度，试件从6度到-15度的时间不能少于整个冻结时间的一半，试件内部和外部的温度差不能超过28度，冻结和融化的时间不能少于10分钟，所有的快速冻融循环试验都应该严格按照这个标准进行。

以上是我国对于混凝土抗冻性能测试的试验方法，对于混凝土的抗冻性能试验每个国家的试验标准都有一定的差异，就像美国的试验方法在试验温度和试验时间上都和中国有较大的差异，关于混凝土全面的抗冻性能的检测还需要进一步的科学理论作为支撑，相信随着对混凝土破坏机理的深入研究，未来的抗冻试验方法必将更加科学，助力我国的水工建筑的质量提升。

结束语：

综上所述，混凝土结构的研究涉及到了很多的材料科学，另外对于混凝土的研究，必须具有长期性和耐久性，我国工作者必须对混凝土做全面的抗冻性能的检测，保证施工质量。

参考文献：

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