混凝土抗冻性能主要受哪些因素影响

根据混凝土冻融破坏的机理，并结合国内外的研究成果及三峡工程的施工经验，通过对混凝土抗冻性能的各种影响因素的综合分析，探讨了从混凝土原材料选择，优化配合比和加强混凝土生产、施工过程的控制来合理提高混凝土抗冻能力的途径。

成都圆柱子木模板厂家总结混凝土抗冻性能主要受以下因素的影响：

1、凝土拌和物的流变特性

研究混凝土的抗冻性能必须从掌握其流变特性开始。新拌混凝土的流变学模型属于不典型的宾汉姆体，兼具粘性和塑性的特征。其凝结硬化过程表现为混凝土拌和物从粘、塑性向粘、弹性的演变。拌和物的流变学特性在实际应用中集中表现为其工作性能。粘聚性、保水性和流动性是混凝土工作性能的具体体现。工作性能良好的混凝土流变学上具有内聚作用较大、内摩擦较小的特点。硬化过程中泌水少.其硬化产物结构致密，内部孔隙分布均匀.气泡直径和气泡间距相对较小。有利于提高混凝土的抗冻性能。坍落度是混凝土流动性的常用指标。

从掺引气刑及减水剂的混凝土坍落度与含气量的关系图中可以看出，含气量随着混凝土坍落度增大而增加，含气量达到峰值后，坍落度若继续增大，引气效果反而下降。这是因为混凝土流动度太大时分子间范德华力变弱，致使拌和物粘度下降，气泡容易逸出。干硬性混凝土由于流动性差，引气困难，与常规混凝土相比，要获得同样的引气效果，引气剂的掺量要增加几倍。

例如为满足含气量要求，三峡二期工程左导墙使用的碾压混凝土引气剂掺量达4×10-4 ，而常规混凝土中掺量仅为8×10-5 。影响混凝土流变特性的因素除原材料的物化性能外，配合比参数如砂率、骨料级配、用水量、水灰比等也起着至关重要的作用。

2、凝土组成材料

(1)水泥品种

三峡二期工程抗冻混凝土主要使用中热525#水泥，试验结果表明，中热水泥混凝土的抗冻性能特别是早期抗冻性能要优于低热水泥混凝土，其原因在于中热水泥中熟料含量比低热水泥高，早期水化更加充分，水泥水化产物占据空间较多，并且中热水泥需水量—般较小，由于多余水分逸出产生的孔隙数量也相应减少。根据凝胶孔及毛细孔的形成及作用原理可知，中热水泥混凝土硬化产物孔结构中凝胶孔比重较大，提高了混凝土的抗冻性能。

(2)掺合料

粉煤灰三峡工程采用的一级优质粉煤灰需水量比在95%以下，可改善混凝土拌和物的和易性。降低混凝土的拌和用水量，减少因水分蒸发、泌水产生的毛细孔数量。但由于粉煤灰中碳含量的孔隙吸附对引气剂具有抑制作用，混凝土中掺入粉煤灰将导致引气剂掺量的增加，另外，用粉煤灰取代部分水泥会显著降低混凝土的早期抗冻性能。随着龄期的增长，粉煤灰二次水化产物对内部毛细孔产生填充作用，粉煤灰混凝土的后期抗冻性能会有所改观。但从显微结构看，粉煤灰二次水化产物中的子孔隙尺寸大于水泥水化产物中的凝胶孔;如果粉煤灰掺量过多，水泥水化产生的Ca(oH)2数量不能满足粉煤灰二次水化的需要，还会造成粉煤灰水化不足，导致混凝土结构疏松，孔隙状况恶化，抗冻性能必然大幅度降低。

因而，在抗冻要求较高的混凝土中，对粉煤灰掺量的选择必须持审慎态度。在水灰比为0.5时采用葛洲坝中热525#水泥在不同粉煤灰掺量情况下混凝土90天龄期相对动弹模及重量损失与冻融循环次数的关系曲线。

从图中可以看出，当粉煤灰掺量达到50%时，混凝土抗冻性能明显下降。至于低热425水泥，在同样水灰下，粉煤灰掺量达到30%就已经不能满足D250的抗冻性能要求，其原因在此不再赘述。

硅灰目前三峡工程尚未使用硅灰作为混凝土掺和料，但随着抗冲耐磨混凝土应用的不断深入，对掺硅灰混凝土性能的研究将会逐步展开。硅灰作为一种超细颗粒的填充料对混凝土抗冻性能的影响较为复杂。首先，硅灰对水泥的空隙具有填充作用，能大大提高混凝土拌和物的粘聚性和密实度并促进气泡的稳定存在;但是硅灰使新拌混凝土粘度大幅度增加，不利于气泡体系的形成。

此外，由于硅灰的填充作用使得混凝土内部孔径减小，水分子通道变细，水分在负温下转移发生困难，静水压力增大，从而对含气量及气泡间距提出更高的要求;同粉煤灰一样.硅灰中的碳含量对引气剂的功能也有抑制作用。总体来说，硅灰会降低混凝土的抗冻性能。因此，在配制混凝土时必须增加引气剂的掺量并采用超塑化剂以满足抗冻性能的要求。从而发挥硅灰在增强方面的巨大优势。

(3)料

集料本身的抗冻性能会影响整个混凝土体的抗冻性能，抗冻性能好的水泥砂浆不能保护抗冻性能差的集料和混凝土免遭冻融作用的破坏。集料的抗冻性能主要取决于自身的抗压强度。此外，集料的种类对混凝土的抗冻性能也有较大的影响。表l是三峡左岸临时船闸混凝土配合比试验中，人工骨料和天然骨料二级配混凝土抗冻性能对比试验结果。从表l中可以看出，人工骨料混凝土的抗冻性能明显低于天然骨料混凝上，这主要是由于人工骨料表面粗糙降低了混凝土的流动度从而导致用水量增加的结果。

(4)面活性别和引气剂

水泥品种粉煤灰掺用水量坍落度含气量抗冻种类量/%/kg/m3 /mm/%标号

人工骨料低热425# 201487.74.7D75中热525# 301486.93.3D500.55天然骨料低热425# 201168.1/D100中热525# 301167.74.8D125

在混凝土中使用引气剂是提高混凝土抗冻性能的最为快捷有效的途径。掺入引气剂，可在凝肢体内部产生大量直径500μm左右的球形封闭气泡，极大地提高了混凝土的抗冻性能。从图4可以看出。掺引气剂与否对混凝土抗冻性能影响甚大。但掺引气剂易导致气泡尺寸偏大。影响混凝土强度。三峡二期工程中采用ZB—lA减水剂和DH—9引气剂复合的技术较好地解决了这个问题。ZB—1A减水剂减水率在20%以上。可有效减少拌和水用量，其分散作用还可促使气泡保持均匀分布。因此，掺减水剂能降低硬化混凝土的孔隙率，改善孔隙结构及分布状况，从而抵消因引气剂导入的气泡尺寸过大产生的负面影响。

(5)灰比

水灰比是影响混凝土抗冻性的重要参数。根据水泥水化的化学反应方程式计算，水泥完全水化的理论水灰比为0.237，多余水分将成为孔隙形成的直接原因。显然。水灰比小的混凝土孔隙率小，浆体强度高。同时，伴随扎隙率降低，混凝土内部可发生相变的水分减少，负温体积膨胀相应减小(见表2)。对于引气效果而言，水灰比小的混凝土拌和物，分子间内聚作用强，粘聚性好，能阻止气泡在拌和物中的的移动，使气泡的融合和逸出发生困难，从而有效地抑制了气泡尺寸的增长并有利于保持含气量的稳定。因此，伴随水灰比减小混凝土抗冻能力得到明显提高。图5和图6反应了不同水灰比的混凝土动弹模及重量损失与冻融次数关系的规律。

(6)和及振捣方式

总的来说，拌和时间越长，拌和机具效率越高，则拌和物中气泡分布越均匀数量越稳定，有利于提高混凝土抗冻性能。三峡二期工程通过试验论证，确定混凝土的适宜拌和时间为120s，夏季加冰期间延长为150s。此外，还必须考虑运输振捣时间的选择，振捣时间过短会导致混凝土不密实，形成蜂窝、麻面等缺陷，时间过长，则气泡逸出，运输时间过长也易造成含气损失，都不利于混凝土抗冻性能的提高。

(7)养护条件

当养护温度适宜、湿度较大时。混凝土中水分蒸发少，水化充分，孔隙率及孔隙平均尺寸减小，同时由于水化产物阻隔了水分子通道，使得开口孔隙数量减少，可发挥“储备”作用的闭合孔数量增加，因此，建立良好的养护制度有利于提高混凝土的抗冻性能。