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摘 要：本文根据混凝土受冻害损伤的相关原因，根据影响抗冻性的主要因素，并结合国内外的研究成果，提出了改善混凝土抗冻性的主要措施。
关键词：抗冻混凝土；抗冻性；要求和应用
0引言：
混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观整体性的能力。在寒冷地区，特别是接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。混凝土抗冻性用抗冻等级表示，抗冻实验有慢冻法丶快冻法丶和单面冻融法三种。下面对其进行分析和总结
1、抗冻混凝土的抗冻性能分析：
1.1混凝土受冻害损伤的原因：
新拌混凝土受冻害损伤的原因：新拌混凝土的强度低、空隙率高、含水多，极易发生冻胀破坏。冻胀破坏的外观特征是材料体内出现若干的冰夹层，彼此平行而垂直于热流方向。
成熟混凝土受冻害损伤有关原因：混凝土构件中的孔径分为三个范畴，即凝胶孔、毛细孔及气泡，在某一固定负温下混凝土构件中水分只有一部分是可冻水，可冻水产生多余体积直接衡量冰冻破坏威力。综合为两个阶段：第一阶段毛细孔中始发的冰冻，向所有方向产生的水压力，引起内应力；第二阶段较大毛细孔中水分首先生成冰晶，可从小孔中吸引未冻结水使自身增长，产生静应力
1.2影响混凝土抗冻性因素：
1.混凝土密实度 密实度越大，抵抗冻融破坏的能力就越强，抗冻性越高。
2.混凝土孔隙构造及数量 开口孔隙越多，水分越易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。
3.混凝土孔隙充水程度 保水程度越高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性就差。
4.水灰比 水灰比与孔隙率成正比，且开口孔隙率越大，抗冻越不利。
5.外加剂 在混凝土中掺入外加剂，可使混凝土中孔隙成为细小、封闭、均匀的气泡，使水分难以渗入，同时气泡有一定的适应变形能力，对冰冻破坏有一定的缓冲作用。
6.养护时间 混凝土因水泥的不断水化强度会随龄期不断增加，一方面可使冻结水量减少，另一方面，水中溶解盐浓度随水化深度而增加，冰点随之而降低，抗冻融破坏能力也增强。随意增长冻结前的养护时间对提高混凝土的抗冻性是有利的。
1.3抗冻实验方法
慢冻法 采用尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体试件，将龄期28d的试块放在18～22℃的水中浸泡4d，然后在-20～-18℃ 的冻融箱内冰冻4～6h，再在18～20℃的水中融化4～6h，融化完毕后进行下一个冻融循环。此实验方法适用于测定混凝土试件在气冻水融条件下，以抗压强度损失率达到25%或者质量损失率达到5%时的最大冻融循环次数来表示混凝土的抗凍性能。混凝土的抗冻标号，用符号D表示，并依次划分为D25、D50、D100、D150、D200、D250、D300七个等级标号。标号越高，混凝土的抗冻性越好。
快冻法 采用100mm×100mm×100mm的棱柱体试件，养护28d后放在18～22℃的水中浸泡4d，再将试件放入自动控制的快速冻融箱内进行快速冻融循环，每个循环时间为2～4h，每隔25次冻融循环，以同时满足相对弹性模量值不小于60%，质量损失率不超过5%的最大循环次数来表示其抗冻指标，用符号F表示，依次划分为F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300七个抗冻等级。此方法适用于试件在水冻水融的条件情况下进行。
单面冻融法 此方法适用于测定混凝土试件在大气环境中且与盐或其他的腐蚀性介质接触的冻融循环的混凝土的抗冻性能。采用150mm×150mm×150mm，将其放置于单面冻融试验箱内，自动的按照规定的冻融循环制度进行冻融循环即可。
2、提高混凝土抗冻性能的措施
2.1正确选择原材料，优化混凝土配合比
对于浇筑时环境温度在0℃左右的情况，只要通过原材料的选择和配合比的调整就可以满足要求。具体做法有：
选择早强效果好的水泥品种，加快混凝土3d内的早期强度发展。优先选择的水泥如早强型硅酸盐水泥、早强型普通硅酸盐水泥，避免使用粉煤灰水泥、矿渣水泥和火山灰水泥。
增加水泥用量，并尽可能降低水灰比。实际上相当于提高混凝土的强度设计等级，这既利于早期强度发展，又能促使早起水泥水化热的释放和内部温度的升高，抵抗外界的寒冷。
掺加引气剂，引入一定量微小气泡。在保持配合比不变的情况下，加入引气剂后形成微小气泡，相应增加了水泥浆体的体积，提高拌合物的流动性，改善其黏聚性和保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。另外，气泡的存在还降低了混凝土的导热系数，减少了内部热量的散失。
掺加早强型混凝土外加剂。早强型混凝土外加剂，如早强剂和早强减水剂的掺入，可以大幅度的加快混凝土早期强度发展，提高早期强度。
选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
2.2提高混凝土拌合物的入模温度、实施保温措施 对于气温较低的情况，可以通过提高混凝土拌合物的入模温度，来抵抗外界的寒冷侵袭，加快混凝土早期强度发展，等寒冷入侵至混凝土内部时，混凝土拌合物已经凝结、硬化并建立了初期温度，可以抵抗冻结产生的危害。常用措施有：
热水搅拌。将拌合水通蒸汽或直接加热至50～60℃，加入拌合物进行搅拌，可以提高混凝土拌合物的温度。
加热集料。在集料堆中通入蒸汽，消解集料中的冰渣，并提高集料温度，更是提高混凝土拌合物温度的有效措施。
混凝土运输车加装保温层。给混凝土运输车加装保温层，可以有效防止拌合物内热量的散失，保证混凝土的入模温度，加快混凝土的凝结、硬化和早期强度的发展。
实施保温措施。混凝土入模后，要采取有效措施对混凝土进行保温，尤其是避免角部与外露表面受冻，并适当延长养护龄期。
2.3 外部加热法 对于气温不低于-10℃，且混凝土浇注体不厚大的工程，可通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下，以便正常凝结、硬化。常用加热措施有：
火炉加热。一般在较小的工地场所使用，其方法简单，但热效率不高，且火炉中煤、油燃烧释放的二氧化碳易使新浇筑混凝土表面碳化，影响工程质量。
蒸汽加热。用通蒸汽的方法升高混凝土表面环境温度，使混凝土在湿热条件下硬化。该法较易控制，加热均匀，但需专门的锅炉设备，费用较高，且热损失较大，劳动条件亦不理想。
电加热。将钢筋作为电极或将电热器贴在混凝土表面，将电能转化为热能，以提高混凝土的温度。该法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗大。
红外线加热。以高温加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封辐射加热。采取外加热措施，最好搭设帐篷，以防止热量散失。
2.4 掺加防冻剂 混凝土遭受冻害最主要的原因是内部水分结冰，如果借助于大自然现象，降低混凝土内部水的冰点，使其在可能遭受的低温情况下不结冰，则水泥仍可发生水化反应，产生凝胶体和建立强度。能使混凝土在负温下硬化，在规定的时间内达到足够防冻强度的外加剂就是混凝土防冻剂。
3、抗冻混凝土的试用范围
混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区。除了水工建筑物以外，公路桥梁与铁路桥梁用水泥混凝土也遭受着冻融破坏，尤其在西北高寒盐渍地区，混凝土遭受着更为严重的冻融破坏。
结语：
针对我国寒冷地区、严寒地区水泥混凝土结构的特点，开展混凝土抗冻性能研究，对提高我国西北地区和三北地区混凝土结构的耐久性，延长混凝土结构物的使用年限，提高投资效益，加快经济建设步伐，具有重大的现实意义。
参考文献
[1] 陈宝璠，土木工程材料（第2版），中国建材工业出版社，2012.
作者简介：刘志超（郑州大学土木工程学院） 张俊强（郑州大学土木工程学院）
关键词：抗冻混凝土；抗冻性；要求和应用
0引言：
混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观整体性的能力。在寒冷地区，特别是接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。混凝土抗冻性用抗冻等级表示，抗冻实验有慢冻法丶快冻法丶和单面冻融法三种。下面对其进行分析和总结
1、抗冻混凝土的抗冻性能分析：
1.1混凝土受冻害损伤的原因：
新拌混凝土受冻害损伤的原因：新拌混凝土的强度低、空隙率高、含水多，极易发生冻胀破坏。冻胀破坏的外观特征是材料体内出现若干的冰夹层，彼此平行而垂直于热流方向。
成熟混凝土受冻害损伤有关原因：混凝土构件中的孔径分为三个范畴，即凝胶孔、毛细孔及气泡，在某一固定负温下混凝土构件中水分只有一部分是可冻水，可冻水产生多余体积直接衡量冰冻破坏威力。综合为两个阶段：第一阶段毛细孔中始发的冰冻，向所有方向产生的水压力，引起内应力；第二阶段较大毛细孔中水分首先生成冰晶，可从小孔中吸引未冻结水使自身增长，产生静应力
1.2影响混凝土抗冻性因素：
1.混凝土密实度 密实度越大，抵抗冻融破坏的能力就越强，抗冻性越高。
2.混凝土孔隙构造及数量 开口孔隙越多，水分越易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。
3.混凝土孔隙充水程度 保水程度越高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性就差。
4.水灰比 水灰比与孔隙率成正比，且开口孔隙率越大，抗冻越不利。
5.外加剂 在混凝土中掺入外加剂，可使混凝土中孔隙成为细小、封闭、均匀的气泡，使水分难以渗入，同时气泡有一定的适应变形能力，对冰冻破坏有一定的缓冲作用。
6.养护时间 混凝土因水泥的不断水化强度会随龄期不断增加，一方面可使冻结水量减少，另一方面，水中溶解盐浓度随水化深度而增加，冰点随之而降低，抗冻融破坏能力也增强。随意增长冻结前的养护时间对提高混凝土的抗冻性是有利的。
1.3抗冻实验方法
慢冻法 采用尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体试件，将龄期28d的试块放在18～22℃的水中浸泡4d，然后在-20～-18℃ 的冻融箱内冰冻4～6h，再在18～20℃的水中融化4～6h，融化完毕后进行下一个冻融循环。此实验方法适用于测定混凝土试件在气冻水融条件下，以抗压强度损失率达到25%或者质量损失率达到5%时的最大冻融循环次数来表示混凝土的抗凍性能。混凝土的抗冻标号，用符号D表示，并依次划分为D25、D50、D100、D150、D200、D250、D300七个等级标号。标号越高，混凝土的抗冻性越好。
快冻法 采用100mm×100mm×100mm的棱柱体试件，养护28d后放在18～22℃的水中浸泡4d，再将试件放入自动控制的快速冻融箱内进行快速冻融循环，每个循环时间为2～4h，每隔25次冻融循环，以同时满足相对弹性模量值不小于60%，质量损失率不超过5%的最大循环次数来表示其抗冻指标，用符号F表示，依次划分为F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300七个抗冻等级。此方法适用于试件在水冻水融的条件情况下进行。
单面冻融法 此方法适用于测定混凝土试件在大气环境中且与盐或其他的腐蚀性介质接触的冻融循环的混凝土的抗冻性能。采用150mm×150mm×150mm，将其放置于单面冻融试验箱内，自动的按照规定的冻融循环制度进行冻融循环即可。
2、提高混凝土抗冻性能的措施
2.1正确选择原材料，优化混凝土配合比
对于浇筑时环境温度在0℃左右的情况，只要通过原材料的选择和配合比的调整就可以满足要求。具体做法有：
选择早强效果好的水泥品种，加快混凝土3d内的早期强度发展。优先选择的水泥如早强型硅酸盐水泥、早强型普通硅酸盐水泥，避免使用粉煤灰水泥、矿渣水泥和火山灰水泥。
增加水泥用量，并尽可能降低水灰比。实际上相当于提高混凝土的强度设计等级，这既利于早期强度发展，又能促使早起水泥水化热的释放和内部温度的升高，抵抗外界的寒冷。
掺加引气剂，引入一定量微小气泡。在保持配合比不变的情况下，加入引气剂后形成微小气泡，相应增加了水泥浆体的体积，提高拌合物的流动性，改善其黏聚性和保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。另外，气泡的存在还降低了混凝土的导热系数，减少了内部热量的散失。
掺加早强型混凝土外加剂。早强型混凝土外加剂，如早强剂和早强减水剂的掺入，可以大幅度的加快混凝土早期强度发展，提高早期强度。
选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
2.2提高混凝土拌合物的入模温度、实施保温措施 对于气温较低的情况，可以通过提高混凝土拌合物的入模温度，来抵抗外界的寒冷侵袭，加快混凝土早期强度发展，等寒冷入侵至混凝土内部时，混凝土拌合物已经凝结、硬化并建立了初期温度，可以抵抗冻结产生的危害。常用措施有：
热水搅拌。将拌合水通蒸汽或直接加热至50～60℃，加入拌合物进行搅拌，可以提高混凝土拌合物的温度。
加热集料。在集料堆中通入蒸汽，消解集料中的冰渣，并提高集料温度，更是提高混凝土拌合物温度的有效措施。
混凝土运输车加装保温层。给混凝土运输车加装保温层，可以有效防止拌合物内热量的散失，保证混凝土的入模温度，加快混凝土的凝结、硬化和早期强度的发展。
实施保温措施。混凝土入模后，要采取有效措施对混凝土进行保温，尤其是避免角部与外露表面受冻，并适当延长养护龄期。
2.3 外部加热法 对于气温不低于-10℃，且混凝土浇注体不厚大的工程，可通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下，以便正常凝结、硬化。常用加热措施有：
火炉加热。一般在较小的工地场所使用，其方法简单，但热效率不高，且火炉中煤、油燃烧释放的二氧化碳易使新浇筑混凝土表面碳化，影响工程质量。
蒸汽加热。用通蒸汽的方法升高混凝土表面环境温度，使混凝土在湿热条件下硬化。该法较易控制，加热均匀，但需专门的锅炉设备，费用较高，且热损失较大，劳动条件亦不理想。
电加热。将钢筋作为电极或将电热器贴在混凝土表面，将电能转化为热能，以提高混凝土的温度。该法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗大。
红外线加热。以高温加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封辐射加热。采取外加热措施，最好搭设帐篷，以防止热量散失。
2.4 掺加防冻剂 混凝土遭受冻害最主要的原因是内部水分结冰，如果借助于大自然现象，降低混凝土内部水的冰点，使其在可能遭受的低温情况下不结冰，则水泥仍可发生水化反应，产生凝胶体和建立强度。能使混凝土在负温下硬化，在规定的时间内达到足够防冻强度的外加剂就是混凝土防冻剂。
3、抗冻混凝土的试用范围
混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区。除了水工建筑物以外，公路桥梁与铁路桥梁用水泥混凝土也遭受着冻融破坏，尤其在西北高寒盐渍地区，混凝土遭受着更为严重的冻融破坏。
结语：
针对我国寒冷地区、严寒地区水泥混凝土结构的特点，开展混凝土抗冻性能研究，对提高我国西北地区和三北地区混凝土结构的耐久性，延长混凝土结构物的使用年限，提高投资效益，加快经济建设步伐，具有重大的现实意义。
参考文献
[1] 陈宝璠，土木工程材料（第2版），中国建材工业出版社，2012.
作者简介：刘志超（郑州大学土木工程学院） 张俊强（郑州大学土木工程学院）