洪水英，石 鵬

（葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測有限公司，湖北宜昌 443002）

隨著國內(nèi)基建工程快速發(fā)展，混凝土使用范圍和使用量逐年增加，特別是北方地區(qū)，由于北方地區(qū)氣候環(huán)境條件惡劣，對(duì)混凝土使用要求不斷提高，在寒冷地區(qū)混凝土工程耐久性成為人們主要考慮的問題，它直接決定著工程的質(zhì)量和安全性，關(guān)乎人民的生命安全。特別是近年來，鐵路和公路工程快速發(fā)展，基建工程隊(duì)經(jīng)濟(jì)推動(dòng)作用非常明顯，所以混凝土性能好壞顯得格外重要。但是影響混凝土耐久性的因素眾多，比如抗腐蝕性、抗凍性以及碳化等。其中混凝土抗凍性在寒冷地區(qū)或者某些地區(qū)冬季成為工程建設(shè)者重點(diǎn)考慮問題，通過對(duì)以往寒冷地區(qū)橋梁混凝土工程研究，發(fā)現(xiàn)混凝土抗凍性能差，當(dāng)溫度低于0℃時(shí)混凝土凍結(jié)，而溫度高于0℃時(shí)混凝土又會(huì)融化，長此以往，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致其工程尺寸改變，給整個(gè)工程的安全性帶來隱患。

1 混凝土的凍融破壞機(jī)理

混凝土是一種多孔性材料，因此需要加多余水化水。但是由于混凝土含水多，在寒冷環(huán)境中就會(huì)結(jié)冰，結(jié)冰使水體積變大，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成混凝土遭受凍害，多次凍融循環(huán)可以破壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過相關(guān)理論可知，混凝土在遇冷后發(fā)生凍害主要是由于以下兩個(gè)原因：

（1）膨脹壓力，當(dāng)混凝土遇到0℃以下溫度時(shí)，毛細(xì)孔內(nèi)的水發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰后導(dǎo)致體積至少膨脹了9%，體積膨脹使毛細(xì)孔壁形成約束壓力，導(dǎo)致在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。

（2）滲透壓力。由于混凝土存在表面張力，其中毛細(xì)孔隙中的水分冰點(diǎn)會(huì)受到空隙大小的影響，當(dāng)孔徑減小時(shí)，其冰點(diǎn)逐漸降低。所以大孔隙中水結(jié)冰，而小空隙中水成為過冷水而不會(huì)結(jié)冰，那么在混凝土結(jié)構(gòu)中，由過冷水和冰的飽和蒸氣壓之差以及過冷水之間由于鹽濃度不同而導(dǎo)致水分遷移，產(chǎn)生了滲透壓。一旦混凝土使用環(huán)境處于低溫，這種滲透壓就會(huì)產(chǎn)生力作用，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，經(jīng)過反復(fù)的凍融破壞，逐漸擴(kuò)大破壞范圍，造成混凝土強(qiáng)度不斷減弱，直到整個(gè)橋梁混凝土工程發(fā)生破壞。凍融作用對(duì)混凝土破壞作用主要是由混凝土抗凍性能決定的，所以對(duì)混凝土抗凍性能研究非常有必要。

2 混凝土凍融破壞原因及主要影響因素

2.1 混凝土的水灰比

混凝土是由水和灰按照一定的比例混合而成的，這個(gè)比例對(duì)混凝土的抗凍性能有較大的關(guān)系，當(dāng)水的含量增加，就使其內(nèi)部的孔道變多，能吸收和容納的水分就越多，大量的水分意味著混凝土在受凍后體積膨脹更為嚴(yán)重，產(chǎn)生更為嚴(yán)重的膨脹壓力和滲透壓力，嚴(yán)重影響混凝土的抗凍性能。根據(jù)前文提到的膨脹理論可知，水在結(jié)完冰后能導(dǎo)致體力膨脹至少9%，使混凝土中的水變成冰時(shí)會(huì)把其內(nèi)部結(jié)構(gòu)脹裂。但如果混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔內(nèi)沒有完全充滿水，就可以減小凍融帶來的影響，一般來說，當(dāng)混凝土毛細(xì)孔內(nèi)的水飽和度低于91%時(shí)，能有效控制混凝土受凍破壞程度。由此可知，混凝土的含水量多少對(duì)它自身的抵抗低溫的性能有很大的關(guān)系，混凝土內(nèi)部水飽和度對(duì)混凝土的凍融破壞有直接影響。

2.2 混凝土的含氣量

為防止膨脹壓力和滲透壓力對(duì)混凝土造成嚴(yán)重的影響，一般在進(jìn)行混凝土制作時(shí)會(huì)摻入引氣劑，引氣劑能產(chǎn)生大量的氣泡，且在混凝土內(nèi)部呈現(xiàn)出微小和不連續(xù)的狀態(tài)，這些不連續(xù)的氣泡能有效緩解凍融過程所產(chǎn)生的膨脹和滲透壓力影響。引氣劑產(chǎn)生的小氣泡把混凝土中的水隔離到不同的地方，使混凝土中的水不能大量的聚集造成較大的膨脹，，使水飽和度保持在91%以下，這樣提高了混凝土的抗凍性，所以，調(diào)節(jié)混凝土中這些不連續(xù)小氣泡的含量要適度，發(fā)揮引氣劑的積極作用。

2.3 摻和料對(duì)混凝土抗凍性的影響

在混凝土的制作過程中會(huì)加入一些其他原料來改善自身的性能，一般有硅粉、粉煤和礦渣，長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰能有效提升混凝土的抗凍性，采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰進(jìn)行摻和時(shí)要注意使用引氣劑保證一定的含氣量。使用硅粉進(jìn)行摻和時(shí)，可以在很大程度上減少混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變減少孔隙率，進(jìn)一步減少毛細(xì)孔中水分的含量，從而提高混凝土的氣泡參數(shù)，有效提高混凝土的抗凍性。

3 提高混凝土抗凍性的措施

3.1 摻用引氣劑和減水劑及引氣型減水劑

混凝土平均氣泡間距在改善混凝土抗凍性能上起到很大的指導(dǎo)作用，它是作為評(píng)價(jià)混凝土抗凍性的一個(gè)最為直觀的標(biāo)準(zhǔn)?；炷林蟹忾]空間內(nèi)的氣泡是通過引氣劑產(chǎn)生的，所以引氣劑添加量越多，則混凝土氣泡量就越多，那么平均氣泡間距就越小，這樣就可以把部分的水分驅(qū)趕到外部，從而達(dá)到提高混凝土抗凍性能的要求。結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)可知，摻和引氣劑的混凝土的抗凍性優(yōu)于與不摻入引氣劑的混凝土，但是并不是引氣劑加入的量越多越好，它有一個(gè)臨界值，一旦超出臨界值，再增加混凝土氣泡含量，混凝土抗凍性能反而出現(xiàn)下降，盡管混凝土氣泡平均間距減小，但是由于氣泡多，使自身的密度和受力強(qiáng)度減小，進(jìn)而抗凍性也會(huì)降低，一般來說，混凝土平均含氣量控制在4%~7%之間比較合適。

3.2 嚴(yán)格控制混凝土水灰比從而提高其密實(shí)性

密度作為混凝土重要的質(zhì)量強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)混凝土性能影響非常顯著，水和膠的比例與混凝土的密度息息相關(guān)，而密度又是混凝土抗凍性的影響因素，所以，最常用的方法是在混凝土中添加減水劑。在混凝土生產(chǎn)過程中，通過減水劑可以大幅降低混凝土拌和需要的水量，同時(shí)還能使混凝土拌合物分散均勻，使混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)微的變化，自身的強(qiáng)度也會(huì)大大的增強(qiáng)，國內(nèi)許多的報(bào)告指出，混凝土的最大水膠比在高寒低溫地區(qū)的大氣環(huán)境應(yīng)控制在0.50 以內(nèi)，可以很大程度的提高混凝土的抗凍性。

3.3 加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)或摻入防凍劑

混凝土的日常護(hù)理方法很多，通常可以采取蒸汽養(yǎng)護(hù)法、電熱法以及伴熱混凝土蓄養(yǎng)護(hù)等方法來加強(qiáng)混凝土早起養(yǎng)護(hù)。但是當(dāng)前大多數(shù)施工單位采用蒸汽來養(yǎng)護(hù)，這種方法需要大量的蒸汽，對(duì)養(yǎng)護(hù)帶來一定難度。所以可以加入早強(qiáng)劑或者防凍劑等，以增強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)效果。但當(dāng)前市場上銷售的防凍劑主要是亞硝酸鹽類，對(duì)混凝土有一定的腐蝕作用。鑒于此，我國開始研制新型的混凝土早強(qiáng)劑和防凍劑，比如我國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的新型產(chǎn)品可以起到很好的養(yǎng)護(hù)效果，其中ST 型早強(qiáng)減水劑和防凍劑不含鉻鹽和氯離子，對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)不會(huì)有銹蝕作用，當(dāng)混凝土應(yīng)用在北方寒冷地區(qū)時(shí)，其能夠在低溫環(huán)境中正常施工，抗凍性能非常良好，不影響工程質(zhì)量。

3.4 加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制

混凝土的質(zhì)量是影響其自身抗凍性能的關(guān)鍵因素，只有質(zhì)量把控好，抗凍性自然就會(huì)提高。在施工之前，需要嚴(yán)格按照相關(guān)管理程序，組織現(xiàn)場施工人員和管理人員，做好學(xué)習(xí)和培訓(xùn)等混凝土生產(chǎn)和施工的專業(yè)知識(shí)，特別是混凝土粉料的性能以及配合比參數(shù)，掌握混凝土現(xiàn)場生產(chǎn)的系統(tǒng)知識(shí)內(nèi)容。另外還需要注意混凝土配合符合設(shè)計(jì)要求，混凝土各粉料在摻和過程中，要采用較為精確的計(jì)量手段，嚴(yán)格按照配合比完成混凝土生產(chǎn)，避免配合比不對(duì)而導(dǎo)致混凝土抗凍性能下降。特別是要注意混凝土配料的比例單位，對(duì)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例以及允許偏差要控制好，避免出現(xiàn)計(jì)量過程中看錯(cuò)配料單位，導(dǎo)致生產(chǎn)的混凝土質(zhì)量變差。比如，粗細(xì)骨料質(zhì)量允許偏差要控制在±2%，水以及其他添加劑要控制在±1%。對(duì)于混凝土原料，要控制好質(zhì)量，粗骨料的要盡可能的選擇小顆?！，F(xiàn)場管理人員需要按照技術(shù)交底內(nèi)容進(jìn)行把關(guān)，控制生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，落實(shí)好各項(xiàng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，控制質(zhì)量。

4 結(jié)論

近年來，隨著國內(nèi)公鐵項(xiàng)目推進(jìn)，寒冷地區(qū)開展道路橋梁工程日益增多，同時(shí)面臨的工作環(huán)境也越來越嚴(yán)峻，導(dǎo)致混凝土工程出現(xiàn)不同程度的破壞，特別是道路橋梁混凝土的凍融破壞問題。通過本文對(duì)橋梁混凝土凍融破壞機(jī)理分析，討論混凝土抗凍性能主要影響因素，對(duì)混凝土的凍融剝蝕問題有了更加深入的認(rèn)知。并且研究還給出了解決寒冷地區(qū)橋梁混凝土凍融破壞問題，提高混凝土抗凍性能的有效對(duì)策，為混凝土應(yīng)用發(fā)展提供一定的指導(dǎo)作用。另外，為了提高工程質(zhì)量，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，工程人員還應(yīng)該采取其他積極措施，進(jìn)一步延長橋梁混凝土的使用壽命，確保工程質(zhì)量安全。