混凝土抗凍因素分析及相應(yīng)措施

蘇娟，吳麗，魯海榮

（寧夏中測計(jì)量測試檢驗(yàn)院（有限公司），寧夏 銀川 750299）

0 引言

混凝土運(yùn)用的溫度在零度以下時(shí)，混凝土內(nèi)部的自由水開始結(jié)冰，混凝土?xí)a(chǎn)生相應(yīng)的體積膨脹，使得一部分沒有完全受凍的水在受到一定壓力后朝混凝土內(nèi)部轉(zhuǎn)移。遷移受到了相應(yīng)的約束就會(huì)產(chǎn)生靜水壓力，使得混凝土內(nèi)部較薄弱的地方，尤其是在受凍初期強(qiáng)度不高的部位容易形成相應(yīng)的裂縫。因此，對混凝土抗凍因素及工程實(shí)際應(yīng)用問題展開相應(yīng)的研究是十分有必要的。本文主要以四二干溝水質(zhì)提升工程為例具體分析混凝土抗凍因素及相應(yīng)措施。

1 工程概況

銀川市四二干溝水質(zhì)提升工程（賀蘭段）建設(shè)規(guī)模13.5 萬 m3/d，占地面積為 43.06 公頃。主要內(nèi)容包括潛流濕地 28.5 公頃，取水池 540m2，沉淀池 2363m2，提升泵房1座，建設(shè)面積 189.81m2，管理房1座，建設(shè)面積 104.7m2。工具房5座，建設(shè)面積 41m2。水質(zhì)在線監(jiān)測用房2座，建設(shè)面積 41m2。此工程混凝土常年處于水中環(huán)境，設(shè)計(jì)要求具備 C30F200 抗凍性能。對此工程的混凝土進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，并在此過程中總結(jié)出影響混凝土抗凍性的主要因素。

2 原材料

（1）水泥：中寧賽馬 P·O42.5R 的水泥，3d 抗壓強(qiáng)度 27.2MPa，28d 抗壓強(qiáng)度為 49.2MPa。

（2）粉煤灰：靈武電廠Ⅰ粉煤灰，細(xì)度 10.9%，需水量比 94%。

（3）細(xì)骨料：青銅峽天然水洗中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量 2.5%。

（4）粗骨料：銀川市西夏區(qū)鎮(zhèn)北堡碎石，粒徑5～25mm，連續(xù)級(jí)配。

（5）引氣減水劑：山西恒泰偉業(yè)建材有限公司生產(chǎn)的 HT-8 型高性能引氣減水劑。

3 混凝土配合比及性能

C30F200 混凝土試拌配合比見表 1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 混凝土配合比

表2 試配試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試配結(jié)果，選用試驗(yàn)編號(hào) D01 的配比為工程最佳配合比用量。

4 抗凍成因分析

4.1 含氣量

在混凝土中引入大量微小的氣泡，這些微小的氣泡在混凝土中是彼此封閉不連通，并且有一定的彈性，能使混凝土結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的膨脹壓力得到緩解，起到緩沖減壓的作用，溶解時(shí)這些氣泡可恢復(fù)原狀。因此孔隙內(nèi)自由水反復(fù)凍融也不會(huì)對孔壁產(chǎn)生太大的壓力。另外，這些氣泡可以阻斷混凝土內(nèi)部毛細(xì)管與外界的通路，使外界水分不易侵入，減少了混凝土的滲透性，從而使得混凝土遭受破壞的程度大大降低，因此，引入含氣量來改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對提高混凝土的抗凍性能是十分有幫助的。

4.2 水膠比

水膠比是混凝土配合比設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參數(shù)，在一些對耐久性有較高要求的混凝土都有最大水膠比的限制要求。水膠比越大，混凝土越不密實(shí)，混凝土中可凍水的含量越多，混凝土的結(jié)冰速度越快；混凝土強(qiáng)度越低，抵抗凍融的能力越差。水膠比過大，在攪拌完成混凝土硬化的過程中會(huì)產(chǎn)生多余的游離水分子，這些游離分子會(huì)隨著硬化過程而逐漸蒸發(fā)，這樣在混凝土成型過程中就會(huì)形成開口空隙，這些空隙會(huì)通過相互連通的方式形成毛細(xì)孔體系，大大降低了混凝土的耐久性。因此，影響混凝土抗凍性的一個(gè)重要成因就是控制水膠比，低水膠比更有利于抗凍性能的提高。

4.3 水泥品種

從某種程度上來說，水泥的化學(xué)組成、細(xì)度及品種對混凝土抗凍融的影響沒有含氣量、水膠比的影響顯著，但也有著一定的影響。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對于不摻引氣劑的混凝土，水泥品種對混凝土的抗凍性影響較明顯，特別是混合材摻量越小的水泥抗凍性優(yōu)于混合材摻量較大的水泥配制的混凝土。對于摻引氣劑的混凝土水泥品種對混凝土的抗凍性不明顯。

5 相應(yīng)措施

5.1 摻入引氣劑

在混凝土中摻入一定量的引氣劑后，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量微小氣泡。這些封閉的微小氣泡改善了混凝土的和易性，更重要的提高混凝土的抗凍性能。當(dāng)然，引氣劑的摻量由廠家提供推薦摻量再通過試驗(yàn)確定最佳摻量，過多的引入氣泡會(huì)造成混凝土強(qiáng)度的下降，對混凝土的耐久性是不利的。

5.2 降低水膠比，提高混凝土的密實(shí)度

采用小水膠比，提高凝土的密實(shí)度，是提高混凝土抗凍性能的又一重要措施。具有耐久性要求的混凝土水膠比較同等級(jí)的普通混凝土的水膠比要低。通過加入減水劑或泵送劑來降低混凝土的用水量，進(jìn)而降低水膠比，達(dá)到提高混凝土強(qiáng)度和密實(shí)度的效果。四二干溝水質(zhì)提升工程運(yùn)用了性能較好的高性能引氣減水劑既滿足了低水膠比又滿足了施工和易性的要求。

5.3 水泥品種及集料的選用

水泥品種的選用上，抗凍混凝土優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和混合材摻量較少的普通硅酸鹽水泥，有利于提高抗凍性能。集料含泥量及泥塊含量均滿足 JGJ 52—2006《 普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求。

5.4 摻入活性礦物摻合料

混凝土中摻入一定比例的摻合料，不僅能節(jié)約了水泥用量，提高了經(jīng)濟(jì)性，而且改善了混凝土的和易性。對于一些大體積混凝土，摻合料運(yùn)用能有效的降低水泥水化釋放的大量水化熱，進(jìn)而改善了混凝土裂縫的問題，提高了混凝土的耐久性。摻合料的摻入需要通過試驗(yàn)確定合適的比例，過多的摻合料不僅不能改善混凝土的和易性，還會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

6 結(jié)語

綜上所述，影響混凝土抗凍性能的因素非常多，如含氣量、水膠比、水泥品種及集料的選用等綜合因素。因此，要想提高混凝土的抗凍性能，要從以上因素上排除不利影響。