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寒冷地区低温对混凝土性能的影响研究及工程措施浅析
【摘 要】寒冷地区混凝上的耐久性主要是抗冻融的耐久性，如果此指标达不到要求，混凝土就会出现冻融剥蚀等破坏现象，若不及时修补和处理，混凝土结构将很快破坏，严重影响到建筑物的使用寿命，因此本文针对此类工程现象，研究了低温对混凝土的破坏机理，提出解决问题的工程措施，以供参考。
【关键词】寒冷地区；混凝土；耐久性；工程措施
我国西北和东北地区冬季气温长时间在-10℃以下，这就要求在混凝土的耐久性和配合比上进行合理设计，同时在施工中要采取合理的工程措施。本文将从在低温情况下温度对混凝土的性能影响出发，探讨低温条件下混凝土的耐久性及配合比的设计。
1 低温对混凝土性能的破坏机理
混凝土在拌制时为了较好的和易性，其拌合用水总是大于水泥的水化用水，那么多余的水就以以游离水的形势滞留在混凝土内，并相互贯通形成毛细孔。当混凝土在侵水饱和时受冻，毛细管内水份受冻结冰，体积将会膨胀9%，产生冰结晶压力。当这种冰结晶压力超过混凝土的抗拉强度时，内部就会出现微小的裂纹。若经过数次的冻循环，这种裂纹就会不停的向深处扩展，混凝土的整体强度从表及里也会慢慢的降低，进而发生剥蚀破坏，最终导致混凝土结构的破坏。
从上述分析可以看出，要减少低温对混凝土结构的破坏，必须从两方面进行改进。①增大混凝土的密实度，减少混凝土内部的储水通道；②在拌和时掺引气剂，使结构内部的微细有效孔增加，改善孔结构减少或阻止水份在内部的迁移。
2 影响混凝土耐久性的因素
2.1 混凝土组成材料的影响
水泥：目前工程中常用的水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。不同的水泥对混凝土的抗冻性的影响也不同，在其它条件都相同的条件下，混凝土的抗冻性会随着混凝土的活性不同而不同，活性越好抗冻性越强。谱通硅酸盐及硅酸盐水泥的混凝土的抗冻性优于矿渣水泥混凝土，而后者要优于火山灰水泥混凝土的抗冻性。
骨料：砼的原材料中，粗细骨料所占的比列约为70-85%，因此，骨料质量的好坏对砼抗冻性的影响绝不能忽视。工程中骨料的选择除了要满足国家标准规定要求外，还要选择质地坚硬，无裂隙，吸水率小的骨料。对于风化砂石不能用于有抗冻要求的混凝上。
引气剂：实际工程中砼掺入一定量的引气剂，可以使砼在拌和中引入微小且不连通的气泡，这此不连通气泡在混凝上硬化后可以缓解混凝上冻融过程，提高砼的抗冻融能力。试验证明，引气剂可以使砼的含气量达到4.5%-5.5%，砼的抗冻融循环一般都能达到f250次以上，基本能满足混凝上抗冻要求。但引气剂若过量使砼的含气量超过6%，砼的强度会大大降低。
2.2 配合比的影响
水灰比：混凝土配合比对其抗冻性的主要影响因素是水灰比。水灰比越大，砼的毛细孔就越多，吸水率就越大。在低温条件下的冻融过程中，砼内部产生的渗透压力和冰胀压力也就越大，混凝上的抗冻性也就越差。无论是普通混凝上还是引气混凝上，随着水灰比的增大，混凝上的耐久性系数df和动弹模量逐步降低。
骨胶比：混凝土的骨胶比对混凝上抗冻性也有一定的影响，在砼的配合比中，水泥的最小用量是有一定的限制的。在实际工程中为了节省水泥的用量，或者为了改善砼的性能，节余成本，往往会掺入一部分优质的粉煤灰和硅粉，但一般不超过水泥用量的30%。因为优质粉煤灰和硅粉要比水泥更细，这样可以增加水泥的和易性，较少水灰比，提高砼的密实性。大大减少混凝土内部水分的存储空间，提高了混凝土的抗冻性。
2.3 制作工艺的影响
混凝土的制作工艺对混凝土的抗冻性也有一定的影响，因此其制作工程应进行系统控制，严格按照设计配合比的拌和均匀各混合料是前提保证，在此基础上其余各项性能才能较好的发挥。实验证明，在掺加引气剂量相同的条件下，人工搅拌的混凝土在含气量上比机械搅拌的少一半甚至更多，其混凝土的抗冻性也相对较差。因此为了保证在寒冷地区混凝土的抗冻性能，建议采用机械搅拌为宜。
此外，在混凝土制作过程中还要注意骨料的粒径大小对混凝土含气量的影响。实验证明，当骨料的粒径大于32.5mm时对混凝土的含气量影响不大，但小于32.5mm时，对含气量影响较大，骨料越小含气量越大。因此，在混凝土拌和过程中要及时的观察骨料粒径的变化，若粒径由大变小是，要及时的调整和改变配合比，即使的测试含气量，以满足工程需要。
3 低温条件下混凝土施工技术措施
3.1 改善原材料
水泥：应优先采用硅酸盐水泥，在用量上也要适当加大，最小用量应不小于300kg/m3。水灰比应小于0.6。水泥不能放在露天，以免受冻，要储存在暖棚中，但不能直接加热。
骨料：储存在露天的砂石料中存在冰块或结冰现象，要先出去冰块，并对骨料进行预热。
水：优先采用热水进行拌和，但热水和骨料加热的温度要低于拌和的最高温度。
此外，还要注意拌和顺序，拌和时，应先放骨料和水，再放水泥，最后放入外加剂。拌和时间也要比常温下长1-2倍。
3.2 改善拌和和浇筑措施
混凝土的搅拌应尽量搭设暖棚，不宜在露天直接进行拌和，还要选用容量较大的拌和机，尽量不要人工搅拌或少量搅拌，目的是减少混凝土热量的散失。拌和好后的混凝土要及时的运送至工地，并立即浇筑入模。搅拌好的混凝土要在运输上选择最佳路线，加量的缩短运距，运输过程中也要有保温措施。
混凝土浇筑前，应预先清理模版和钢筋上的雪块和冰块。浇筑过程中要加强振捣环节，提高混凝土的密实度。浇筑后的混凝土温度应大于5℃，最好能在7-12℃。混凝土表面与内部的温差应小于20℃。
3.3 养护方法选择
蓄热法养护：蓄热法是在混凝土浇筑后利用原材料加热及水泥水化热的热量，通过适当保温，延缓混凝土冷却的一种方法。蓄热法施工简单，冬期施工费用低廉，易于保证质量，所以国内外，都将其作为冬期施工的基本措施。
负温养护法：该方法是在混凝土中掺入防冻剂，浇筑后不加热也不做蓄热保温养护，使混凝土在负温条件下能不断硬化的施工方法，该方法适用于加热对其结构有影响，或者结构对强度增长无特殊要求的情况。
暖棚法：暖棚法是通过搭建保暖大棚，并在棚内架火炉、通暖气等方法加热，升高棚内温度，从而达到养护条件。暖棚法般适用于混凝土量较大的工程。用暖棚法混凝土小宜发生冻害，质量有保证，劳动条件较好，工作效率高，但是费用较高。
此外，还有综合法等其它方法，但不管采用哪种方法，一定要结合当地的气温和实际情况以及混凝土结构的要求来选择适宜的方法，力求把低温对混凝土的影响降至最低。
4 结语
本文通过分析研究低温对混凝土性能影响的机理，探讨了在低温条件下影响混凝土耐久性的因素，并总结和浅析了在寒冷地区为了保证混凝土结构的要求，在冬季施工中应注意的事项及工程措施。希望能提高低温对混凝土影响的重视程度，确保把抗冻性作为混凝土耐久性的主要性能，提高严寒地区混凝土结构的工程质量。
参考文献：
[1]曹建国.李金玉.林莉等.加强混凝上抗冻性的研究[j]，建筑材料学报，1999. 12: 292.
[2]郭成举.混凝上冻害的机制，混凝土与水泥制品[j]，1982，3：15