1、寒冷地区混凝土施工中冻结问题研究【摘要】混凝土受冻害损伤可以区分为两种情况：一是外部损伤。是由于冻融引起的混凝土表面材料的损伤常见为混凝土剥落脱皮：二是内部损伤，是没有表面可见效应而在混凝土内部产生的损害，它导致混凝土性质改变（如抗压强度降低） 。至于新拌混凝土受冻害损伤后则会导致混凝土冻胀破坏。寒冷地区混凝土施工中的冻害问题一直是国内外施工管理的一大难题。文章分析了冬季混凝土施工中混凝土冻结的主要影响因素以及相应的防冻结的对策和措施。 【关键词】寒冷地区 混凝土施工 冻结问题 中图分类号：TV544 文献标识码： A 文章编号： 在我国寒冷地区，冬季从第一年的十月中旬一直延续到第二年的四月中
2、旬，约占全年的一半时间，因此，在我国的北方和西方，冬季施工是不可避免的，而冬季施工中如何防治混凝土冻害也成为施工单位的一大难题。 一、冻害分析 混凝土冻害是混凝土中的水分结冰膨胀，水分重新分配，冰晶累积破坏了混凝土正常凝结硬化的结构，且强度和耐久性大幅度降低。混凝土中的水分可分为化学结合的结晶水、胶凝水、毛细孔水、胶体表面吸附水及存在于表面张力范围内的自由水。这几类水的量和分配比例随混凝土的组成、凝结硬化程度而变化。结晶水为固态，不受冰冻影响。胶凝水与胶凝物构成胶态，存在于胶凝孔中，胶凝孔的孔径在 1520 微米，CORDON 提出胶凝孔中水的冰点为-75。毛细水吸附予毛细孔壁，毛细水的冰点随
3、着毛细孔径的减少而降低。有的学者认为孔径小至 50150 微米，冰点温度就可降低 30然后结冰。由于电解质影响，即使不掺入外加剂，混凝土中自由水的冰点亦低于零度，约为-0.30.5。胶体表面的物理吸附水，随着吸附约束力的增加而降低。新拌混凝土凝结硬化过程中，负温环境和降温速度是高能位水向低能位冰移位相变，即水分重新分配、冰晶累积产生冻害的外部条件，混凝土组成部分、凝结硬化速度和成熟的程度是减少和阻止冻害的原因。特征分析如下： 1、混凝土表面呈现平行模板的针型冰道以致明显的冰花状冰道，发酥。取芯观察冻害深度仅在 1cm 以内，内部的混凝土凝结硬化正常，强度无损。 2、混凝土表面粗糙，无平行模板的
4、针型冰道，回弹值较高，弹击时有空鼓感，超声测试声速很低，以致丢波不易读数。取芯观察冻害深达3cm7cm，主筋与混凝土脱离，有的芯样取出后冻害层就脱落，内部混凝土凝结硬化正常，强度无损。 3、混凝土表面粗糙，无平行模板的针型冰道，敲击无空鼓感，回弹、超声测值都低，取芯观察冻害较深，冻害由表向里呈阶型逐渐减轻，但到与正常硬化的界面冻害又加重。 4、混凝土表面粗糙，无针型冰道，敲击无空鼓感，取芯观察表里无明显差异，但芯样强度较正常凝结硬化的低 3050。 冬季混凝土施工中混凝土冻结的主要影响因素分析 1、水泥。因在早期水泥品种、组成影响混凝土的水化程度，从而影响可冻结水量和早期强度。龄期短的混凝土抗
5、冻性差，这不仅由于混凝土的强度低。而且由于毛细孔多。一般来说水泥标号高，强度大，抗冻性较好。掺混合材料的水泥水化较慢，标号较低，抗冻性也就较差些。但也要看到另一面，掺矿渣或其他混合材料的水泥后期水化较完全。由于氢氧化钙与混合材料的二次反应，产生更多的胶体，水化用水较纯熟料水泥多因此后期毛细孔较少，且后期强度也较高，这是对抗冻性有利的一面。因此如果建筑物在受冻前混凝土的龄期较长，掺混合材料的水泥抗冻性不一定差。苏联学者认为，水泥的品种和活性对混凝土抗冻性有影响，主要是因为其中的熟料部分的相对体积不同和硬化速度的变化。总结己建工程运行实践和室内混凝土的抗冻性试验。对有抗冻要求的混凝土应优先选用硅酸
6、盐水泥或普通硅酸盐水泥。 2、骨料。骨料在混凝土冻害过程中起很重要的作用。在同样的水灰比养护条件下，选择的骨料不同，其抗冻性有着很大的差别。骨料对混凝土抗冻性的影响主要决定于骨料本身的抗冻性。如果粗骨料的质量很差，孔隙多，吸水率大，冻结时产生很大的静水压力，使骨料内的水份向水泥石迁移。由于水泥浆体硬化时的收缩，骨料与周围水泥石的界面上存在微细孔隙，这些孔隙如同毛细孔一样，冻结时产生静水压力，同时也降低了界面粘结力，所以混凝土往往在这界面处开始破坏。而多孔骨料含有很多空气泡时，可以起到水泥浆体中同样的“蓄水”卸压作用，对抗冻性却是有利的。骨料粒径越大，则比表面越小，界面受冻破坏的可能性越大。因此
7、粒径大而吸水率大的骨料对混凝土抗冻性不利而粒径小的多孔骨料对抗冻性有利。因此，尽量采用吸水率小于 3细骨料和吸水率小于 2的粗骨料。粗骨料对混凝土抗冻融性的影响不仅取决于它的吸水性也取决于骨料表面粘结性及粗骨料与砂浆热膨胀系数的差异等。因为冻融作用对混凝土的温度变化影响很大，在反复的冻融过程中，水分侵入松弛的混凝土组织，使混凝土结构早期破坏。当含盐的骨料受冻融循环作用时。由于盐的浓度差而产生渗透压使混凝土的抗冻融性能也降低。 三、冬季混凝土施工中混凝土防冻结的对策和措施。 1、保持正温养护条件 （1）对组成混凝土的原材料进行加热，以使混凝土拌合物的出机温度不宜低于 10，浇筑成型后温度不宜低于
8、 5。在有条件时，应尽可能提高混凝土的温度，并尽量延长混凝土在成型后保持正温的时间； （2）充分利用预加的热量和水泥的水化热量，同时对混凝土结构部位进行保温覆盖，使混凝土缓慢冷却； （3）必要时对混凝土结构所处空间进行封闭并用炉火加热或采取其他加热措施，使环境温度及混凝土内部温度始终处于正温状态，直到混凝土内部温度降至 0时可达到抗冻临界强度。 2、使混凝土尽快达到受冻前的临界强度 冬期施工的混凝土，为了尽快使混凝土达到抗冻临界强度。 优先选用硅酸盐或普通硅酸盐水泥，且水泥的强度等级不宜低于42.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于 300 kg； 最大限度降低水灰比，应使水灰比不大于 0.
9、6，并加入早强剂； 为了减少冻害，应将配合比中的用水量降至最低限度。其办法是控制坍落度，加人减水剂，优先加入高效减水剂。 3、掺混凝土防冻剂 掺入混凝土防冻剂，使冰晶体发生改变，且在负温下使混凝土中存在液态水，具备水泥水化的基本条件。 （1）防冻剂的组分 防冻剂一般由防冻组分、早强组分及减水组分复合构成。其中防冻组分为核心成分，由它来保证混凝土中液相水的存在，早强组分用来促进水泥的硬化，减水组分用来减少拌和用水量，从而降低混凝土中的含冰量，提高混凝土的密实度和抗冻害能力。 （2）掺防冻剂的混凝土试验结果 通过对几组未加防冻剂的空白混凝土和掺入防冻剂的混凝土强度进行对比试验，结果表明：加入适当防
10、冻剂的混凝土，虽经冷冻，但其各项物理力学性能均不低于同样配合比的空白标准养护的混凝土。而不加防冻剂的混凝土，在同等养护条件下，混凝土抗压强度降低 30一50；另外，前苏联的学者也曾经做过大量研究，证实了在负温环境中混凝土强度增长较快的是拌合物中溶液与冰同时存在，而不是拌合物中完全没有冰存在的状况。掺有防冻剂的混凝土拌合物中含冰量在3050范围内时混凝土强度增长快且无冻害发生。如果拌合物中冰晶达到 60时，则混凝土实质上已经受到冻害，其强度会永久地受到损失。 结束语 在混凝土冬期施工过程中，项目部应根据不同的气候情况，采取有效的防冻措施，并加强现场质量检查，切实保证混凝土冬期施工质量。 参考文献： 1 冯浩，朱清江混凝土外加剂应用手册S 2王卫国，徐晓燕，徐在礼混凝土冬季施工需注意的问题J山西建筑，2007，33(30)：172173 3迟培云，杨旭李金渡大体积混凝土的冬手冷法施工技术J低温建筑技术2000(3) 4管华龙冬季施工预防措施J山西建筑2008(8) 5李慧春冬季施工的经验和体会J山西建筑，2007(8)
