混凝土抗冻因素分析及相应措施

时间：2024-09-30

苏娟，吴丽，鲁海荣

（宁夏中测计量测试检验院（有限公司），宁夏银川 750299）

0 引言

混凝土运用的温度在零度以下时，混凝土内部的自由水开始结冰，混凝土会产生相应的体积膨胀，使得一部分没有完全受冻的水在受到一定压力后朝混凝土内部转移。迁移受到了相应的约束就会产生静水压力，使得混凝土内部较薄弱的地方，尤其是在受冻初期强度不高的部位容易形成相应的裂缝。因此，对混凝土抗冻因素及工程实际应用问题展开相应的研究是十分有必要的。本文主要以四二干沟水质提升工程为例具体分析混凝土抗冻因素及相应措施。

1 工程概况

银川市四二干沟水质提升工程（贺兰段）建设规模13.5 万 m3/d，占地面积为 43.06 公顷。主要内容包括潜流湿地 28.5 公顷，取水池 540m2，沉淀池 2363m2，提升泵房1座，建设面积 189.81m2，管理房1座，建设面积 104.7m2。工具房5座，建设面积 41m2。水质在线监测用房2座，建设面积 41m2。此工程混凝土常年处于水中环境，设计要求具备 C30F200 抗冻性能。对此工程的混凝土进行了配合比设计及验证，并在此过程中总结出影响混凝土抗冻性的主要因素。

2 原材料

（1）水泥：中宁赛马 P·O42.5R 的水泥，3d 抗压强度 27.2MPa，28d 抗压强度为 49.2MPa。

（2）粉煤灰：灵武电厂Ⅰ粉煤灰，细度 10.9%，需水量比 94%。

（3）细骨料：青铜峡天然水洗中砂，细度模数2.8，含泥量 2.5%。

（4）粗骨料：银川市西夏区镇北堡碎石，粒径5～25mm，连续级配。

（5）引气减水剂：山西恒泰伟业建材有限公司生产的 HT-8 型高性能引气减水剂。

3 混凝土配合比及性能

C30F200 混凝土试拌配合比见表 1，试验结果见表2。

表1 混凝土配合比

表2 试配试验结果

根据试配结果，选用试验编号 D01 的配比为工程最佳配合比用量。

4 抗冻成因分析

4.1 含气量

在混凝土中引入大量微小的气泡，这些微小的气泡在混凝土中是彼此封闭不连通，并且有一定的弹性，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，起到缓冲减压的作用，溶解时这些气泡可恢复原状。因此孔隙内自由水反复冻融也不会对孔壁产生太大的压力。另外，这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水分不易侵入，减少了混凝土的渗透性，从而使得混凝土遭受破坏的程度大大降低，因此，引入含气量来改善混凝土的内部结构，对提高混凝土的抗冻性能是十分有帮助的。

4.2 水胶比

水胶比是混凝土配合比设计中一个重要的参数，在一些对耐久性有较高要求的混凝土都有最大水胶比的限制要求。水胶比越大，混凝土越不密实，混凝土中可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；混凝土强度越低，抵抗冻融的能力越差。水胶比过大，在搅拌完成混凝土硬化的过程中会产生多余的游离水分子，这些游离分子会随着硬化过程而逐渐蒸发，这样在混凝土成型过程中就会形成开口空隙，这些空隙会通过相互连通的方式形成毛细孔体系，大大降低了混凝土的耐久性。因此，影响混凝土抗冻性的一个重要成因就是控制水胶比，低水胶比更有利于抗冻性能的提高。

4.3 水泥品种

从某种程度上来说，水泥的化学组成、细度及品种对混凝土抗冻融的影响没有含气量、水胶比的影响显著，但也有着一定的影响。通过实验发现，对于不掺引气剂的混凝土，水泥品种对混凝土的抗冻性影响较明显，特别是混合材掺量越小的水泥抗冻性优于混合材掺量较大的水泥配制的混凝土。对于掺引气剂的混凝土水泥品种对混凝土的抗冻性不明显。

5 相应措施

5.1 掺入引气剂

在混凝土中掺入一定量的引气剂后，会在混凝土内部产生大量微小气泡。这些封闭的微小气泡改善了混凝土的和易性，更重要的提高混凝土的抗冻性能。当然，引气剂的掺量由厂家提供推荐掺量再通过试验确定最佳掺量，过多的引入气泡会造成混凝土强度的下降，对混凝土的耐久性是不利的。

5.2 降低水胶比，提高混凝土的密实度

采用小水胶比，提高凝土的密实度，是提高混凝土抗冻性能的又一重要措施。具有耐久性要求的混凝土水胶比较同等级的普通混凝土的水胶比要低。通过加入减水剂或泵送剂来降低混凝土的用水量，进而降低水胶比，达到提高混凝土强度和密实度的效果。四二干沟水质提升工程运用了性能较好的高性能引气减水剂既满足了低水胶比又满足了施工和易性的要求。

5.3 水泥品种及集料的选用

水泥品种的选用上，抗冻混凝土优先选用硅酸盐水泥和混合材掺量较少的普通硅酸盐水泥，有利于提高抗冻性能。集料含泥量及泥块含量均满足 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求。

5.4 掺入活性矿物掺合料

混凝土中掺入一定比例的掺合料，不仅能节约了水泥用量，提高了经济性，而且改善了混凝土的和易性。对于一些大体积混凝土，掺合料运用能有效的降低水泥水化释放的大量水化热，进而改善了混凝土裂缝的问题，提高了混凝土的耐久性。掺合料的掺入需要通过试验确定合适的比例，过多的掺合料不仅不能改善混凝土的和易性，还会降低混凝土的强度和耐久性。