混凝土冻融损伤的影响因素与防治策略

1、混凝土冻融损伤的影响因素与防治策略作者：金虎姜春林来源：科技创新导报2011年第31期金虎1姜春林2(1.延边勘测设计有限责任公司 吉林延吉133002; 2.中国城建第十一工程局吉林长春 130000)摘要:混凝土冻融损伤造成了其耐久寿命的降低，进而严重影响了混凝土结构的正常使用， 本文介绍了混凝土冻融损伤理论、影响因素及防治策略。关键词:混凝土 冻融损伤 影响因素 防治策略中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号：1674-098X(2011)11(a)-0046-011 冻融损伤混凝土的冻结破坏过程是比较复杂的物理变化过程。混凝土是由硬化的水泥浆体和骨料组 成的含毛细孔的复合材料，为了获

2、得浇筑混凝土所必须的和易性，其拌和水量总多于水泥水化所 需的水量,多余的水就滞留在混凝土中，形成占有一定体积的连通毛细孔。于是常温下硬化混凝 土就是由未水化的水泥、水泥水化产物、集料、水、空气共同组成的气一液一固三相平衡体系， 当混凝土处于负温时，其内部孔隙中的水分将发生从液相到固相的转变。因此那些连通的毛细孔 就是导致混凝土遭受冻害的主要因素。但是目前关于混凝土冻融破坏机理众说纷纭。在这方面 T. c. Powers和R. A. Helmuth等人的研究工作为混凝土的冻融破坏机理奠定了理论基础。到 目前为止，提出的混凝土冻融破坏理论有很多种。但目前公认程度较高的，仍是由美国学者 T. c.

3、Powers提出的膨胀压理论和渗透压理论，他认为吸水饱和的混凝土在冻融过程中遭受的 破坏力主要有以下两部分:膨胀压力和渗透压力。2影响混凝土抗冻性的主要因素混凝土的抗冻性与其内部孔结构、水饱和程度、受冻龄期、混凝土的强度等许多因素有关。 而混凝土的孔结构及强度又主要取决于集料、水泥品种及其水灰比、有无外加剂及养护方法等。2.1水泥品种及集料质量试验表明，水泥的化学组成、细度和品种对混凝土的抗冻融破坏无显著影响，除非混凝土早 期受冻。因在早期，水泥品种组成影响到混凝土的水化程度，从而影响可冻结水的量和早期强度。 因此冬季施工混凝土应该用早强型的硅酸盐混凝土。普通硅酸盐水泥混凝土的抗冻性优于混合

4、水泥混凝土,更优于火山灰水泥混凝土,这是因为混合水泥需水量大所致。混凝土集料对其抗冻性的影响主要体现在集料吸水量的影响及集料本身抗冻性的影响。一 般的碎石及卵石都能满足混凝土抗冻性的要求。但如用已被水饱和的集料拌制混凝土，由于周围 硬化浆体渗透性较低，集料的水分不易排出，当集料的饱水程度超过91.7%时,冻结时会使集料 本身和周围浆体破坏。因此在拌制抗冻性要求高的混凝土时，不能使用含水量高的集料。轻集料 混凝土的抗冻性则与集料的性质有很大关系，集料可能成为冻融破坏的薄弱环节。另外集料的最 大粒径也对混凝土抗冻性产生影响。2.2强度一般认为，混凝土强度越高,则抵抗环境破坏的能力越强，因而耐久性也

5、越高。但在受冻融破 坏情况下,强度与耐久性不一定成正比。例如，低强度的引气混凝土可能比高强度的非引气混凝 土抗冻性高得多，从而更耐久。只有在相同含气量或相同平均气泡间距的情况下，强度越高，抗冻 性越高。2.3水灰比水灰比是混凝土抗冻性的重要因素，其直接影响混凝土的孔隙率及孔结构。随着水灰比的增 大，不仅可冻结水量增多，而且强度较低，因而混凝土的抗冻性必然降低。水灰比小于0.35,水化 完全的混凝土，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，可冻结 水量很少了。水灰比大的混凝土，其内部的毛细孔孔径也大且形成连通的毛细孔体系，因而其中 起缓冲作用的储备孔很少，受冻后极易产生

6、较大的膨胀压力，反复循环后必然使混凝土内部结构 破坏。因此对有冻融破坏可能的混凝土，应该严格控制水灰比，必要时应加入引气剂及抗冻剂。 我国钢筋混凝土工程施工及验收规范中规定了用于不同环境条件下的混凝土最大水灰比与 最小水泥用量。2.4含气量和气泡间距含气量和平均气泡间距是混凝土抗冻性的又一重要指标。混凝土加入引气剂形成的微细气 孔对提高混凝士抗冻性尤为重要。因为这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔 中的静水压力减少，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。除了必要的含气量外，要提高混凝土的抗冻性，还必须保证气孔在砂浆中分布均 匀。研究证明，

7、为充分防止混凝土遭受冻害，平均气泡间距应小于0.25mm。掺加引气剂或引气型 减水剂，控制水灰比及骨料粒径等可以调整混凝土含气量及气孔分布。2.5混凝土的饱水状态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。混凝土的饱水状态主要与混凝土结构的部位及 其所处自然环境有关。最不利的部位是水位变化区，此处混凝士经常处于干湿交替变化条件下， 受冻时极易破坏。另外，由于混凝土表层的含水率通常大于其内部的含水率，且受冻时表层温度 均低于内部温度，故冻害往往是由表层开始逐步深入发展的。2.6混凝土受冻龄期混凝土的抗冻性随龄期的

8、增长而增高。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。这一点对早期受冻的混凝土更为重要。试验可知，初次受冻时龄期小于8h 的混凝土经几次循环即已损坏。因此，防止混凝土早期受冻至关重要。2.7 外加剂及掺合料的影响减水剂、引气剂及引气减水剂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，最终都能提高混 凝土的抗冻性。粉煤灰掺合料对混凝土抗冻性的影响，则主要取决于粉煤灰本身的质量与掺量。 研究证实,掺入适量的优质粉煤灰，只要保持混凝土等强、等含气量,就不会对其抗冻性有不利影 响。3提高混凝土抗冻

9、性的措施由于混凝土抗冻性主要取决于其孔隙率、孔结构及孔的水饱和程度。因此提高混凝土抗冻 性也主要应从降低混凝土孔隙率、改善混凝土孔结构入手。向混凝土中引入大量均匀的微小封 闭气泡能够有效地改善混凝土的耐久性,特别是抗冻性，同时能防止混凝土内部应力集中，对各种 有害物质的渗入起到阻断作用。因此，向混凝土中掺入引气剂已成为提高耐久性的基本措施。3.1掺用引气剂或减水剂及引气型减水剂根据对京津地区立交桥的调查可知，不加引气剂的混凝土使用15年即出现表面剥落等冻害 现象，而加引气剂的混凝土则无冻害。3.2严格控制水灰比、提高混凝土密实性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。较为有效的方法是掺加减水剂，特别是高效减水剂。工程实践证明，掺入水泥重量的 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%,从而也 提高了混凝土