高寒高海拔地區(qū)混凝土抗凍性試驗(yàn)論述

龔 鴿

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

由于我國(guó)土地廣闊，而且高寒高海拔地區(qū)所占地域頗多，所以混凝土在橋梁，隧道工程的建筑中難免會(huì)出現(xiàn)破壞的問(wèn)題。其中在高寒高海拔等地區(qū)的影響最為明顯，混凝土建筑物被損害的程度更加夸張。

1 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土抗凍性研究的現(xiàn)狀

目前世界各個(gè)領(lǐng)域?qū)炷量箖鲂缘难芯吭囼?yàn)都頗感興趣，凸顯出了混凝土的抗凍性能目前存在的問(wèn)題過(guò)多，需要逐一的解決。并且國(guó)內(nèi)外的各種機(jī)構(gòu)都對(duì)混凝土的性能開(kāi)展了相關(guān)的學(xué)術(shù)研究，試圖提高混凝土的抗凍性能以及其它方面的性能。

1.1 目前國(guó)外研究的現(xiàn)狀

在二十世紀(jì)四十年代期間，早有國(guó)外的相關(guān)機(jī)構(gòu)就針對(duì)混凝土抗凍方面的性能開(kāi)展了研究試驗(yàn)，總結(jié)出來(lái)的理論主要有靜水的壓力學(xué)說(shuō)，其中在凍結(jié)的過(guò)程中，低溫可以通過(guò)混凝土建筑物的四面八方進(jìn)行滲透，形成之后再封閉混凝土建筑物。隨著溫度的持續(xù)降低，會(huì)持續(xù)擴(kuò)大冰凍的影響范圍，從而導(dǎo)致混凝土建筑物會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的細(xì)紋，并逐步的遭受損壞。因此要對(duì)混凝土建筑物中孔間距系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)混凝土的抗凍性能。

在之后長(zhǎng)期的研究實(shí)驗(yàn)中又不斷有新的發(fā)現(xiàn)，水在水泥漿體的流動(dòng)中是跟隨著冷凍源的移動(dòng)而移動(dòng)，于是滲透壓力論學(xué)說(shuō)又隨之產(chǎn)生。由于負(fù)溫度狀態(tài)下的水是首先凍結(jié)的，從而增大了溶液的濃度，使得濃度差在毛細(xì)孔和凝膠孔內(nèi)溶液兩者之間越增越大，在擴(kuò)散的同時(shí)，滲透壓也隨之生成。所以一旦混凝土中的飽水總和突破臨界點(diǎn)時(shí)，混凝土的損壞程度也會(huì)隨之增高。并經(jīng)過(guò)后期相關(guān)機(jī)構(gòu)和相關(guān)學(xué)者不斷的研究試驗(yàn)得到論證，即當(dāng)混凝土建筑物處于長(zhǎng)期的凍融循環(huán)周期時(shí)，混凝土的抗凍性能還受到了天氣變化以及凍融循環(huán)周期的影響。

1.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

在國(guó)外對(duì)混凝土的抗凍性能進(jìn)行研究試驗(yàn)的同時(shí)，我國(guó)對(duì)混凝土的抗凍性能也開(kāi)展了長(zhǎng)期的研究試驗(yàn)，并取得了一定的成效。

高抗?jié)B的混凝土由華南理工大學(xué)試驗(yàn)成功；混凝土中耐久性的應(yīng)用試驗(yàn)是由馮乃謙等進(jìn)行的；同時(shí)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的教授也針對(duì)混凝土在鹽漬溶液中的凍融循環(huán)等展開(kāi)了研究試驗(yàn)。還有許多機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)混凝土抗凍高性能的關(guān)注度頗高，并且國(guó)家以及各省也針對(duì)混凝土高性能的研究試驗(yàn)提供了資金上的幫助。全國(guó)建筑物鑒定與加固委員會(huì)被建立，有許多的學(xué)術(shù)討論會(huì)議在這里展開(kāi)，并在之后國(guó)內(nèi)陸續(xù)構(gòu)建了全國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)規(guī)定以及中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)會(huì)，混凝土耐久性的相關(guān)委員會(huì)等，不難發(fā)現(xiàn)國(guó)家對(duì)混凝土抗凍等性能的重視程度。在國(guó)內(nèi)一系列的課題研究下，將混凝土高寒高海拔形勢(shì)下的抗凍性能中的負(fù)溫力學(xué)性能、早期開(kāi)裂、以及溫度變形和干縮變形等的規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納總結(jié)，同時(shí)將混凝土在不同負(fù)溫狀態(tài)下的凍融損壞機(jī)理提出了更為開(kāi)拓的研究空間，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行了精細(xì)的闡述，并針對(duì)如何有效提高混凝土中的抗凍性能提出了行之有效的解決渠道。

2 如何有效提高混凝土的抗凍性能

通過(guò)對(duì)混凝土凍融機(jī)理的分析研究，力求找尋出提高混凝土抗凍性能的最有效渠道。

2.1 淺析混凝土凍融的破壞機(jī)理

由于凍融而引發(fā)的混凝土表體材料受到的大小不一的開(kāi)裂破損等現(xiàn)象以及在凍融后引發(fā)的混凝土建筑物內(nèi)部的破壞造成的混凝土根本性質(zhì)的變動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)彈性的模量大幅度降低的現(xiàn)象，這兩種現(xiàn)象都是混凝土受到凍融破壞中的主要狀況。凝膠孔和毛細(xì)孔以及氣泡等是混凝土構(gòu)件孔隙的主要組成，并且混凝土的抗凍性能并不能通過(guò)孔隙率來(lái)決定，在一定程度上依賴于孔隙分布狀態(tài)。假使負(fù)溫度狀態(tài)保持穩(wěn)定，則在混凝土的構(gòu)件中只有一部分水為可凍結(jié)，可凍結(jié)水在混凝土構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生的范圍是破壞程度的直觀表現(xiàn)。

另一方面，混凝土中孔隙率的孔分布是連續(xù)性的，水在這些分布區(qū)域中的凍結(jié)次序是逐一進(jìn)行的，同一時(shí)間凍結(jié)的幾率非常低。水泥漿中最主要的溶液是鹽類稀溶液，在發(fā)生冰凍之后，會(huì)轉(zhuǎn)化為冰以及更高濃度的溶液，在負(fù)溫度的狀態(tài)發(fā)生不同變化時(shí)，其濃度也會(huì)隨之不斷變化。

此外，水分在水壓的壓力影響下，會(huì)發(fā)生一系列的凍結(jié)膨脹的變化，多余的水在水壓的作用力下將向外流推動(dòng)，逐漸抵消水流產(chǎn)生的壓差。另外要充分運(yùn)用引氣混凝土，能夠?yàn)榛炷恋目箖鲂阅芴峁?qiáng)有力的保障，并且要充分結(jié)合施工過(guò)程中的相關(guān)案例，盡量避免使用吸水率高的骨料的，使用較小粒徑的骨料，能夠提高混凝土的抗凍性能。

2.2 針對(duì)如何提高混凝土抗凍性能的有效策略

第一，適量的加入引氣劑和減水劑。減水劑的加入可以有效的提高混凝土的工作性能并對(duì)其組分不構(gòu)成影響或改變，在這種狀態(tài)下，用水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少，能夠?qū)⑺冶葴p小。在對(duì)混凝土的工作性能和強(qiáng)度不構(gòu)成影響的背景下，對(duì)水和水泥的使用量適當(dāng)?shù)臏p小，特別是高效減水劑的分散功能在水泥的顆粒中有很顯著的作用，能夠?qū)⒒炷恋墓ぷ餍阅艽蠓母纳啤?/p>

引氣劑的適量加入能夠?qū)⒎€(wěn)定性極高的小氣泡引入到混凝土中，能夠有效的阻隔毛細(xì)孔和孔隙的連續(xù)性，將混凝土中的毛細(xì)孔通道有力的隔斷。同時(shí)還可以對(duì)裂縫的擴(kuò)大進(jìn)行有效的控制，引氣劑還具備一定程度的減水功能，能夠?qū)⒒炷翗?gòu)件中比較大的毛細(xì)孔通道進(jìn)行合理的減少。所以引氣劑的適當(dāng)加入可以有效的將混凝土的密實(shí)程度和抗?jié)B透性能進(jìn)行鞏固，并且引氣劑中的小氣泡能夠在冰產(chǎn)生膨脹時(shí)進(jìn)行壓力緩解，并將滲透壓力也一并的緩解，進(jìn)一步提升混凝土的抗凍性。

第二，要對(duì)水灰比進(jìn)行有效的控制。在混凝土的密實(shí)程度中水灰比是關(guān)鍵要素，水灰比減小則會(huì)更進(jìn)一步提升混凝土的抗凍性。在現(xiàn)階段的有力措施是將減水劑進(jìn)行適量的加入，尤其是高效減水劑的應(yīng)用。通過(guò)施工經(jīng)驗(yàn)和有力數(shù)據(jù)分析，高效減水劑的適量加入大大提升了混凝土的抗凍性能。

第三，要提前摻入防凍劑有效保護(hù)混凝土。在高寒高海拔地區(qū)有特定的一套混凝土加熱熱養(yǎng)護(hù)方法，其中有電熱法、蒸汽養(yǎng)護(hù)法和熱拌混凝土的蓄熱養(yǎng)護(hù)方法等。與此同時(shí)在早期階段適量的摻入防凍劑進(jìn)行，能夠使得混凝土在負(fù)溫度的狀態(tài)下獲得有效的保護(hù)，并將抗凍性能大大提高。

第四，選用優(yōu)質(zhì)堅(jiān)實(shí)的的集料。集料對(duì)混凝上抗凍性影響主要是集料吸水率的影響及集料本身抗凍性的影響，因此吸水率小，抗凍性強(qiáng)的集料是拌制混凝土的首選材料?；炷羶鼋Y(jié)破壞的程度和范圍取決于石料的密度，密度越大，孔隙越少，同時(shí)集料粒徑越大，比表面積越小，界面受凍破壞的可能性就越大，為了保證混凝土抗凍性，可以考慮改變混凝土的結(jié)構(gòu)，建議應(yīng)用粒徑較小的碎石混凝土，提高混凝土的抗凍性能。

3 總結(jié)

本篇文章通過(guò)對(duì)大量的施工經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，綜合出小部分提高混凝土抗凍性的有效策略，相信在技術(shù)水平的不斷完善下，能夠推動(dòng)我國(guó)建設(shè)事業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。

[1]曹永康.解讀"混凝土抗凍性的定量化設(shè)計(jì)"一文[J].混凝土與水泥制品,2011,(7):1-3.

[2]吳峰濤.混凝土抗凍性試驗(yàn)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014,(23):792-793

[3]魏勝國(guó).提高混凝土抗凍性實(shí)施方法探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013,(27).