摘要：闡述了混凝土抗凍性研究對結構耐久的重要的意義，分析了混凝土凍融破壞機理，綜述了影響混凝土抗凍性的主要因素，提出了提高混凝土抗凍性的一些措施。
　　關鍵詞：混凝土；凍融破壞；影響因素
　　1 引言
　　近年來，隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對混凝土結構的耐久性要求越來越高，因此，混凝土的耐久性問題受到高度重視，人們對混凝土耐久性認識也越來越廣。在各種設計規(guī)程中，均把耐久性列為混凝土的一項重要指標，尤其在一些大型工程中，對混凝土的耐久性問題更加重視。混凝土的耐久性是指混凝土結構在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內部因素作用下保持其工作能力的性能[1]。
　　耐久性指標包括抗凍性、抗碳化、抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子侵蝕等，各項指標之間密切相關。抗凍性作為混凝土耐久性的非常重要的指標，引起了國內外研究者的普遍重視。凍融破壞是混凝土建筑物在自然條件下經受干濕、冷熱、凍融交替等破壞作用．影響建筑物的使用，降低建筑物的壽命。在我國北方地區(qū)，由于混凝土建筑物冬季氣溫經常在0℃以下或正負溫度交替，很容易使建筑物發(fā)生凍融破壞，凍融剝蝕導致結構的承載能力和耐久性下降，危及建筑物的安全運行。因此，凍融破壞是我國北方混凝土的主要破壞形式之一，因此研究混凝土的抗凍性非常必要。
　　2混凝土凍融破壞機理
　　混凝土孔隙中的自由水就是導致混凝土遭受凍害的主要原因。由于制備混凝土要求有一定的流動性，水泥水化的用水量一般都要低于加入的拌合水量，剩余的水分便以游離水滯留于混凝土中，游離水在流動過程中會在混凝土內部留有一定的毛細孔以及形成透水路徑。由膨脹壓和滲透壓理論可知，吸水飽和的混凝土在凍融過程中遭受的破壞力主要由兩部分組成：
　　(1)膨脹壓力
　　當溫度降到0℃以下時，凍害從溫度較低的表層開始，表層毛細管中的水先凍結，水結冰時體積增大9%，水結冰時的破壞作用，主要發(fā)生在充滿了水的較粗孔隙內。當孔隙中的水快速冰結時，在孔隙內將產生很大的膨脹壓力，伴隨這種相變產生的膨脹壓力；使毛細管壁受到拉應力，導致混凝土產生膨脹破壞。
　　(2)滲透壓力
　　混凝土內部變相產生的膨脹壓力，使得剩余的水分遷移至附近的孔隙和毛細管中，在水的運動過程中，產生液體壓力，在這一過程中產生水壓力，使孔壁受到拉應力，造成材料體積膨脹。解凍后，材料體積收縮，但會留下部分殘余應力變形，產生凍融劣化，硬化水泥石的組織結構發(fā)生破壞，抗拉強度降低，嚴重的時候產生剝蝕破壞。當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土的內部微觀結構，經多次凍融后，損傷不斷積累及擴大，發(fā)展成許多大的裂縫，使混凝土的強度逐漸降低，最終使得混凝土結構由表及里遭受破壞。
　　3影響混凝土抗凍性的主要因素
　　1.含氣量
　　在混凝土中加入一定量的引氣劑，可使混凝土中形成一些細小的圓形封閉氣孔，進一步提高混凝土的流動性，減少拌合物的離析和泌水，提高混凝土的均勻性，改善混凝土的耐久性（抗?jié)B性、抗凍性）。在美國、日本、加拿大等國家，引氣劑在混凝土中的使用是很普遍的，甚至也用于高強混凝土中。摻入引氣劑是提高混凝土含氣量有效途經，以達到提高抗凍耐久性的目的。因此，含氣量也是影響混凝土抗凍性的主要因素。為使混凝土具有較好的抗凍性，其最佳含氣量約為5%-6%。混凝土中加入引氣劑產生了均勻穩(wěn)定、互不相通的微小氣泡，這些互不連通的微細氣孔不僅部分阻斷了混凝土內的開口連通孔隙，同時在混凝土孔隙中的自由水凍結膨脹時，能使毛細孔中的靜水壓力減小，即起到減壓作用。在混凝土受凍結冰過程中，這些孔隙可阻止或抑制水泥漿中微小冰體的生成。在混凝土中必須保證氣孔的均勻分布，這樣才能使混凝土具有較好的抗凍性。
　　在混凝土中平均孔隙間距隨含氣量增加而減小，在最佳含氣量條件下，孔隙間距將會防止凍融造成的壓力過大。實驗表明，當混凝土含氣量超過6%后，抗凍性不再提高[2]。
　　3.水灰比
　　混凝土的抗凍性主要取決于混凝土的水灰比及含氣量，由于含氣量取決于骨料最大粒徑，也可以說，當混凝土的含氣量滿足骨料最大粒徑的要求時，混凝土的抗凍性取決于混凝土的水灰比。嚴格限制混凝土的水灰比對于保證較高的抗凍性仍然是十分必要的。水灰比不僅直接影響混凝土的孔隙率及結構，還間接影響混凝土各種性能(強度、耐久性等)。在同樣良好成型條件下，水灰比不同，混凝土密實程度、孔隙結構也不同，其抗凍性能也不同。在含氣量基本相同的條件下，水灰比愈大，混凝土中氣泡平均尺寸及其間距均增大，此時在水泥漿中可凍水的含量也相應增大，從而導致混凝土的抗凍性顯著下降。反之，水灰比愈小，氣泡平均尺寸也隨之減小，氣泡個數增加，可以大大提高混凝土的抗凍性。因此，為提高混凝土的抗凍性，必須嚴格控制水灰比。
　　2.粉煤灰
　　隨著混凝土材料科學的發(fā)展，粉煤灰在混凝土中應用越來越廣泛。粉煤灰由于其化學成分、礦物組分及顆粒形態(tài)等特征，在混凝土中主要產生三大效應，即活性效應（火山灰效應）、形態(tài)效應及微集料效應[3]。
　　(1)活性效應可以降低混凝土中Ca(OH)2濃度，其不僅減弱了溶析導致的混凝土內部微觀結構的劣化；而且經過二次水化反應消耗了混凝土中薄弱的Ca(OH)2結晶，使混凝土內部孔隙率得到降低，不但改善了混凝土孔結構，還提高了混凝土的密實性。
　　(2)形態(tài)效應有利于減少混凝土用水量，這是由于粉煤灰的小球形顆粒形狀在骨料之間起到填充和潤滑作用，提高混凝土的流動性，此外，細小粉煤灰顆粒有助于水充分地散開，提高混凝土的保水性，防止泌水，從而可以減低了水灰比，提高混凝土的密實度。
　　(3)微集料效應使混凝土內部空隙細化，增強混凝土的密實性。
　　由此可見，混凝土中摻入粉煤灰可以有效降低水灰比、細化混凝土內部空隙，提高其密實性，從而減少了有害孔的相對數量，提高混凝土的抗凍性能。然而，混凝土中的粉煤灰含量應該存在一個最佳含量值，當粉煤灰摻量過大時，由于粉煤灰的容重小于水泥的，大約為水泥的2/3，將使得膠凝材料的體積增大，體積增大必將導致混凝土表面吸附水的增加，使其流動性降低，混凝土不能夠很好的密實，混凝土密實性下降，使得環(huán)境中的水容易進入，混凝土的抗凍性能自然會降低。由于混凝土中摻入適量的粉煤灰，可以提高混凝土的密實度、保水性，降低了水灰比，根據混凝土凍融破壞機理，當混凝土飽水程度較低時，混凝土在凍融循環(huán)過程中的破壞應當很小。故摻加了粉煤灰的混凝土抗凍性較好。
　　4.水飽和度
　　混凝土的凍融破壞還與其飽水程度密切相關。冰凍破壞主要是由于混凝土中水份結冰產生的膨脹應力，一般認為含水量小于孔隙總體積的91.7%就不會產生凍結膨脹壓力，在混凝土完全飽水狀態(tài)下，其凍結膨脹壓力最大。因此濕凍（完全水飽和）要比干凍的破壞作用大得多。混凝土的飽水狀態(tài)主要與混凝土結構的部位及其所處的自然環(huán)境有關。經常處于潮濕環(huán)境下的混凝土，其含水量明顯高于處于大氣中的混凝土。然而，最容易發(fā)生凍融破壞是位于水位變化區(qū)的混凝土，此處的混凝上經常處于干濕交替變化的環(huán)境中，受凍時極易破壞。此外，由于處在一定環(huán)境下的混凝土，其表面含水率通常大于其內部的含水率，因此凍害往往是由表層開始逐步深入發(fā)展的。
　　4結論
　　綜上所述，混凝土的凍融破壞通常是一個緩慢的過程，在實際中影響混凝土凍融破壞的因素也比較復雜，影響混凝土凍融破壞的主要因素有含氣量、水灰比、粉煤灰摻量及水飽和度等等。在實際工程應用中，可以采取添加引氣劑及摻合料，嚴格控制水灰比等一些措施來降低混凝土的凍融破壞，對大量、大規(guī)模的現場露天澆搗混凝土更應加強早期養(yǎng)護，特別是在北方寒冷地區(qū)，更應重視，由此來提高混凝土的抗凍性及耐久性。
　　參考文獻
　　[1]王媛俐,姚燕.重點工程混凝土耐久性研究與工程應用,北京:中國建材工業(yè)出版社,2001
　　[2]陳應欽.引氣劑的作用及高性能混凝土引氣劑的研究.新型建筑材料，2002(2)
　　[3]傅智.破壓泥凝土杭凍性初步試驗研究[J].混凝土.1991