混凝土抗凍性的主要影響因素及改善措施

1、本文探討了影響混凝土抗凍性的主要影響因素，并討論了改善混凝土抗凍性的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：混凝土；抗凍性 伴隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，人民生活水平的日益提高，我國的公路交通事業(yè)得到了迅 速的發(fā)展，公路建設(shè)開創(chuàng)了嶄新的局面。由于水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，耐久 性好，造價(jià)適當(dāng)，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用小，及利于夜間行車等諸多優(yōu)點(diǎn)被越來越多應(yīng)用于我國的道 路建設(shè)中。水泥混凝土能否在設(shè)計(jì)年限內(nèi)正常使用，取決于其耐久性能的優(yōu)劣。而北方地區(qū) 的混凝土的抗凍能力將直接影響整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的耐久性。耐久性是否得到保證是個(gè)關(guān)鍵問題 。耐久性是關(guān)于整個(gè)使用壽命期間的問題，它不僅是近年來混凝土材料科學(xué)研究的焦點(diǎn)，而 且是我

2、國大規(guī)模公路建設(shè)期間確?；炷辖Y(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的核心問題。百年大計(jì)，質(zhì)量為本， 公路工程必須對(duì)混凝土的耐久性能提出更高、更嚴(yán)格的切合實(shí)際的技術(shù)要求。一、影響混凝土抗凍性的主要因素1、含氣量含氣量也是影響混凝土抗凍性的主要因素，尤其是加入引氣劑形成的微小氣孔對(duì)提高混 凝土抗凍性史為重要。為使混凝土具有較好的抗凍性，其最佳含氣量約為5%6%。加氣的混 凝土不僅從耐久性的觀點(diǎn)看是有益的，而且從改善和易性的觀點(diǎn)看也是有利的?；炷林屑?氣與偶然截留的空氣不同，加氣的氣泡直徑的數(shù)量級(jí)為0. 05mm，而偶然截留的空氣一般都 形成大得多的氣泡。加氣在水泥漿中形成彼此分離的孔隙，因此不會(huì)形成連通的透水孔道， 這

3、樣就不會(huì)增加混凝土的滲透性。這些互不連通的微細(xì)氣孔在混凝土受凍初期能使毛細(xì)孔中 的靜水壓力減小，即起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過程中，這些孔隙可阻止或抑制水泥 漿中微小冰體的生成。為使混凝土具有較好的抗凍性，還必須保證氣孔在砂漿中分布均勻。 含氣量測定是混凝土是否具有抗凍融性能的“傳感器”。含氣量增加，平均孔隙間距減 小。在最佳含氣量條件下，孔隙間距將會(huì)防止凍融造成的壓力過大。研究表明，混凝土中含 氣量合適，抗凍性可大為提高。滑?；炷恋暮瑲饬吭?%左右時(shí)，抗凍標(biāo)號(hào)可達(dá)500次左右 凍融循環(huán)，達(dá)到超抗凍性混凝土要求。若要求粉煤灰的混凝土達(dá)到4%含氣量，應(yīng)視粉煤灰摻 量成倍增大引氣劑量。此時(shí)粉

4、煤灰混凝土的抗凍性也能達(dá)到300次以上凍融循環(huán)，能達(dá)到高 抗凍性的要求。為滿足混凝土抗凍性和抗鹽性要求，各國都提出了適宜含氣量的推薦值，一般均在3%-6%之 間，集料的最大粒徑增大，含氣量小。根據(jù)混凝土抗凍性機(jī)理研究得到的最大氣泡間距系數(shù) 應(yīng)為0.25mm，對(duì)應(yīng)的最小拐點(diǎn)（臨界）含氣量3%。引氣劑質(zhì)量較好，氣泡越小、表面積越 大，臨界含氣量有減小趨勢。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)混凝土含氣量超過6%后，抗凍性不再提高。2、水灰比水灰比大小是影響混凝土各種性能(強(qiáng)度、耐久性等)重要因素。在同樣良好成型條件下 ，水灰比不同，混凝土密實(shí)程度、孔隙結(jié)構(gòu)也不同。由于多余的游離分子在混凝上硬化過程 中逐漸蒸發(fā)掉，形成大量

5、開口孔隙，毛細(xì)孔又不能完全被水泥水化生成物填滿，直至相互連 通，形成毛細(xì)孔連通體系，具有這種孔隙結(jié)構(gòu)的混凝土滲透性、吸水性都很大，最容易使混 凝土受凍破壞。因此我們?cè)诳紤]引氣劑同時(shí)，必須考慮水灰比，在含氣量相同時(shí)，氣泡的半 徑隨水灰比的降低而減少，孔隙結(jié)構(gòu)得到改善，提高了混凝上的抗凍性。當(dāng)齡期和養(yǎng)護(hù)溫度一定時(shí)，混凝上的強(qiáng)度取決于水灰比和密實(shí)度。在水泥水化過程中， 水灰比對(duì)硬化水泥漿的孔隙率有直接的影響，而孔隙率的改變又影響了混凝上的密實(shí)度，從 而影響混凝土的孔隙體積。此時(shí)，孔隙體積的增加是由于混凝土毛細(xì)孔徑變大且連通，從而 減少了起緩沖凍脹壓力的儲(chǔ)備孔，致使混凝土受凍后產(chǎn)生較大的膨脹壓力。特別

6、是承受反復(fù) 的凍融循環(huán)后，混凝土將遭受嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性破壞。因此，為提高混凝土的抗凍性，必須嚴(yán)格控制水灰比，必要時(shí)，甚至需人工干預(yù)，如加引氣劑實(shí)施“人工造孔”。從提高混凝土材料抗凍性而言，主要有兩個(gè)技術(shù)手段：一是提供凍脹破壞的緩沖空腔，加引 氣劑就是最重要的基本手段；二是增強(qiáng)材料本身的凍脹抵抗力，控制較小水灰比和較高的抗 壓強(qiáng)度。3、混凝土的飽水狀態(tài)混凝土的凍害與其飽水程度有關(guān)。一般認(rèn)為含水量小于孔隙總體積的91. 7%就不會(huì)產(chǎn)生凍 結(jié)膨脹壓力，在混凝土完全保水狀態(tài)下，其凍結(jié)膨脹壓力最大。混凝土的飽水狀態(tài)主要與混 凝上結(jié)構(gòu)的部位及其所處的自然環(huán)境有關(guān)。在大氣中使用的混凝上結(jié)構(gòu)，其含水量均達(dá)不到 該

7、值的極限，而處于潮濕環(huán)境的混凝土，其含水量要明顯增大。最不利的部位是水位變化區(qū) ，此處的混凝上經(jīng)常處于干濕交替變化的條件下，受凍時(shí)極易破壞。此外由于混凝土表層的 含水率通常大于其內(nèi)部的含水率，且受凍時(shí)表層的溫度均低于其內(nèi)部的溫度，所以凍害往往 是由表層開始逐步深入發(fā)展的。4、混凝土的受凍齡期混凝土的抗凍性隨齡期的增長而提高。因?yàn)辇g期越長水泥水化越充分，混凝土強(qiáng)度越高， 抵抗膨脹的能力越大，這一點(diǎn)對(duì)旱期受凍的混凝上史為重要。5、水泥品種及集料質(zhì)量混凝土的抗凍性隨水泥活性增高而提高。普通硅酸盆水泥混凝土的抗凍性優(yōu)于混合水泥混凝 土的抗凍性。這是由于混合水泥需大量水所致。集料對(duì)混凝上抗凍性影響主要體

8、現(xiàn)在集料吸水量的影響及集料木身抗凍性的影響。一般在碎 石及卵石都能滿足混凝上抗凍性的要求，自山風(fēng)化巖等堅(jiān)固性差的集料才會(huì)影響混凝土的抗 凍性。對(duì)在嚴(yán)寒地區(qū)或經(jīng)常處于潮濕或干濕交替作用狀態(tài)下的室外混凝土，則應(yīng)注意優(yōu)選集 料。凍結(jié)破壞的程度和范圍取決于石料的密度。因此，為了保證抗凍性，必須改變混凝土的宏觀 結(jié)構(gòu)。其原則是：應(yīng)用小碎石混凝土。在有條件的情況下，完全不用大石料，向耐久的細(xì)粒 式宏觀結(jié)構(gòu)過渡。為了提高耐久性，應(yīng)選用抗折強(qiáng)度較高的混凝土。在被改變了宏觀結(jié)構(gòu)的 混凝土中，細(xì)粒式混凝土抗折強(qiáng)度最大，重混凝土中小碎石混凝上抗折強(qiáng)度最大。6、外加劑的影響引氣劑、減水劑及引氣型減水劑、纖維等外加劑均

9、能提高混凝土的抗凍性。引氣劑能增加混 凝土的含氣量且使氣泡均勻分布，而減水劑則能降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙率，纖 維提高混凝上的抗拉伸能力，最終都能提高混凝土的 二、提高混凝土抗凍性的措施1、摻用引氣劑或減水劑及引氣型減水劑引氣劑、減水劑及引氣型減水劑等外加劑均能提高混凝土的抗凍性。由于在混凝土中引入空 氣泡會(huì)使混凝土抗壓強(qiáng)度下降，但引入合適級(jí)配及合適尺寸的微小氣泡，可使混凝上的抗折 強(qiáng)度提高，這對(duì)于道路混凝土是十分有利的，引氣劑能增加混凝土的含氣量且使氣泡均勻分 布。而減水劑則能降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙率，最終能提高混凝土的抗凍性。摻 引氣劑是提高混凝土抗凍性的主要措施。 混凝

10、土路面施工時(shí)必須摻入引氣劑，2、嚴(yán)格控制水灰比，提高混凝土的密實(shí)性如上所述，水灰比是影響混凝土密實(shí)性的主要因素。因此為了提高混凝土的抗凍性也必須 從降低水灰比入手，當(dāng)前最為有效的方法是摻減水劑，特別是高效減水劑。許多研究成果及 生產(chǎn)實(shí)踐表明，摻入水泥重量0.5% 1.5%的高效減水劑可以減少用水量15%25%，使混凝 土強(qiáng)度提高20%50%，抗凍性也能相應(yīng)提高。3、加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)或摻入防凍劑防止混凝土早期受凍混凝土早期凍害直接影響混凝土的正常硬化及強(qiáng)度增長，因而冬季施工時(shí)必須對(duì)混凝土加強(qiáng) 早期養(yǎng)護(hù)或適當(dāng)加入早強(qiáng)劑或防凍劑，嚴(yán)防混凝土早期受凍。4、摻用纖維纖維的選用也是很有必要的，纖維能夠均勻的分

11、布在混凝土內(nèi)部，可以大幅度提高混凝土的 強(qiáng)度和抗折性能，當(dāng)混凝上在受凍脹作用時(shí)，纖維起到拉伸作用，因此，對(duì)混凝土有一定的 抗凍融作用，可以大大提高混凝土壽命。5、選用合適的原材料水泥品種對(duì)抗凍性有影響，主要是因?yàn)槠渲惺炝喜糠值南鄬?duì)體積不同和硬化速度的變化.其 它條件相同時(shí)，純熟料硅酸鹽水泥混凝土，通常比摻礦物混合料的硅酸鹽水泥，特別是火山 灰質(zhì)水泥和礦渣水泥混凝土的抗凍性好。實(shí)踐及試驗(yàn)表明，對(duì)有抗凍要求的混凝土應(yīng)優(yōu)先選 擇硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。6、提高混凝土強(qiáng)度混凝土抗凍性與強(qiáng)度之間存在密切的聯(lián)系.提高混凝土的強(qiáng)度是保證高抗凍性的基礎(chǔ)，但另 一方面，強(qiáng)度愈高，往往干縮也較大，同時(shí)較脆、易裂，所以應(yīng)保證有合理的混凝土強(qiáng)度一 般而言，混