混凝土冻融破坏机理及因素分析

1.冻融破坏的机理

当寒冷地区饱和混凝土结构物温度降低到冰点以下时，混凝土毛细孔内的液态水会结冰，由于水结冰时体积会增加9%左右，从而对混凝土产生膨胀作用。当在阳光的照射下温度开始升高时，冰开始融化。随着夜晚温度的再次降低，冰冻再次发生，产生进一步膨胀。这样的冻融破坏具有累积作用，最后可能使混凝土破坏。

当水在孔隙内刚结成冰时，水被排出空穴，排出的水流受阻后会产生静水压力，这正是混凝土空隙内水分结冰时产生膨胀的原因。一般认为冻融产生的静水压力是饱和混凝土或接近饱和混凝土发生冻融破坏的最重要因素。

2.冻融破坏的影响因素

混凝土的抗冻性与其内部孔结构、水饱和程度、受冻龄期、混凝土的强度等级等许多因素有关，其中最主要的是孔结构，混凝土的孔结构主要取决于混凝土的水灰比、外添加剂和养护方法等。

（1）水灰比。水灰比直接影响着混凝土的孔隙率及孔结构，随着水灰比的增加，不仅饱和水的开孔总体积增加，而且平均孔径也增加，在冻融过程中产生的冰胀压力和渗透压力就大，因而混凝土的抗冻性必然降低。

（2）含气量。国内外研究表明，掺引气剂的混凝土抗冻耐久性能够得到几倍，甚至十几倍的提高，其主要原因是由引气剂形成的微细孔互不连通。在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减小，从而阻止和抑制混凝土中微小冰体的形成。但是，当引气剂掺量超过一定范围时，混凝土的抗冻性能开始降低，而且，引气剂的掺入会导致混凝土强度的降低。因此，对于有抗冻性要求的混凝土，需要考虑最佳含气量问题。我国水工和港工标准中制定了有抗冻性要求的最佳含气量范围，约为5%～6%。(www.xing528.com)

（3）混凝土的饱水状态。混凝土的冻害与其孔隙的饱水状态有关。一般认为，含水量小于孔隙总体积的91.7%，就不会产生冻结膨胀压力，该数值称为极限保水度。在混凝土完全饱水状态下，其冻胀压力最大。

（4）混凝土的受冻龄期。混凝土的抗冻性随其龄期的增长而提高。龄期越长，水泥水化就越充分，混凝土强度越高，抵抗膨胀的能力也就越强。这一点对早期受冻特别重要，因此要特别注意防止混凝土早期受冻。

（5）水泥品种。水泥品种和活性对其水化反应影响很大，混凝土的抗冻性随着水泥活性的增加而提高。普通硅酸盐水泥的抗冻性能优于矿渣硅酸盐水泥和火山灰水泥。

（6）骨料质量。骨料对混凝土抗冻性能的影响主要体现在骨料本身的吸水率和抗冻性。吸水率大的骨料对抗冻性不利。

（7）外加剂。减水剂、引气剂等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。引气剂能增加混凝土的含气量，并使气泡均匀；而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而提高混凝土的抗冻性能。当掺入的粉煤灰能保证等强、等含气量时，粉煤灰的存在不会对抗冻性造成不利影响。当掺入的粉煤灰不合格或过量时，会增大混凝土的用水量和孔隙度，降低混凝土强度等级，且对抗冻性也产生不利影响。