混凝土抗冻性的主要影响因素及改善措施

1、本文探讨了影响混凝土抗冻性的主要影响因素， 并讨论了改善混凝土抗冻性的技术措施。关键词：混凝土；抗冻性伴随着我国经济建设的突飞猛进，人民生活水平的日益提高，我国的公路交通事业得到了迅 速的发展，公路建设开创了崭新的局面。由于水泥混凝土路面具有强度高，稳定性好，耐久 性好，造价适当，养护维修费用小， 及利于夜间行车等诸多优点被越来越多应用于我国的道 路建设中。水泥混凝土能否在设计年限内正常使用，取决于其耐久性能的优劣。而北方地区 的混凝土的抗冻能力将直接影响整个路面结构的耐久性。耐久性是否得到保证是个关键问题 。耐久性是关于整个使用寿命期间的问题， 它不仅是近年来混凝土材料科学研究的焦点，而 且

2、是我国大规模公路建设期间确保混凝上结构工程质量的核心问题。百年大计，质量为本， 公路工程必须对混凝土的耐久性能提出更高、更严格的切合实际的技术要求。一、影响混凝土抗冻性的主要因素1、含气量含气量也是影响混凝土抗冻性的主要因素，尤其是加入引气剂形成的微小气孔对提高混凝土抗冻性史为重要。为使混凝土具有较好的抗冻性， 其最佳含气量约为5%6%。加气的混凝土不仅从耐久性的观点看是有益的， 而且从改善和易性的观点看也是有利的。混凝土中加气与偶然截留的空气不同，加气的气泡直径的数量级为0.05mm，而偶然截留的空气一般都形成大得多的气泡。 加气在水泥浆中形成彼此分离的孔隙，因此不会形成连通的透水孔道，这样

3、就不会增加混凝土的渗透性。 这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中 的静水压力减小，即起到减压作用。在混凝土受冻结冰过程中，这些孔隙可阻止或抑制水泥 浆中微小冰体的生成。为使混凝土具有较好的抗冻性，还必须保证气孔在砂浆中分布均匀。含气量测定是混凝土是否具有抗冻融性能的“传感器”。含气量增加，平均孔隙间距减小。在最佳含气量条件下，孔隙间距将会防止冻融造成的压力过大。研究表明，混凝土中含 气量合适，抗冻性可大为提高。滑模混凝土的含气量在 4%左右时，抗冻标号可达 500次左右冻融循环，达到超抗冻性混凝土要求。若要求粉煤灰的混凝土达到 4%含气量，应视粉煤灰掺 量成倍增大引气剂量。 此时

4、粉煤灰混凝土的抗冻性也能达到 300 次以上冻融循环，能达到高 抗冻性的要求。为满足混凝土抗冻性和抗盐性要求，各国都提出了适宜含气量的推荐值，一般均在3%-6%之 间，集料的最大粒径增大，含气量小。根据混凝土抗冻性机理研究得到的最大气泡间距系数应为 0.25mm，对应的最小拐点（临界）含气量 3%。引气剂质量较好，气泡越小、表面积越 大，临界含气量有减小趋势。实验表明，当混凝土含气量超过 6%后，抗冻性不再提高。2、水灰比水灰比大小是影响混凝土各种性能 (强度、耐久性等 )重要因素。在同样良好成型条件下 ，水灰比不同，混凝土密实程度、孔隙结构也不同。由于多余的游离分子在混凝上硬化过程 中逐渐蒸

5、发掉，形成大量开口孔隙， 毛细孔又不能完全被水泥水化生成物填满， 直至相互连 通，形成毛细孔连通体系， 具有这种孔隙结构的混凝土渗透性、吸水性都很大，最容易使混 凝土受冻破坏。因此我们在考虑引气剂同时，必须考虑水灰比，在含气量相同时，气泡的半 径随水灰比的降低而减少，孔隙结构得到改善，提高了混凝上的抗冻性。当龄期和养护温度一定时，混凝上的强度取决于水灰比和密实度。在水泥水化过程中， 水灰比对硬化水泥浆的孔隙率有直接的影响，而孔隙率的改变又影响了混凝上的密实度，从 而影响混凝土的孔隙体积。此时，孔隙体积的增加是由于混凝土毛细孔径变大且连通，从而 减少了起缓冲冻胀压力的储备孔，致使混凝土受冻后产生

6、较大的膨胀压力。特别是承受反复 的冻融循环后，混凝土将遭受严重的结构性破坏。因此，为提高混凝土的抗冻性，必须严格控制水灰比，必要时，甚至需人工干预，如加引气剂实施“人工造孔” 。从提高混凝土材料抗冻性而言， 主要有两个技术手段： 一是提供冻胀破坏的缓冲空腔，加引 气剂就是最重要的基本手段；二是增强材料本身的冻胀抵抗力，控制较小水灰比和较高的抗压强度。3、混凝土的饱水状态混凝土的冻害与其饱水程度有关。 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，在混凝土完全保水状态下，其冻结膨胀压力最大。混凝土的饱水状态主要与混 凝上结构的部位及其所处的自然环境有关。 在大气中使用的混

7、凝上结构， 其含水量均达不到 该值的极限，而处于潮湿环境的混凝土，其含水量要明显增大。最不利的部位是水位变化区 ，此处的混凝上经常处于干湿交替变化的条件下，受冻时极易破坏。此外由于混凝土表层的 含水率通常大于其内部的含水率，且受冻时表层的温度均低于其内部的温度，所以冻害往往 是由表层开始逐步深入发展的。4、混凝土的受冻龄期混凝土的抗冻性随龄期的增长而提高。因为龄期越长水泥水化越充分，混凝土强度越高，抵抗膨胀的能力越大，这一点对旱期受冻的混凝上史为重要。5、水泥品种及集料质量混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高。普通硅酸盆水泥混凝土的抗冻性优于混合水泥混凝土的抗冻性。这是由于混合水泥需大量水所致。

8、集料对混凝上抗冻性影响主要体现在集料吸水量的影响及集料木身抗冻性的影响。一般在碎石及卵石都能满足混凝上抗冻性的要求，自山风化岩等坚固性差的集料才会影响混凝土的抗冻性。对在严寒地区或经常处于潮湿或干湿交替作用状态下的室外混凝土，则应注意优选集料。冻结破坏的程度和范围取决于石料的密度。因此，为了保证抗冻性，必须改变混凝土的宏观结构。其原则是：应用小碎石混凝土。在有条件的情况下，完全不用大石料，向耐久的细粒 式宏观结构过渡。为了提高耐久性，应选用抗折强度较高的混凝土。在被改变了宏观结构的 混凝土中，细粒式混凝土抗折强度最大，重混凝土中小碎石混凝上抗折强度最大。6、外加剂的影响引气剂、减水剂及引气型减

9、水剂、 纤维等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。引气剂能增加混 凝土的含气量且使气泡均匀分布，而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，纤 维提高混凝上的抗拉伸能力，最终都能提高混凝土的二、提高混凝土抗冻性的措施1、掺用引气剂或减水剂及引气型减水剂引气剂、减水剂及引气型减水剂等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。由于在混凝土中引入空 气泡会使混凝土抗压强度下降，但引入合适级配及合适尺寸的微小气泡，可使混凝上的抗折 强度提高，这对于道路混凝土是十分有利的， 引气剂能增加混凝土的含气量且使气泡均匀分 布。而减水剂则能降低混凝土的水灰比， 从而减少孔隙率，最终能提高混凝土的抗冻性。掺 引气剂是提高混凝土

10、抗冻性的主要措施。 混凝土路面施工时必须掺入引气剂，2、严格控制水灰比，提高混凝土的密实性如上所述，水灰比是影响混凝土密实性的主要因素。因此为了提高混凝土的抗冻性也必须从降低水灰比入手，当前最为有效的方法是掺减水剂，特别是高效减水剂。许多研究成果及生产实践表明，掺入水泥重量0.5% 1.5%的高效减水剂可以减少用水量15%25%，使混凝土强度提高 20%50%，抗冻性也能相应提高。3、加强早期养护或掺入防冻剂防止混凝土早期受冻混凝土早期冻害直接影响混凝土的正常硬化及强度增长，因而冬季施工时必须对混凝土加强早期养护或适当加入早强剂或防冻剂，严防混凝土早期受冻。4、掺用纤维纤维的选用也是很有必要的

11、，纤维能够均匀的分布在混凝土内部，可以大幅度提高混凝土的 强度和抗折性能，当混凝上在受冻胀作用时，纤维起到拉伸作用，因此，对混凝土有一定的 抗冻融作用，可以大大提高混凝土寿命。5、选用合适的原材料水泥品种对抗冻性有影响， 主要是因为其中熟料部分的相对体积不同和硬化速度的变化 .其 它条件相同时，纯熟料硅酸盐水泥混凝土，通常比掺矿物混合料的硅酸盐水泥，特别是火山 灰质水泥和矿渣水泥混凝土的抗冻性好。 实践及试验表明， 对有抗冻要求的混凝土应优先选 择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。6、提高混凝土强度混凝土抗冻性与强度之间存在密切的联系.提高混凝土的强度是保证高抗冻性的基础，但另一方面，强度愈高，往往干缩也较大，同时较脆、易裂，所以应保证有合理的混凝土强度一般而言