对水工混凝土抗冻性影响因素的分析

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发布时间：2021-09-11

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对水工混凝土抗冻性影响因素的分析
陈伟，马耀辉，隋洪波
(1．黑龙江省寒地建筑科学研究院，哈尔滨1 50080； 2．黑龙江省水利科学研究院．哈尔滨1 50080)
【摘要】混凝土的抗冻性问题是水利工程最为关注的问题，文中通过试验对水工混凝土抗冻性影响因素
进行分析，达到避免其不利因素发生的目的，满足水工混凝土设计抗冻性。
【关键词l 混凝土；抗冻性；水胶比；质量损失率
【中图分类号】TU528．36 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2012)04—0125—02
混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗气
候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力，长期
保持强度和外观完整性的能力，是指结构在规定的使用年
限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理
而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力 J。目前
对钢筋混凝土结构的耐久性研究一般从环境层次、材料层
次、构件层次和结构层次四个方面来进行，而对材料层次和
构件层次的研究比较多些，如图1所示』。
简单的说混凝土材料的耐久性指标一般包括：钢筋锈
蚀、化学腐蚀、冻融破坏、碱集料破坏。混凝土的抗冻性作
为混凝土耐久性的一个重要内容，在寒冷地区工程中是急
待解决的重要问题之一。黑龙江省处于严寒地带，致使不
少建筑物发生了冻融破坏现象，尤其水工混凝土建筑物，几
乎100％工程局部或大面积的遭受不同程度的冻融破坏，特
别一些新建工程才运行几年就出现了很大的冻融破损，给
社会造成巨大的损失及为安全运行带来隐患。
1 混凝土冻融机理
混凝土是由胶体、晶体、未水化颗粒、游离状态自由水
和气孔等组成的非均质体的结构 J。严寒和寒冷地区的混
凝土受冻融破坏的基本条件是混凝土处在水饱和状态下，
吸水饱和的混凝土在其冻融l的过程中，遭受的破坏应力主
要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温
下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9％，因受毛细孔
壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉
应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混
凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由于表面
张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小
而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在一78 以下，因而由
冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引
起水分迁移而形成渗透压力。当混凝土受冻时，这两种压
力会损伤混凝土内部微观结构，当经过反复多次的冻融循
环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，
使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。从实际中
不难看出，处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的
问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之
一
，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的
水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融
破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。
提高水工混凝土抗冻性的技术措施主要有正确设计配
合比，合理选用原材料外，还要严格按施工规范技术要求施
工，保证施工质量。长期工程实践与室内研究表明，在抗冻
耐久性混凝土配合比设计上，掺用良好的引气剂，限制水灰
比大小是十分重要的 J。引气剂是具有憎水作用的表面活
性物质。它可以明显地降低混凝土拌合水的表面张力，使
混凝土内部产生大量的微小稳定的气泡。这些气泡能使混
凝土可冻水结冰时产生的膨胀得到缓解，不使混凝土遭到
破坏，起到缓冲减压的作用。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。这些气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和
易性，减少沉降泌水和分层离析。因此，掺用引气剂，使混
凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，
可以大大提高混凝土的抗冻性。另外限制水灰比，水灰比
大小是影响混凝土各种性能(强度、耐久性)等的重要因素。
2 试验材料及方法
(1) 原材料：水泥为哈尔滨产天鹅牌P．032·5水泥，
其物理指标见表1；粗集料为碎石，5～25ram连续级配，其物
理指标见表2；细集料为级配良好的中砂，其物理指标见表
3；外加剂为黑龙江省水利科学研究院研制的sB—M系列外
加剂，试验配合比设计见表4。