摘要：闡述了混凝土抗凍性研究對結(jié)構(gòu)耐久的重要的意義，分析了混凝土凍融破壞機(jī)理，綜述了影響混凝土抗凍性的主要因素，提出了提高混凝土抗凍性的一些措施。
　　關(guān)鍵詞：混凝土；凍融破壞；影響因素
　　1 引言
　　近年來，隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求越來越高，因此，混凝土的耐久性問題受到高度重視，人們對混凝土耐久性認(rèn)識(shí)也越來越廣。在各種設(shè)計(jì)規(guī)程中，均把耐久性列為混凝土的一項(xiàng)重要指標(biāo)，尤其在一些大型工程中，對混凝土的耐久性問題更加重視。混凝土的耐久性是指混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素作用下保持其工作能力的性能[1]。
　　耐久性指標(biāo)包括抗凍性、抗碳化、抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子侵蝕等，各項(xiàng)指標(biāo)之間密切相關(guān)。抗凍性作為混凝土耐久性的非常重要的指標(biāo)，引起了國內(nèi)外研究者的普遍重視。凍融破壞是混凝土建筑物在自然條件下經(jīng)受干濕、冷熱、凍融交替等破壞作用．影響建筑物的使用，降低建筑物的壽命。在我國北方地區(qū)，由于混凝土建筑物冬季氣溫經(jīng)常在0℃以下或正負(fù)溫度交替，很容易使建筑物發(fā)生凍融破壞，凍融剝蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性下降，危及建筑物的安全運(yùn)行。因此，凍融破壞是我國北方混凝土的主要破壞形式之一，因此研究混凝土的抗凍性非常必要。
　　2混凝土凍融破壞機(jī)理
　　混凝土孔隙中的自由水就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要原因。由于制備混凝土要求有一定的流動(dòng)性，水泥水化的用水量一般都要低于加入的拌合水量，剩余的水分便以游離水滯留于混凝土中，游離水在流動(dòng)過程中會(huì)在混凝土內(nèi)部留有一定的毛細(xì)孔以及形成透水路徑。由膨脹壓和滲透壓理論可知，吸水飽和的混凝土在凍融過程中遭受的破壞力主要由兩部分組成：
　　(1)膨脹壓力
　　當(dāng)溫度降到0℃以下時(shí)，凍害從溫度較低的表層開始，表層毛細(xì)管中的水先凍結(jié)，水結(jié)冰時(shí)體積增大9%，水結(jié)冰時(shí)的破壞作用，主要發(fā)生在充滿了水的較粗孔隙內(nèi)。當(dāng)孔隙中的水快速冰結(jié)時(shí)，在孔隙內(nèi)將產(chǎn)生很大的膨脹壓力，伴隨這種相變產(chǎn)生的膨脹壓力；使毛細(xì)管壁受到拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生膨脹破壞。
　　(2)滲透壓力
　　混凝土內(nèi)部變相產(chǎn)生的膨脹壓力，使得剩余的水分遷移至附近的孔隙和毛細(xì)管中，在水的運(yùn)動(dòng)過程中，產(chǎn)生液體壓力，在這一過程中產(chǎn)生水壓力，使孔壁受到拉應(yīng)力，造成材料體積膨脹。解凍后，材料體積收縮，但會(huì)留下部分殘余應(yīng)力變形，產(chǎn)生凍融劣化，硬化水泥石的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，抗拉強(qiáng)度降低，嚴(yán)重的時(shí)候產(chǎn)生剝蝕破壞。當(dāng)混凝土受凍時(shí)，這兩種壓力會(huì)損傷混凝土的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，經(jīng)多次凍融后，損傷不斷積累及擴(kuò)大，發(fā)展成許多大的裂縫，使混凝土的強(qiáng)度逐漸降低，最終使得混凝土結(jié)構(gòu)由表及里遭受破壞。
　　3影響混凝土抗凍性的主要因素
　　1.含氣量
　　在混凝土中加入一定量的引氣劑，可使混凝土中形成一些細(xì)小的圓形封閉氣孔，進(jìn)一步提高混凝土的流動(dòng)性，減少拌合物的離析和泌水，提高混凝土的均勻性，改善混凝土的耐久性（抗?jié)B性、抗凍性）。在美國、日本、加拿大等國家，引氣劑在混凝土中的使用是很普遍的，甚至也用于高強(qiáng)混凝土中。摻入引氣劑是提高混凝土含氣量有效途經(jīng)，以達(dá)到提高抗凍耐久性的目的。因此，含氣量也是影響混凝土抗凍性的主要因素。為使混凝土具有較好的抗凍性，其最佳含氣量約為5%-6%。混凝土中加入引氣劑產(chǎn)生了均勻穩(wěn)定、互不相通的微小氣泡，這些互不連通的微細(xì)氣孔不僅部分阻斷了混凝土內(nèi)的開口連通孔隙，同時(shí)在混凝土孔隙中的自由水凍結(jié)膨脹時(shí)，能使毛細(xì)孔中的靜水壓力減小，即起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過程中，這些孔隙可阻止或抑制水泥漿中微小冰體的生成。在混凝土中必須保證氣孔的均勻分布，這樣才能使混凝土具有較好的抗凍性。
　　在混凝土中平均孔隙間距隨含氣量增加而減小，在最佳含氣量條件下，孔隙間距將會(huì)防止凍融造成的壓力過大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)混凝土含氣量超過6%后，抗凍性不再提高[2]。
　　3.水灰比
　　混凝土的抗凍性主要取決于混凝土的水灰比及含氣量，由于含氣量取決于骨料最大粒徑，也可以說，當(dāng)混凝土的含氣量滿足骨料最大粒徑的要求時(shí)，混凝土的抗凍性取決于混凝土的水灰比。嚴(yán)格限制混凝土的水灰比對于保證較高的抗凍性仍然是十分必要的。水灰比不僅直接影響混凝土的孔隙率及結(jié)構(gòu)，還間接影響混凝土各種性能(強(qiáng)度、耐久性等)。在同樣良好成型條件下，水灰比不同，混凝土密實(shí)程度、孔隙結(jié)構(gòu)也不同，其抗凍性能也不同。在含氣量基本相同的條件下，水灰比愈大，混凝土中氣泡平均尺寸及其間距均增大，此時(shí)在水泥漿中可凍水的含量也相應(yīng)增大，從而導(dǎo)致混凝土的抗凍性顯著下降。反之，水灰比愈小，氣泡平均尺寸也隨之減小，氣泡個(gè)數(shù)增加，可以大大提高混凝土的抗凍性。因此，為提高混凝土的抗凍性，必須嚴(yán)格控制水灰比。
　　2.粉煤灰
　　隨著混凝土材料科學(xué)的發(fā)展，粉煤灰在混凝土中應(yīng)用越來越廣泛。粉煤灰由于其化學(xué)成分、礦物組分及顆粒形態(tài)等特征，在混凝土中主要產(chǎn)生三大效應(yīng)，即活性效應(yīng)（火山灰效應(yīng)）、形態(tài)效應(yīng)及微集料效應(yīng)[3]。
　　(1)活性效應(yīng)可以降低混凝土中Ca(OH)2濃度，其不僅減弱了溶析導(dǎo)致的混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的劣化；而且經(jīng)過二次水化反應(yīng)消耗了混凝土中薄弱的Ca(OH)2結(jié)晶，使混凝土內(nèi)部孔隙率得到降低，不但改善了混凝土孔結(jié)構(gòu)，還提高了混凝土的密實(shí)性。
　　(2)形態(tài)效應(yīng)有利于減少混凝土用水量，這是由于粉煤灰的小球形顆粒形狀在骨料之間起到填充和潤滑作用，提高混凝土的流動(dòng)性，此外，細(xì)小粉煤灰顆粒有助于水充分地散開，提高混凝土的保水性，防止泌水，從而可以減低了水灰比，提高混凝土的密實(shí)度。
　　(3)微集料效應(yīng)使混凝土內(nèi)部空隙細(xì)化，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性。
　　由此可見，混凝土中摻入粉煤灰可以有效降低水灰比、細(xì)化混凝土內(nèi)部空隙，提高其密實(shí)性，從而減少了有害孔的相對數(shù)量，提高混凝土的抗凍性能。然而，混凝土中的粉煤灰含量應(yīng)該存在一個(gè)最佳含量值，當(dāng)粉煤灰摻量過大時(shí)，由于粉煤灰的容重小于水泥的，大約為水泥的2/3，將使得膠凝材料的體積增大，體積增大必將導(dǎo)致混凝土表面吸附水的增加，使其流動(dòng)性降低，混凝土不能夠很好的密實(shí)，混凝土密實(shí)性下降，使得環(huán)境中的水容易進(jìn)入，混凝土的抗凍性能自然會(huì)降低。由于混凝土中摻入適量的粉煤灰，可以提高混凝土的密實(shí)度、保水性，降低了水灰比，根據(jù)混凝土凍融破壞機(jī)理，當(dāng)混凝土飽水程度較低時(shí)，混凝土在凍融循環(huán)過程中的破壞應(yīng)當(dāng)很小。故摻加了粉煤灰的混凝土抗凍性較好。
　　4.水飽和度
　　混凝土的凍融破壞還與其飽水程度密切相關(guān)。冰凍破壞主要是由于混凝土中水份結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，一般認(rèn)為含水量小于孔隙總體積的91.7%就不會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)膨脹壓力，在混凝土完全飽水狀態(tài)下，其凍結(jié)膨脹壓力最大。因此濕凍（完全水飽和）要比干凍的破壞作用大得多。混凝土的飽水狀態(tài)主要與混凝土結(jié)構(gòu)的部位及其所處的自然環(huán)境有關(guān)。經(jīng)常處于潮濕環(huán)境下的混凝土，其含水量明顯高于處于大氣中的混凝土。然而，最容易發(fā)生凍融破壞是位于水位變化區(qū)的混凝土，此處的混凝上經(jīng)常處于干濕交替變化的環(huán)境中，受凍時(shí)極易破壞。此外，由于處在一定環(huán)境下的混凝土，其表面含水率通常大于其內(nèi)部的含水率，因此凍害往往是由表層開始逐步深入發(fā)展的。
　　4結(jié)論
　　綜上所述，混凝土的凍融破壞通常是一個(gè)緩慢的過程，在實(shí)際中影響混凝土凍融破壞的因素也比較復(fù)雜，影響混凝土凍融破壞的主要因素有含氣量、水灰比、粉煤灰摻量及水飽和度等等。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可以采取添加引氣劑及摻合料，嚴(yán)格控制水灰比等一些措施來降低混凝土的凍融破壞，對大量、大規(guī)模的現(xiàn)場露天澆搗混凝土更應(yīng)加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，特別是在北方寒冷地區(qū)，更應(yīng)重視，由此來提高混凝土的抗凍性及耐久性。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]王媛俐,姚燕.重點(diǎn)工程混凝土耐久性研究與工程應(yīng)用,北京:中國建材工業(yè)出版社,2001
　　[2]陳應(yīng)欽.引氣劑的作用及高性能混凝土引氣劑的研究.新型建筑材料，2002(2)
　　[3]傅智.破壓泥凝土杭凍性初步試驗(yàn)研究[J].混凝土.1991