抗凍混凝土原材料控制

摘 要：該文結合筆者多年的抗凍混凝土質量控制及施工實踐經驗，簡要介紹了原材料控制中易于疏忽的問題。闡明了在抗凍混凝土原材料控制中的細節。合理選用原材料，并控制原材料的關鍵指標，是抗凍混凝土質量保證的關鍵。

關鍵詞：抗凍融混凝土 原材料控制

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0039-02

混凝土的凍融破壞是我國建筑物老化病害的主要問題之一，是我國東北和西北嚴寒地區混凝土結構的主要病害 。尤其在東北嚴寒地區，興建的水工混凝土建筑物，幾乎100%工程局部或大面積遭受不同程度的凍融破壞，這些地區較大的晝夜溫差，導致一些水工混凝土遭受頻繁的凍融循環作用，大量水渠、溢流壩等水工混凝土工程建成幾年后，混凝土就被大面積凍壞、剝落，嚴重影響了建筑工程的長期使用和安全運行[1]。混凝土生產單位在設計混凝土配合比時，主要依據是現行的國家及行業標準，而標準未強制要求的，或標準中沒有明確界定的問題，往往是人們易于疏忽的問題。為此該文從混凝土原材料控制中，工程人員易于疏忽的問題進行較為深入的梳理，探討如何提高混凝土的抗凍性。

1 原材料

1.1 水泥細度

水泥作為混凝土膠凝材料，其質量的好壞在很大程度上決定了混凝土性能的優劣。為增強混凝土耐久性，應選用早期強度高、抗凍性能好的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

水泥進廠檢測除常規的檢測復檢外，還應關注水泥的細度，水泥的細度是影響混凝土性能的關鍵因素。通常水泥的顆粒越細，比表面積越大，早期的水化越快，早期強度越高。水泥細度小，水化反應平緩，混凝土后期強度高。從混凝土耐久性方面考慮，我們在選用水泥時，要更加注重后期強度增長。研究表明在干濕循環條件下，水泥細度的提高，混凝土動彈性模量損傷程度增加，造成混凝土結構的提早裂化，降低混凝土抗滲、抗凍性能[6-7]。鐵路混凝土工程施工質量驗收標準TB10424-2010中明確要求水泥比表面積在300～350 m2/kg之間。因此合理水泥細度也是混凝土耐久性的有力保證。

1.2 粗骨料的空隙率及尺寸效應

骨料在混凝土中約占70%～80%，是組成混凝土的骨架，粗骨料的最大粒徑、顆粒級配、形狀等對混凝土強度、體積穩定性、耐久性等性能產生重要影響。粗骨料的顆粒級配越好，空隙率越小，混凝土越密實，缺陷及裂縫出現的幾率越小，混凝土的抗凍性能也就越佳。通常對于抗凍混凝土的空隙率控制在44%以下。

粗骨料尺寸對混凝土的性能影響較大，特別是高性能混凝土更甚。國外有研究表明，對大多數巖石來說，如果把最大粒徑減小到10～15 mm，通常可以消除骨料的內在缺陷。對高性能混凝土，我國現行規范規定不超過25 mm[2-3]。國外一般認為其最大粒徑不宜超過10 mm。但是當碎石粒徑過小時，碎石的比表面積增大，混凝土砂率升高，潤濕碎石的水及包裹碎石的水泥漿增多，這又會引起混凝土干縮變大，容易出現收縮裂縫。因此抗凍混凝土的碎石粒徑不宜大于25 mm[4]。

1.3 引氣劑氣泡參數

混凝土的抗凍性能與混凝土的孔結構有著密切的關系，在混凝土中孔是水存在的空間，而引氣劑的氣泡性能參數直接影響使用效果。

不同品種的引氣劑對混凝土孔結構形成的影響是不同的，因而對混凝土強度、滲透性、耐久性等的影響也是不同的。在某種意義上，孔的結構和孔徑比孔隙率對混凝土宏觀性能的影響更重要。吳中偉院士將混凝土孔徑分為4級，即無害孔級（孔徑<200 μm），少害孔級孔徑（200 μm≤孔徑≤500 μm）、有害孔級（500 μm≤孔徑≤2 000 μm）、多害孔級（孔徑>2 000 μm）。可見氣泡平均半徑對混凝土的性能的影響是巨大的，對混凝土的抗壓強度影響尤甚。工程實踐及理論研究表明[5]，混凝土生產中應選擇氣泡泡經在20～200μm且均勻穩定的引氣劑。

混凝土摻入引氣劑后，混凝土的抗凍融耐久性得以改善，除要達到一定的含氣量外，氣泡間隔系數是影響混凝土抗凍耐久性的最重要因素。在一定的含氣量下，混凝土的抗凍性能取決于氣泡間隔系數和氣泡數量，氣泡間隔系數越小，氣泡數量越多，混凝土的抗凍性能就越好。

1.4 纖維的使用

大量試驗研究表明，對有抗凍融要求的混凝土，在不使用引氣劑的條件下，加入適量的纖維也能使混凝土具有優良的抗凍融性能。目前生產中使用的纖維主要有聚丙烯纖維、聚丙烯晴纖維、纖維素纖維及鋼纖維。為保證纖維能均勻地分布于混凝土中，纖維長徑比不應大于100，一般為30～80。纖維的摻量一般為混凝土體積率的0.5%～2%。混凝土中加入纖維后，能夠改善混凝土的孔結構，并且纖維均勻分散在混凝土中形成一種亂向支撐體系。分散了混凝土的定向應力，阻止了混凝土原生裂縫發生和發展，大大提高了混凝土抗滲、抗裂、抗凍能力。

2 結論

（1）水泥的細度是影響混凝土性能的關鍵因素。水泥細度的提高，混凝土動彈性模量損傷程度增加，造成混凝土結構的提早裂化，降低混凝土抗滲、抗凍性能。合理水泥細度也是混凝土耐久性的有力保證。水泥的比表面積以不大于350 m2/kg為宜。

（2）骨料在混凝土中約占70%～80%，是組成混凝土的骨架，對于抗凍混凝土的空隙率控制在44%以下，粒徑不宜大于25 mm。

（3）有抗凍融要求的混凝土，在不使用引氣劑的條件下，加入適量的纖維也能使混凝土具有優良的抗凍融性能。纖維改善混凝土的早期內部缺陷，提高了混凝土的抗拉極限應變和斷裂能。因而，有益于降低混凝土低溫環境下強度的損失和提高混凝土的抗凍融耐久性。

參考文獻

[1]姚武，馮煒.聚丙烯腈纖維混凝土抗凍融耐久性的研究[J].工業建筑，2003，33（11）：43-45.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ55-2011，普通混凝土配合比設計規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]中國工程標準化協會.CECS207-2006，高性能混凝土應用技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[4]中華人民共和國交通運輸部.JTS257-2-2012，海港工程高性能混凝土質量控制標準[S].北京：人民交通出版社，2012.

[5]龍啟俊，尹勇，何振文.引氣劑的應用技術研究[J].混凝土，2005，186（4）：85-87.

[6]李豪舉，楊長輝，王沖.水泥細度對混凝土強度與干燥收縮的影響[J].混凝土，2011，264（10）：7-9.

[7]趙暉，吳曉明，高波，等.水泥細度對混凝土裂化性能的影響[J].建筑材料學報，2010，13（4）：520-523.