混凝土抗冻性试验方法的探讨

混凝土抗冻性试验方法的探讨

刘进

山东电力建设第一工程公司山东济南250100

摘要：混凝土出现冻融现象，会造成混凝土的老化，由于混凝土的使用范围广，所以对于混凝土的抗冻性试验方法的研究有利于解决混凝土的冻融现象，减缓混凝土的老化现象。

关键词：混凝土；抗冻性；试验方法

基于混凝土已经成为我国建筑业主要的建筑材料的情况，对于研究混凝土冻融现象有利于混凝土施工技术的普及和推广，以此满足不同地域大规模施工建设的需要。

一、混凝土抗冻试验的意义

混凝土冻融破坏成为我国混凝土结构出现老化问题之一，它的出现对混凝土建筑物的使用寿命和安全运行情况都有影响。虽然我国混凝土已经具备一定耐久性但是，对于混凝土冻融问题的解决还是存在问题。我国的混凝土抗冻试验的开展主要以快冻法为主，但是还是存在试验结果不确定的特性。进行混凝土抗冻性试验有利于减少混凝土因为冻融而出现老化现象。以此解决混凝土老化进而拆除所造成的环境污染问题，抗冻性试验可以减少在恶劣环境施工条件下，混凝土施工质量不佳的情况。

二、试验方法和机理研究

对于混凝土抗冻性试验的理论和实践研究有利于解决试验乃至实际施工中的问题。明确试验机理从而能够指导试验方法，而试验结果能够佐证试验机理。

1.机理研究

现在世界上所有的对混凝土受冻破坏机理的评价方法都是基于对其抗冻和破坏理论的各异理解上。世界上的混凝土冻结破坏机理学说主要有三种。

第一种就是Powers提出的静水压理论，其实验理论就是：关注冻结土层温度的变化过程中混凝土体积膨胀，进而出现水泥石内毛细孔产生拉应力强度达到极限，混凝土内部就会进而出现细纹。

第二种就是Helmuth提出的渗透严理论。静水压试验中由于水泥浆体解冻过程中的水向着冷源移动，所以基于改现象其提出渗透压理论。溶液浓度增加，毛细孔与凝胶孔之间的浓度差越拉越大，进而形成渗透压。

第三种就是G.G.Litvan的补充理论。包含在多孔固体周围的水不重新分布就不会出现冻结情况，所以孔隙较大的多孔固体一旦出现冻融循环且水不能发生归位还原反应而就会出现裂缝间隙间出现冰扩大的情况。

除了以上三种主要理论外，还有Setzer的微冰晶透镜模型理论，其认为冻融主要在混凝土达到一定饱和状态下才会出现内部破坏。而冷缩和融化的湿胀是产生饱和作用的主要原因。

然而到目前为止，对于混凝土冻融现象产生的原因进行科学说明的理论是没有的，要么在实验中依据静水压、补充理论或者补充理论进行实际试验，但是对于试件的破损情况不能完全进行把握，导致出现试验偶有偏差。

2.试验方法

1）国内试验方法

由于特殊的历史条件，我国的试验方法主要引进的是上世纪中叶，前苏联和东欧国家的技术。我国国内主要根据有关普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法的规定，将抗冻性试验方法分为慢冻和快冻两种方法。二种试验的所需时间和测料标准是不同的，下面我就来简单的介绍这二种方法。

慢冻法

该方法又称气冻水融，主要是对混凝土棱柱立方体进行2小时到4小时气冻水融，到出现试件质量不完整度大于5%，并且相对动弹性模量不超过60%就要及时停止试验。试验周期比较漫长。慢冻法以慢冻法作为抗压强度损失以及失重率作为主要判定标准，慢冻法采用的混凝土冻融循环对抗压强度敏感度的破坏。再加上基于在许多试验中部分试件，出现经受冻融循环后反而质量增大的现象，且其试验周期比较长工作量大的缺点，所以慢冻法已经在业界逐渐被取消。

快冻法

快冻法的出现减少了慢冻法周期长以及工作量大的缺点，而进行的非破损检验。这种试验时间主要根据抗冻要求而定，但是相对慢冻法要省时间的多，试件数量也相对要少，重量损失率较小。试件冻融后许多次后其自振频率较之未进行循环冻融前的自振频率却增大，基于这种情况快冻法的可靠性还是有待考证。但是快冻法的使用在国内还是比较常见。

国外试验方法

国外对混凝土抗冻性试验方法有盐冻法、慢冻法还有快冻法。

快冻法

快速冻融的试验方法主要有快速水冻水融法以及快速气冻水融法。前者主要是将混凝土在水中冻结和融化，通过观察水的浓度以及冻融循环，对混凝土内部抗压强度来进行混凝土相对动弹性模量以及重量损失检测。后者主要是将混凝土在空气中进行冻结之后，再移到水中进行化解解冻过程。

盐冻法

盐冻法主要是基于盐在水中能够影响水的结冰的时间，当盐度达到一定数值后就会出现延缓水体结冰的情况。进而就会影响试件的冻融循环。此类方法只有美国等国实行，中国还没有对其进行研究。

三、影响试验的因素

对于影响试验结果的环节要进行实时监控，首先就要先对材料进行把控，再对施工环境进行分析。尽量找到影响混凝土冻融的关键性因素。

试验原材料

1）水泥

水泥作为混凝土中最主要的组成材料，其自身的强度就决定了混凝土结构的强度。水泥的好坏直接决定了混凝土失水、温度徐变以及磨耗的情况。水泥的使用恰当可以减缓混凝土出现冻融现象。

2）集料以及凝胶材料

在混凝土中集料是最为重要的复合材料之一，占混凝土体积百分之七十以上，其起到混凝土骨架作用，凝胶是混凝土中又一个重要的复合材料，凝胶主要是在混凝土凝结硬化过程中起到化学收缩和干燥收缩的作用。而往往集料和凝胶材料一起使用，一方面基料可以作为凝胶材料的填充物，另一方面也能够减少混凝土出现体积变化问题。

3）钢筋

钢筋在混凝土施工中属于固定骨骼的作用，对于其在混凝土中出现冻融的作用，可以理解为，钢筋解决混凝土因冻融进而引发的混凝土断裂现象大发生。

对于原材料的配置和搅拌，能够保证在进行混凝土抗冻性试验过程中不会因为试件自身建筑问题而影响试验结果。而在试件自身建筑中其实最关键的因素就是水泥与集料以及凝胶材料的配置和充分搅拌上。

2.内部破坏

对于所有实验室内进行的混凝土抗冻性试验都要以内部破坏作为试验的重要指标，因为检验混凝土长期抵抗冻融循环的能力，就是要减少试件内部的破坏力、抗剥落以及气孔结构的出现。其中内部破坏是混凝土抗冻性的决定因素而剥落以及气孔结构式附加标准。

四、对于混凝土抗冻性试验方法的思考

在混凝土抗冻性试验的实验室中，对于混凝土试验方法和原料的采集往往虽然严格按照试验流程和步骤走，但是还是会出现意想不到的结果，这是由于试验中的混凝土抗冻性试验，无法模拟野外真实的施工过程，所以在解决混凝土抗冻试验中不可能用一种理论进行解释，必须将关于混凝土抗冻试验的所有理论和实践相结合。

在进行混凝土抗冻试验时，考虑实际施工过程中试件既要承受负荷作用外，还要受到环境因素的困扰，如风吹日晒、温度突变以及泥沙和河流冲刷等复杂的地质地理环境。光光看试件在冻融状态下零负重的试验，并且只通过试件的冻融循环一项试验内容，就能得出的数据是不能让人信服的。应该采用一种方法将使用材料进行模拟真实环境下的操作，以满足工程实际需要。

结束语

正是由于混凝土使用方便且价格低廉已经成为我国主要的建筑材料，但是由于施工环境和天气以及地质环境的变迁，极易出现冻融现象，所以对于混凝土的冻融现象进行研究，进而开展混凝土抗冻性能试验以此来解决混凝土的冻融问题，但是在实际操作中，就会出现试验结果不能服务于实际施工的情况，所以在试验中一定要还原真实的施工环境才能破解混凝土冻融之谜。

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