混凝土抗冻性的主要影响因素及改善措施.pdf

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本文探讨了影响混凝土抗冻性的主要影响因素,并讨论了改善混凝土
抗冻性的技术措施。
关键词:混凝土;抗冻性
伴随着我国经济建设的突飞猛进,人民生活水平的日益提
高,我国的公路交通事业得到了迅速的发展,公路建设开创了崭新
的局面。由于水泥混凝土路面具有强度高,稳定性好,耐久性好,
造价适当,养护维修费用小,及利于夜间行车等诸多优点被越来越多
应用于我国的道路建设中。水泥混凝土能否在设计年限内正常使用,
取决于其耐久性能的优劣。而北方地区的混凝土的抗冻能力将直接
影响整个路面结构的耐久性。耐久性是否得到保证是个关键问题。
耐久性是关于整个使用寿命期间的问题,它不仅是近年来混凝土材料
科学研究的焦点,而且是我国大规模公路建设期间确保混凝上结构
工程质量的核心问题。百年大计,质量为本,公路工程必须对混凝
土的耐久性能提出更高、更严格的切合实际的技术要求。
一、影响混凝土抗冻性的主要因素
1、含气量
含气量也是影响混凝土抗冻性的主要因素,尤其是加入引气剂形
成的微小气孔对提高混凝土抗冻性史为重要。为使混凝土具有较好
的抗冻性,其最佳含气量约为5%~6%。加气的混凝土不仅从耐久性
的观点看是有益的,而且从改善和易性的观点看也是有利的。混凝土
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水灰比大小是影响混凝土各种性能(强度、耐久性等)重要因素。
在同样良好成型条件下,水灰比不同,混凝土密实程度、孔隙结构
也不同。由于多余的游离分子在混凝上硬化过程中逐渐蒸发掉,形
成大量开口孔隙,毛细孔又不能完全被水泥水化生成物填满,直至相
互连通,形成毛细孔连通体系,具有这种孔隙结构的混凝土渗透性、
吸水性都很大,最容易使混凝土受冻破坏。因此我们在考虑引气剂
同时,必须考虑水灰比,在含气量相同时,气泡的半径随水灰比的
降低而减少,孔隙结构得到改,善提高了混凝上的抗冻性。
当龄期和养护温度一定时,混凝上的强度取决于水灰比和密实
度。在水泥水化过程中,水灰比对硬化水泥浆的孔隙率有直接的影
响,而孔隙率的改变又影响了混凝上的密实度,从而影响混凝土的
孔隙体积。此时,孔隙体积的增加是由于混凝土毛细孔径变大且连通,
从而减少了起缓冲冻胀压力的储备孔,致使混凝土受冻后产生较大
的膨胀压力。特别是承受反复的冻融循环后,混凝土将遭受严重的
结构性破坏。因此,为提高混凝土的抗冻性,必须严格控制水灰比,
必要时,甚至需人工干预,如加引气剂实施“人工造孔”。
从提高混凝土材料抗冻性而言,主要有两个技术手段:一是提供
冻胀破坏的缓冲空腔,加引气剂就是最重要的基本手段;二是增强
材料本身的冻胀抵抗力,控制较小水灰比和较高的抗压强度。
3、混凝土的饱水状态
混凝土的冻害与其饱水程度有关。一般认为含水量小于孔隙总体
%会产生冻结膨胀压力,在混凝土完全保水状态下,
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其冻结膨胀压力最大。混凝土的饱水状态主要与混凝上结构的部位
及其所处的自然环境有关。在大气中使用的混凝上结构,其含水量均
达不到该值的极限,而处于潮湿环境的混凝土,其含水量要明显增
大。最不利的部位是水位变化区,此处的混凝上经常处于干湿交替
变化的条件下,受冻时极易破坏。此外由于混凝土表层的含水率通
常大于其内部的含水率,且受冻时表层的温度均低于其内部的温度,
所以冻害往往是由表层开始逐步深入发展的。
4、混凝土的受冻龄期
混凝土的抗冻性随龄期的增长而提高。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,这一点对旱期受冻
的混凝上史为重要。
5、水泥品种及集料质量
混凝土的抗冻性随水泥性增高而提高。活普通硅酸盆水泥混凝土
的抗冻性优于混合水泥混凝土的抗冻性。这是由于混合水泥需大量
水所致。
集料对混凝上抗冻性影响主要体现在集料吸水量的影响及集料
木身抗冻性的影响。一般在碎石及卵石都能满足混凝上抗冻性的要
求,自山风化岩等坚固性差的集料才会影响混凝土的抗冻性。对在
严寒地区或经常处于潮湿或干湿交替作用状态下的室外混凝土,则应
注意优选集料。
冻结破坏的程度和范围取决于石料的密度。因此,为了保证抗冻
性,必须改变混凝土的宏观结构。其原则是:应用小碎石混凝土。
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在有条件的情况下,完全不用大石料,向耐久的细粒式宏观结构过
渡。为了提高耐久性,应选用抗折强度较高的混凝土。在被改变了宏
观结构的混凝土中,细粒式混凝土抗折强度最大,重混凝土中小碎
石混凝上抗折强度最大。
6、外加剂的影响
引气剂、减水剂及引气型减水剂、纤维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,纤维提高混凝上
的抗拉伸能力,最终都能提高混凝土的
二、提高混凝土抗冻性的措施
1、掺用引气剂或减水剂及引气型减水剂
引气剂、减水剂及引气型减水剂等外加剂均能提高混凝土的抗冻
性。由于在混凝土中引入空气泡会使混凝土抗压强度下降,但引入
合适级配及合适尺寸的微小气泡,可使混凝上的抗折强度提高,这
对于道路混凝土是十分有利的,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,
最终能提高混凝土的抗冻性。掺引气剂是提高混凝土抗冻性的主要
措施。混凝土路面施工时必须掺入引气剂,
2、严格控制水灰比,提高混凝土的密实性
如上所述,水灰比是影响混凝土密实性的主要因素。因此为了提
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高混凝土的抗冻性也必须从降低水灰比入手,当前最为有效的方法
是掺减水剂,特别是高效减水剂。许多研究成果及生产实践表明,
%~%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%,抗冻性也能相应提高。
3、加强早期养护或掺入防冻剂防止混凝土早期受冻
混凝土早期冻害直接影响混凝土的正常硬化及强度增长,因而冬
季施工时必须对混凝土加强早期养护或适当加入早强剂或防冻剂,
严防混凝土早期受冻。
4、掺用纤维
纤维的选用也是很有必要的,纤维能够均匀的分布在混凝土内
部,可以大幅度提高混凝土的强度和抗折性能,当混凝上在受冻胀
作用时,纤维起到拉伸作用,因此,对混凝土有一定的抗冻融作用,
可以大大提高混凝土寿命。
5、选用合适的原材料
水泥品种对抗冻性有影响,主要是因为其中熟料部分的相对体积
,纯熟料硅酸盐水泥混凝
土,通常比掺矿物混合料的硅酸盐水泥,特别是火山灰质水泥和矿
渣水泥混凝土的抗冻性好。实践及试验表明,对有抗冻要求的混凝土
应优先选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。
6、提高混凝土强度

保证高抗冻性的基础,但另一方面,强度愈高,往往干缩也较大,
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同时较脆、易裂,所以应保证有合理的混凝土强度一般而言,混凝
土强度与水灰比、集料品种、集灰比、水泥性质及养护过程等因素有
关。
综上所述,北方地区的路桥工程,一定要将混凝土的抗冻性能作
为控制指标。另外,混凝土只有在饱水时才会因受冻破坏,因此只
要把混凝土内的饱水度控制在很低的水平上,混凝土的冻剥蚀破坏
就可大为降低。因而,从结构设计阶段起就考虑快速排除路而融化水
的问题,将更有利于延长混凝土结构的使用寿命。
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