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一、前言
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：抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性、抗碳化等。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显得更为重要，因此在寒冷地区，抗冻性的改善是急待解决的重要问题之一。
我国有相当大的部分处于严寒地带，致使不少建筑物发生了冻融破坏现象。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。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，需要很大的代价来维修和重建，这已成为混凝土耐久性方面的主要问题之一。
二、冻融机理
混凝土的冻融破坏是国内外研究较早、较深入的课题。从40年代以后，美国、原苏联、欧洲、日本等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究，提出的破坏理论就有5～6种。如美国鲍尔斯（T·C·Powers）提出的冰胀压和渗透压理论等，但大部分是从纯物理的模型出发，经假设和推导而得出的，有些是以水泥净浆或砂浆试件通过部分试验得出的。迄今为止，对混凝土的冻融破坏机理，国内外尚未达成统一认识。
当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。而处在干燥条件的混凝土则不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一。另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。
三、改善混凝土抗冻耐久性的主要措施
（一）外加剂的使用
1、引气剂
引气剂是具有憎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，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡由于具有弹性，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，起到缓冲减压的作用,溶解时这些气泡可恢复原状，因此孔隙内自由水反复冻融也不会对孔壁产生太大的压力。另外，这些气泡可以阻塞混凝土内部与外界的通路，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，施工时新拌混凝土易于填充模具，硬化后混凝土密实度提高。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有一定的含气量，可以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掺入引气剂后混凝土的抗冻性可成倍提高。
美国自1934年开始研究在混凝土中使用引气剂,是最早开始研究引气剂的国家。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性的重要，并创先研制了松香热聚物引气剂，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和混凝土的抗冻耐久性。
众多学者的研究表明：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗凍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。
2、减水剂
目前，减水剂的应用已成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比（水胶比）。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水份释放出来，从而能明显减少混凝土用水量，使得混凝土中气泡平均尺寸及其间距减小，水泥浆中可冻水的百分率随之降低。提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。有关研究表明，在混凝土中掺入高效减水剂可取得的技术经济效果如下：保持和易性不变，可减水25%，R28%提高90%，抗渗性提高4～5倍。抗渗性的提高有助于抗冻性的改善。
（二）活性矿物掺合料的使用
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，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，所以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（硅灰、矿渣、粉煤灰）来替代一部分水泥正在被广泛的应用。
四、结束语
虽然各国学者对于混凝土抗冻的研究成果个数以万千，但是，我国地域辽阔，环境条件复杂，虽经过几十年的努力，但东北混凝土工程的抗冻耐久性仍没得到根本解决。对于掺加引气剂可大大提高混凝土的抗冻性，得到所有工程及研究人员的认可，但在实际工程中，要根据不同的情况来使用不同配比，不同各类的引气剂要有一定的实验研究才能真正用于施工中，否则会适得其反。
另外，掺入活性的矿物掺合料也是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一，也是21世纪混凝土技术的主要发展趋势。目前，单矿物掺合料配制高生能混凝土已经有很多研究，并已取得一定成果，然而对于多种掺合料复掺来提高混凝土抗冻性的研究并不多，希望在以后的研究中能在一些方向取得一定进展。
（作者单位：鸡西市乡村建设管理处）
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：抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性、抗碳化等。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显得更为重要，因此在寒冷地区，抗冻性的改善是急待解决的重要问题之一。
我国有相当大的部分处于严寒地带，致使不少建筑物发生了冻融破坏现象。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。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，需要很大的代价来维修和重建，这已成为混凝土耐久性方面的主要问题之一。
二、冻融机理
混凝土的冻融破坏是国内外研究较早、较深入的课题。从40年代以后，美国、原苏联、欧洲、日本等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究，提出的破坏理论就有5～6种。如美国鲍尔斯（T·C·Powers）提出的冰胀压和渗透压理论等，但大部分是从纯物理的模型出发，经假设和推导而得出的，有些是以水泥净浆或砂浆试件通过部分试验得出的。迄今为止，对混凝土的冻融破坏机理，国内外尚未达成统一认识。
当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。而处在干燥条件的混凝土则不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一。另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。
三、改善混凝土抗冻耐久性的主要措施
（一）外加剂的使用
1、引气剂
引气剂是具有憎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，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡由于具有弹性，能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，起到缓冲减压的作用,溶解时这些气泡可恢复原状，因此孔隙内自由水反复冻融也不会对孔壁产生太大的压力。另外，这些气泡可以阻塞混凝土内部与外界的通路，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，施工时新拌混凝土易于填充模具，硬化后混凝土密实度提高。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有一定的含气量，可以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掺入引气剂后混凝土的抗冻性可成倍提高。
美国自1934年开始研究在混凝土中使用引气剂,是最早开始研究引气剂的国家。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性的重要，并创先研制了松香热聚物引气剂，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和混凝土的抗冻耐久性。
众多学者的研究表明：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗凍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。
2、减水剂
目前，减水剂的应用已成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比（水胶比）。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水份释放出来，从而能明显减少混凝土用水量，使得混凝土中气泡平均尺寸及其间距减小，水泥浆中可冻水的百分率随之降低。提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。有关研究表明，在混凝土中掺入高效减水剂可取得的技术经济效果如下：保持和易性不变，可减水25%，R28%提高90%，抗渗性提高4～5倍。抗渗性的提高有助于抗冻性的改善。
（二）活性矿物掺合料的使用
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，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，所以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（硅灰、矿渣、粉煤灰）来替代一部分水泥正在被广泛的应用。
四、结束语
虽然各国学者对于混凝土抗冻的研究成果个数以万千，但是，我国地域辽阔，环境条件复杂，虽经过几十年的努力，但东北混凝土工程的抗冻耐久性仍没得到根本解决。对于掺加引气剂可大大提高混凝土的抗冻性，得到所有工程及研究人员的认可，但在实际工程中，要根据不同的情况来使用不同配比，不同各类的引气剂要有一定的实验研究才能真正用于施工中，否则会适得其反。
另外，掺入活性的矿物掺合料也是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一，也是21世纪混凝土技术的主要发展趋势。目前，单矿物掺合料配制高生能混凝土已经有很多研究，并已取得一定成果，然而对于多种掺合料复掺来提高混凝土抗冻性的研究并不多，希望在以后的研究中能在一些方向取得一定进展。
（作者单位：鸡西市乡村建设管理处）