国外混凝土抗冻性能研究现状论文

混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是采用龄期28d的标准试件在水饱和状态下，承受反复冻融循环，抗压强度下降不超过25%，而且质量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数来确定的。

《混凝土质量控制标准GB50164-92》中把混凝土的抗冻性划分为D50、D100、D150、D200、D250、D300、D350、D400和>D400共9个等级。

《水工混凝土结构设计规范SL191-2008》中把混凝土的抗冻等级分为F400、F300、F250、F200、F150、F100、F50共7个等级。

扩展资料

混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的一个重要内容，在北方寒冷地区工程中是急待解决的重要问题之一。中国地域辽阔，有相当大的部分处于严寒地带，致使不少水工建筑物发生了冻融破坏现象。

混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区。尤其在东北严寒地区，兴建的水工混凝土建筑物，几乎100%工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。除三北地区普遍发现混凝土的冻融破坏现象外，地处较为温和的华东地区的混凝土建筑物也发现有冻融现象。

因此，混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，各部门每年都耗费巨额的维修费用，而这些维修费用为建设费用的1～3倍。

长期的工程实践与室内研究资料表明：提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。

这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。

因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大提高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明引气后混凝土的抗冻性可成倍提高。

参考资料来源：百度百科--抗冻标号

参考资料来源：百度百科--混凝土抗冻等级

参考资料来源：百度百科--抗冻性

没有抗冻、不怕冻的普通混凝土！暴露于室外露天的混凝土寿命会大大减少；处于室内环境的达到龄期的混凝土才能不受冻害的影响。规范上说的超过临界冻害强度的混凝土也不是不怕冻的混凝土，只不过是说施工过程中遇冻，解冻后强度发展损失小一点而已。

混凝土未来发展，大致有下列几个方向：——绿色化。作为矿物掺合料，大掺量或广泛使用粉煤灰、磨细高炉矿渣和其它工业废渣，减少水泥消耗；更多使用再生骨料，如破碎混凝土、工业废渣，减少资源消耗。总之，尽可能循环利用资源，降低生产单位体积混凝土的CO2排放。——高耐久化。混凝土的抗冻性能、耐腐蚀性能、护筋性能、抗裂性能等等达到新水平。混凝土增强材料的品种和耐腐蚀性能大幅度提高，其中包括不锈钢钢筋、不锈钢包覆钢筋、镀锌钢筋、碳纤维树脂棒，等等。——超高性能混凝土广泛应用。简称UHPC或RPC的超高性能混凝土具备超高强度(150-250MPa)和超高耐久性，能够建造许多高耐久轻巧结构，为一般高强钢筋混凝土结构或钢结构所不能。目前，配制技术已经趋于成熟，预计将会得到越来越广泛的应用。——自密实混凝土广泛应用。配制技术目前也比较成熟。由于自密实混凝土能够大幅度提高生产效率，浇筑高难度结构，并且不产生振捣噪音，肯定会越来越多地采用。

混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力，当在暴露的环境中，能耐久的混凝土应保持其形态、质量和使用功能。混凝土的耐久性研究内容包括:钢筋锈蚀、化学腐蚀、冻融破坏、碱集料破坏。混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的一个重要内容，在北方寒冷地区工程中是急待解决的重要问题之一。我国地域辽阔，有相当大的部分处于严寒地带，致使不少水工建筑物发生了冻融破坏现象。根据全国水工建筑物耐久性调查资料，在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中，22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题，大坝混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区。尤其在东北严寒地区，兴建的水工混凝土建筑物，几乎100%工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。除三北地区普遍发现混凝土的冻融破坏现象外，地处较为温和的华东地区的混凝土建筑物也发现有冻融现象。因此，混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，各部门每年都耗费巨额的维修费用，而这些维修费用为建设费用的1～3倍。美国投入混凝土基建工程的总造价为16万亿美元，据估计今后每年用于混凝土工程维修和重建的费用估计达3000亿美元。 长期的工程实践与室内研究资料表明:提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大提高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明引气后混凝土的抗冻性可成倍提高。美国是最早开始研究引气剂的国家，自1934年在美国堪萨斯州与纽约州道路工程施工中发现引气混凝土，至今已有半个多世纪。挪威1974年首次在大坝中使用引气剂，经过20年运行后，掺引气剂的混凝土表面完好无损，而未掺引气剂的混凝土则已遭受较严重的冻融破坏。我国这方面的工作始于50年代。我国混凝土学科创始人吴中伟教授，在50年代初期就强调了混凝土抗冻的重要性，并创先研制了松香热聚物加气剂(引气剂)，应用于治淮水利混凝土工程，开创了我国采用引气剂而提高混凝土抗冻耐久性的先河。范沈抚(1991年)分析了掺引气剂混凝土的抗压强度和抗冻耐久性，得出与上述同样结论：掺用引气剂，使混凝土达到足够的含气量要求，可改善混凝土的孔结构性质，并明显改善混凝土的抗冻耐久性。国内外许多学者研究了影响混凝土抗耐久性的因素，Seibel，Sellebold，Malhotra，Pigen等人研究表明：混凝土的含气量、临界气泡间距、水灰比、骨料、临界饱水度和降温速度等因素综合决定了混凝土的抗冻耐久性能。StarkandLudwig(1993)提出：水泥熟料中C3A的含量的增加会提高其混凝土的抗冻耐久性，但会降低混凝土抵抗盐冻能力。OsamaA.Mohamed(1998)研究了水泥品种，引气剂质量及引气的方法对混凝土抗冻融耐久性影响，得出：引气能显著提高混凝土的抗冻融性，然而，长期处于冻融循环的混凝土的抗冻能力则取决于天气的恶劣程度及冻融周期的频率。关英俊，范沈抚(1990)讨论了提高水工混凝土抗冻耐久性的技术措施，提出耐冻混凝土必须正确进行配合比设计，掺优质引气剂，减小水灰比，合理选用原材料，还要严格按施工规范技术要求施工，加强养护。范沈抚(1993)进一步研究得出：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性的根本所在。混凝土的抗冻耐久性随孔结构性质变化而变化，当孔间距系数小于250μm时，混凝土抗冻耐久性指数基本能达到60%以上，即可经受300次快速冻融循环试验。这一点与Powers的临界孔间距概念相符：早在50年代，鲍尔斯(T.C.Powers)等人首先开展了掺引气剂硬化混凝土孔结构的测试分析研究，并提出了满足混凝土抗冻耐久性要求的孔间距系数的重要概念：即当孔间距小于临界孔间距(<250μm)时混凝土是抗冻的。宋拥军(1999)认为，只要引气量合适，普通混凝土均能获得较高的抗冻耐久性。引气混凝土中气泡平均尺寸及其间距随水灰比的增大而加大，同时水泥浆中可冻水的百分率也相应加大，从而导致混凝土抗冻耐久性的显著下降，因此，不能忽视对水灰比的限制。朱蓓蓉，吴学礼，黄土元(1999)认为：合理的气泡结构是混凝土抗冻耐久性得以真正改善的关键，然而，气泡体系形成、稳定与气泡结构的建立密不可分，因此高度重视气泡体系稳定性的问题就显得更加重要。他们根据国外的研究成果和部分实验结果得出结论:影响混凝土中气泡体系形成与稳定性的因素有混凝土各组成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及外界条件，如环境温度、搅拌、运输和浇灌技术等。针对不同环境条件、不同工程要求的混凝土，必须进行适应性试验，才能使得硬化混凝土具有设计所要求的含气量和合理的气泡结构，增进了混凝土工程界对引气剂应用技术的认识。由以上众多学者的研究表明：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性及其它性质的根本所在。掺引气剂可以改善混凝土孔结构性质，因此，测试硬化混凝土孔结构性质是研究混凝土抗冻耐久性能的有效途径和方法之一。引气剂的掺入虽然是提高混凝土抗冻耐久性最有效的手段，但引气剂的掺入同时会引起混凝土其它性能降低，如强度、耐磨蚀能力等。 改善混凝土抗冻耐久性技术研究动态混凝土是各种建筑工程上应用最广泛、用量最多的人造建筑材料，我国正处在大规模的基础建设时期，对混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各项技术性能，对于充分利用有限的投资，延长混凝土结构的使用寿命，减少自然资源的消耗，保护生态平衡，有着非常巨大的经济效益和社会效益。在混凝土的基本组成材料中，水泥的价格最贵，因此，在满足对混凝土质量要求的前提下，单位体积混凝土的水泥用量愈少愈经济。因此，用一些具有活性的掺和料(硅粉、矿渣、粉煤灰)来替代一部分水泥正在被广泛的应用。 硅粉混凝土也已应用于混凝土工程各个领域，其抗冻耐久性问题已引起人们的普遍重视，在丹麦、美国、挪威等国家，硅粉作为混凝土混合材已经得到了广泛的应用。但关于硅粉混凝土的抗冻耐久性，各国学者结论各异。日本的Yamato等人通过试验得出结果：非引气混凝土当水/(水泥+硅粉)=0.25，不管硅粉的掺量如何，皆具有良好的抗冻耐久性。加拿大的Malhotra等人通过试验得出:引气硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉掺量15%以下时都具有较高的抗冻耐久性。我国学者丁雁飞，孙景进(1991)通过实验探讨了硅粉对混凝土抗冻耐久性的影响，得出结论：非引气硅粉混凝土的抗冻耐久性与基准混凝土比较，在胶结材总量相同，塌落度不变的条件_下，非引气硅粉混凝土的抗冻能力高。范沈抚(1990)得出：在相同含气量的情况下，掺15%的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土，气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果，但硅粉的产量有限而且成本较高。 国内外粉煤灰应用已有几十年的历史。最早研究粉煤灰在混凝土中应用的是美国加洲理工学院的R.E.Davis，1993年他首次发表了关于粉煤灰用于混凝土的研究报告。到本世纪五、六十年代，粉煤灰作为一种工业废料，其活性性能被进一步研究和推广，不仅仅是为了节约水泥，更主要是为了改善和提高混凝土的性能。美国加洲大学Mehta教授指出，应用大掺量粉煤灰(或磨细矿渣)，是今后混凝土技术进展最有效、也是最经济的途径。国内外有关资料表明：粉煤灰混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低，和相同强度等级的普通混凝土相比较，28d龄期的粉煤混凝土试件抗冻耐久性试验结果偏低，随着粉煤灰混凝土技术的深入研究和发展，引气粉煤灰混凝土的抗冻耐久性研究已越来越多地引起人们的关注。LinhuaJiang等学者(2000)通过研究高掺量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的掺量和水灰比影响了高掺量粉煤灰混凝土的孔结构，并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加，但随时间的延长，孔隙率会下降。这是因为粉煤灰的掺入改善了混凝土的孔尺寸，但最大掺量不得超过70%。游有鲲、缪昌文、慕儒等(2000)对粉煤灰高性能混凝土抗冻耐久性的研究表明:水胶比在0.25-0.27范围内，随着粉煤灰内掺量的提高，不掺引气剂，混凝土抗冻耐久性随粉煤灰增加而增加。当掺引气剂后，混凝土抗冻耐久性有先升后降的趋势，既存在最佳的粉煤灰掺量为30%。习志臻(1999)认为:相对于许多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化能力。田倩、孙伟(1997)讨论了掺入硅灰、超细粉煤灰及两者的复合物对抗冻耐久性能的影响以及钢纤维的阻裂效应对混凝土抗冻耐久性能的作用。实验证明:当超细粉煤灰与硅灰相掺时，提高抗冻耐久性的效果尤为显著，其冻融循环300次以后，动弹性模量与重量基本无变化，而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。由此可见，双掺或多掺矿物的复合效应对混凝土抗冻耐久性的提高是值得研究的课题。 高强度混凝土已在工程中得到广泛应用，但是，由于理论上认为高强度混凝土应具有较高的抗冻能力，所以对高强度混凝土的抗冻性的研究并不多。由于试验结果限制，高强混凝土本身抗冻融能力仍有争论。Marchandetal.(1995)认为:当水胶比为0.3，并且硅灰掺量为20%-30%时，混凝土需要适当的引气来增强抗冻融能力，只有当水灰比低于0.25时，混凝土不需要引气。李金玉(1998)从宏观和微观结构两个方面研究高强度混凝土的抗冻性及其冻融的破坏规律，并配制出C60.C80.C100高强混凝土。在C60高强混凝土的基础上，掺用优质引气剂配制成C60引气混凝土，该混凝土具有超高抗冻性，进行1200次快速冻融循环后，相对冻弹性模量仅为92.6%，为开发研制高强度高耐久性能的混凝土提供基础。然而，21世纪的混凝土是高性能混凝土，是混凝土技术的主要发展趋势。著名的中国工程院资深院士吴中伟教授对高性能混凝土下的定义是：高性能混凝土是一种新型高技术制作的混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代技术制作的混凝土，以耐久性作为设计的主要指标，高性能混凝土具有很丰富的内容，但核心是保证耐久性，不能片面追求单一性。 3.1能在（10±5）℃条件下荼的干燥箱。能取得相同试验结果的微波、红外线或其他干燥系统均可使用。3.2用称量精确到试样质量的0.01%的天平。3.3能用真空泵抽真空后注入水的装置。能使装砖容器内的压力隐低到（60±4）Kpa的真空度。3.4能冷冻至少10块砖的冷冻机，其最小面积为0.25m2,并使砖互相不接触。3.5麂皮。3.6水。温度保持在（20±5）℃。3.7热电偶或其他合适的测温装置。 4.1使用不少于10块整砖其最小面积为0.25m2,砖应没有裂纹、釉裂、针孔、磕碰等缺陷。如果必须用有缺陷的砖进行检验，在试验前应用永远性的染色剂对缺陷做记号。试验后检查这些缺陷。4.2试样制备砖在（110±5）℃的干燥箱（3.1）内烘十至恒重，即相隔24h，连续两次称量之差值小于0.01%。记录每块砖的干质量（m1）。 5.1砖冷却至环境温度后，将砖垂直地放在真空干燥箱（3.3）内，砖与砖、砖与干燥箱互不接触。真空干燥箱连接真空泵抽真空，抽到压力低于（60±2.6）Kpa。在该压力下保持把水（3.6）引入装有砖的真空干燥箱内浸没，并至少高出砖50mm。在相同压力下维持15min，然后恢复到大气压力。用手把湿麂皮（3.5）拧干，然后将麂皮放在一个平面上。依次将每块砖的各个面轻轻擦干，记录每块砖的湿质量m2.5.2初始吸水率E1用质量百分比表示，由下式求得：式中：m1每块干砖的质量m2每块湿砖的质量在试验时选择一块最厚的砖，该砖应视为对试样具有代表性。在砖一边的中心钻一个直径为3mm的孔，该孔距砖边最大距离为40mm，在孔在插一支热电偶（3.7）,并用一个片隔热材料（例如多孔聚苯乙烯）密封孔。如果用这种方法不能钻孔，可把一支热电偶放在一块砖的一个面的中心，用另一块砖附在这这个面上。在冷冻机（3.4）内欲测的砖垂直地放在支撑架上，用这一方法使得空气通过每块砖之间的空隙流过所有表面。把装有热电偶的砖放在试样中间，热电偶的温度定为试验时所有砖的温度，只有在用相同试样重复试验的情况下这点可省略。此外，应偶尔用砖中的热电偶作核对。每次测量温度应精确到±5℃。以不超过20℃/h的速率使砖隐温到-5℃以下。砖在该温度下保持15min。砖浸于水中或喷水（3.6）直到温度达到+5℃以上。砖在该温度下保持15min。重复上述循环至少100次。如果将砖保持浸没在+5℃以上的水中，则此循环可中断。称量试验后的砖质量（m3），再将其烘干事至恒重的试样称出质量（m4）。最终吸水率E2用质量百分比表示，由下式求得:式中：m3试验后每块湿砖的质量；m4试验后每块干砖的质量。100次循环后，在距离25cm-30cm、大约300lx的光照条件下，用肉眼检查砖的釉面、正面和边缘。如果通常戴眼镜者，可以戴眼镜检查。在试验早期，如果有理由确信砖已遭受损坏，可在试验中间阶段检查并及时作记录。记录所有观察到砖的釉面、正面和边缘的损坏情况。试验报告应包括以下内容：a)按照本标准的规定报告；b)经鉴别的合格砖，如需要砖的背面也要检验；c)用作试验砖的数量；d)初始含水量E1；e)最终初始含水量E2；f)记录试验前的缺陷及经冻一融试验后砖的釉面、正面和边缘的所有损坏情况；g)100次循环试验后砖的损坏数量。

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