淺議提高水工混凝土抗凍性能的有效途徑

段自健

（新疆北方建設(shè)集團(tuán)有限公司 奎屯市 833200）

北方寒冷地區(qū)，水工混凝土負(fù)溫時(shí)內(nèi)部水分凍結(jié)，各孔隙周壁上產(chǎn)生相當(dāng)大的內(nèi)壓力，引起孔壁的脹大并產(chǎn)生拉應(yīng)力；正溫時(shí)冰雖融化，但孔壁已產(chǎn)生塑性變形不能復(fù)原，反復(fù)凍融，孔隙加大，凍層加深，致使混凝土開(kāi)裂并逐漸遭受破壞。凍融對(duì)混凝土的破壞極為突出和嚴(yán)重，凍害現(xiàn)象在北方地區(qū)的各類建筑中都有不同程度的發(fā)生。因此，抗凍混凝土要比一般混凝土的耐久性要求高，防止遭受凍融損壞的技術(shù)措施也要嚴(yán)格。為此，有關(guān)部門制定了一系列保證抗凍混凝土質(zhì)量的技術(shù)監(jiān)督措施，如《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL/T 191-96）》（以下簡(jiǎn)稱SL/T 191-96）和《水工混凝土施工規(guī)范（J 148-2002）》（下簡(jiǎn)稱J 148-2002）等。如何有效提高混凝土的抗凍性是保證混凝土耐久性的前提之一。

1 混凝土抗凍性的技術(shù)要求

（1）設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

規(guī)范SL/T 191-96中規(guī)定：混凝土抗凍標(biāo)號(hào)分別為 F50、F100、F150、F200、F300 和 F400 六級(jí)。 抗凍標(biāo)號(hào)按28天齡期的試件確定。經(jīng)試驗(yàn)論證后，也可以利用60天或90天齡期的試件測(cè)定?；炷量箖鰳?biāo)號(hào)應(yīng)根據(jù)建筑物所在地區(qū)的氣候條件、凍融循環(huán)次數(shù)、表面局部小氣候、水飽和程度、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性和檢修條件等確定，混凝土抗凍標(biāo)號(hào)的最小允許值詳見(jiàn)SL/T 191-96第一部分4.4條的規(guī)定。

（2）對(duì)施工的要求。

規(guī)范J 148-2002規(guī)定：混凝土的水灰比，應(yīng)根據(jù)對(duì)混凝土性能的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)試驗(yàn)確定，并規(guī)定有抗凍要求的混凝土必須摻用引氣劑。水灰比允許值見(jiàn)表1。

表1 水灰比最大允許值

（3）混凝土抗凍性的檢驗(yàn)。

《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SD 105-82）把慢凍法和快凍法并列為兩種標(biāo)準(zhǔn)方法，根據(jù)統(tǒng)一試驗(yàn)所得結(jié)果來(lái)評(píng)定混凝土抗凍性，方法見(jiàn)表2。

表2 混凝土抗凍性評(píng)定方法

按規(guī)定混凝土試塊制作成15 cm×15 cm×5 cm的立方體，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后用慢凍方法進(jìn)行試驗(yàn)。慢凍法一次凍融循環(huán)時(shí)間為 8 h，凍融條件：在（-17～-20）℃凍4h （降溫過(guò)程不計(jì)），（15～20）℃融4h為一個(gè)循環(huán)。慢凍法要同時(shí)滿足強(qiáng)度損失不超過(guò)25%，重量損失率不超過(guò)5%時(shí)最大循環(huán)次數(shù)的條件?？靸鲈嚰?0 cm×10 cm×40 cm 棱柱體，快凍法（2～4）h 為一個(gè)循環(huán)，要滿足相對(duì)動(dòng)彈性模量值不小于60%和重量損失率不超過(guò)5%時(shí)的最大循環(huán)次數(shù)的條件。

2 提高混凝土抗凍性能的有效途徑

在北方地區(qū)為保證混凝土建筑物有足夠的耐久性，不但要求配合比設(shè)汁正確、原材料質(zhì)量可靠，而且還要按施工規(guī)程要求施工。

（1）必須摻引氣劑。

試驗(yàn)證明，不摻引氣劑的混凝土，即使水泥用量增加到540 kg/m3，水灰比降至0.35，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了更高次數(shù)的抗凍需要。凍融50次強(qiáng)度降低28.2%。因此在普通級(jí)配的混凝土中摻入少量引氣劑（一般用與水泥重量的比例為 1∶10 000～1.2∶10 000 的松香酸鈉榕液），是提高抗凍性的最有效方法。J 148-2002中規(guī)定水工混凝土含氣量宜采用下列數(shù)值，見(jiàn)表3。其他國(guó)家在規(guī)范上對(duì)含氣量也有嚴(yán)格要求，見(jiàn)表4。

表3 國(guó)內(nèi)水工混凝土含氣量

表4 國(guó)外混凝土含氣量

國(guó)外推薦的含氣量較我國(guó)實(shí)際使用含氣量偏低1%～1.5%?？箖龌炷烈凶銐虻暮瑲饬?，但過(guò)多會(huì)影響坍落度，合適的含氣量是最重要的。要求氣泡盡量小，分布均勻。

引氣劑是一種憎水性表面活性劑。溶于水中。在拌和過(guò)程中由于混入一些空氣，引氣劑分子被吸附到空氣泡表面而產(chǎn)生大量穩(wěn)定、均勻、微小的氣泡，直徑在（0.025～0.300）mm。這些大量互不連通的氣泡隔斷了毛細(xì)管滲水通道，使外部水分不易滲入。在負(fù)溫下混凝土表面水分凍結(jié)使體積增加9%膨脹量時(shí)，微泡又能起一定的緩沖作用。在含氣量小變的情況下，氣泡直徑愈小，數(shù)量愈多，分布越均勻，抗凍性越高，會(huì)免除或減少水泥石因凍脹出現(xiàn)的裂縫和裂縫的繼續(xù)擴(kuò)大，因而提高了混凝土的抗凍抗?jié)B性能。

（2）嚴(yán)格控制水灰比。

在其他條件相同的情況下，水灰比越大抗凍性能越差。因?yàn)槎嘤嗟挠坞x水會(huì)在混凝土硬化過(guò)程中逐漸蒸發(fā)，形成大量開(kāi)口孔隙，而毛細(xì)孔無(wú)法被完全填塞.造成混凝土吸水性、滲透性增大，起不到防凍的作用。相反，水灰比較小，硬化后混凝土內(nèi)部密實(shí)，強(qiáng)度也相應(yīng)高，內(nèi)部可凍水少，孔隙結(jié)構(gòu)改善，大大提高抗凍性。SDJ 207-82規(guī)定混凝土水灰比通過(guò)試驗(yàn)確定，不得超過(guò)表1的規(guī)定。

（3）選擇合適的水泥品種及用量。

實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐證明，水工抗凍混凝土應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥含量中C3A<8%，防止生成硫酸鋁鹽。純熟料硅酸鹽水泥通常比摻礦物混合料的硅酸鹽水泥，特別是火山灰質(zhì)和礦渣水泥的抗凍性能好。規(guī)范規(guī)定水泥標(biāo)號(hào)不得低于425#，在嚴(yán)寒地區(qū)水工抗凍混凝土的水泥用量不應(yīng)少于300 kg/m3，不超過(guò)500 kg/m3。用量過(guò)多或過(guò)少除給混凝土質(zhì)量帶來(lái)不利影響外，還會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成損失。

（4）選擇抗凍性良好的骨料。

用堅(jiān)硬、密實(shí)的集料配制的混凝土耐久性好；粒徑太大或扁平比例大、軟弱順粒和有縫隙的骨料，不宜用于水工混凝土。集料的熱脹系數(shù)應(yīng)同周圍砂漿膨脹系數(shù)相接近，含雜質(zhì)量一般應(yīng)小于0.5%。吸水率較小的骨料均會(huì)提高抗凍性，經(jīng)試驗(yàn)，天然礫石及河砂石較多的混凝土可以滿足抗凍要求。

（5）選擇最佳砂率。

砂漿的抗凍性比混凝土好，適當(dāng)提高砂率改善和易性，能使伴和物獲得最大流動(dòng)性，保持良好的粘聚性和保水性。確定最佳砂率可按選定的水灰比，保持水泥用量不變，在其條件相同的情況下，坍落度最大的試配拌和物所用砂量為最佳砂率。砂的粒徑以中砂為宜，含雜質(zhì)量小于1%，用量略大于普通混凝土，一般以35%～37%為宜。

（6）選擇合適的施工季節(jié)。

隨著混凝土齡期的增加，水泥不斷水化，內(nèi)部可凍結(jié)水量減少，同時(shí)水中溶解鹽的濃度增加，因而冰點(diǎn)也隨齡期的增加而降低，抗凍性能逐漸提高。為防止水工建筑物在早期遭受凍害，選擇合適的施工季節(jié)，使建筑物在使用前得到良好的養(yǎng)護(hù)，有足夠的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)時(shí)間是必要的。

3 抗凍混凝土施工的質(zhì)量保證

良好的配合比、質(zhì)量?jī)?yōu)良的原材料，是獲得高質(zhì)量混凝土的可靠保證。配料的計(jì)量，引氣劑含量的控制，水灰比、坍落度的隨時(shí)抽查，都是施工過(guò)程中質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，也是保證混凝土抗凍性的重要措施。往往試驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果合格，但實(shí)際產(chǎn)品質(zhì)量卻較差，原因之一就在于實(shí)際施工中質(zhì)量監(jiān)督把關(guān)不嚴(yán)。施工過(guò)程中的拌和、運(yùn)輸及振搗成型、養(yǎng)護(hù)一系列操作都要嚴(yán)格執(zhí)行施工規(guī)范的要求。在施工過(guò)程中要根據(jù)氣溫嚴(yán)格控制含氣量，隨時(shí)檢查調(diào)整，保證拌和物有足夠的含氣量，這是提高抗凍性的最重要措施。成品的外觀不應(yīng)有蜂窩、麻面等缺陷，保證混凝土具有良好的密實(shí)性和均勻性。要加強(qiáng)混凝土的后期養(yǎng)護(hù)，盡量減少水分蒸發(fā)，以免造成早期脫水，從而產(chǎn)生裂縫。還要防止混凝土早期受凍，保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。