魏成明;朱卫中;赵可;朱广祥
【摘 要】混凝土受冻临界强度是负温混凝土冬期施工中混凝土质量控制中关键指标之一,JGJ104-97《建筑工程冬期施工规程》在修订中按现代混凝土的特征与发展趋势进行了部分修订.本文基于规程在修订中混凝土受冻临界强度的制订情况进行了有关问题的探讨,对混凝土受冻临界强度与水泥品种、混凝土工作性与强度等级、外加剂与掺合料、养护方法的关系进行了分析,供规程修订参考. 【期刊名称】发热器《低温建筑技术》
【年(卷),期】2012(034)001
【总页数】2页(P107-108)
【关键词】混凝土;受冻临界强度;规程;探讨
【作 者】魏成明;朱卫中;赵可;朱广祥
异形
【作者单位】齐翔建工集团有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161005;黑龙江省寒地建筑科学研究院,哈尔滨150080;东北林业大学,哈尔滨150040;黑龙江省寒地建筑科学研究院,哈尔滨150080
【正文语种】中 文
【中图分类】TU711
3 关于混凝土受冻临界强度若干问题的探讨
3.3 混凝土工作性
上世纪七、八十年代，由于混凝土外加剂，特别是塑化剂、超塑化剂(减水剂和高效减水剂)的研究处于起步阶段，混凝土为提高强度，多采用高水泥用量、低用水量的方法配制，故混凝土的工作性较差，常用的混凝土坍落度多为80mm以下;而为了达到增大坍落度的目的，又常采用增加用水量，增加砂率等方法，易造成W/C大、收缩大等弊端。JGJ104－97规程和JC475－92标准中试验和检测混凝土所用坍落度较小，一般为30～80mm，与现代大坍落度、高流态混凝土相比，对混凝土受冻临界强度的确定是否存在影响呢?
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上世纪九十年代后期，随着国家发布相关政策，控制现场搅拌混凝土，预拌混凝土和商品混凝土逐渐在大、中城市逐渐推广应用，混凝土的坍落度也由原先的80mm以下逐步提高到120～240mm，混凝土的输送方式也多采用泵送工艺，这是科技进步的表现，实践证明，混凝土的质量并没有随着坍落度的增大而出现下降的情况，因为混凝土工作性的提高是通过掺入减水剂、高效减水剂或含有该组份的泵送剂来解决的，好的减水剂或泵送剂，可以在不增加用水量的前提下，将混凝土由0mm坍落度的干硬性状态塑化至180mm以上坍落度的高流态状态;并且有些情况下，不但可以增加混凝土的坍落度，同时还可以减少混凝土的用水量，混凝土不离析、不分层、不泌水，质量大大提高。由此可见，混凝土坍落度的增大如果是通过减水剂、泵送剂等有效塑化组份来形成的，混凝土的受冻临界强度不会因此而产生负面影响，相反，还应是对负温混凝土的质量的提高，包括受冻临界强度产生正面的影响。当然，不排除某些外加剂质量不过关，或者施工单位在使用过程中节约成本，少用泵送剂或减水剂的情况下，通过加大用水量来提高混凝土坍落度，由此对混凝土负温施工时的质量控制一定会产生不良影响，这种情况应在工程实践中严格杜绝，否则，制订再高的受冻临界强度也不一定能确保混凝土冬期施工质量。
3.4 混凝土强度等级
JGJ104－97规程中所规定的受冻临界强度数值的确定多来源于原400号及以下混凝土的研究，但随着现代混凝土强度等级的提高，尤其是C60及C60级以上的高强混凝土，这些规定还能是否适用?
对于不掺防冻剂、早强剂等能降低混凝土冰点的外加剂混凝土(即原规程中所指的普通混凝土)，当其采用蓄热法、蒸汽法、电热法或暖棚法进行养护时，其受冻临界强度按设计强度的百分率来进行控制是合理的，因为其受冻临界强度值随着混凝土设计强度等级的提高也在提高，偏于安全。如C30混凝土，其受冻临界强度值应为30×40%=12MPa，而C60混凝土，则其受冻临界强度值提高至60×40%=24MPa，这与国内某些对于高强混凝土受冻临界强度的研究是相近的。
但对于采用综合蓄热法或负温养护法的高强混凝土，其受冻临界强度值按原规程中的4.0MPa(－15℃)、5.0MPa(－30℃)来进行控制，按C60级混凝土计，仅达到混凝土设计强度等级的6.7% ～8.3%，显然让人产生怀疑，混凝土的质量能得到保证吗?按冰点理论来进行解释，这个问题好像又不应该会存在，即如果在相同用量防冻剂或早强剂的情况下，由于高强混凝土的用水量较低强混凝土的用水量低，即混凝土内部液相冰点会更低，就是说
在相同负温下，高强混凝土内部的液相水会存在更多一些，水泥的水化会较低强混凝土更充分，水化产物更多，混凝土的早期强度会更高一些，这里还不包括由于高强混凝土中大多掺加高效减水剂来减少用水量，优化混凝土内部孔结构，以及目前防冻剂或早强剂多采用占水泥或胶凝材料用量比例来计，高强混凝土中所掺入的防冻剂或早强剂实际质量要高于低强混凝土，从而液相冰点更低等有利条件。但高强混凝土冬期施工实践表明，采用负温养护法施工时，在转正温后混凝土的强度损失率更大一些，分析原因，最主要是由于高强混凝土由于结构致密，其内部的缺陷、孔隙要少于低强混凝土，当发生冻害时，水结冰产生的部分冻胀应力很难像低强混凝土那样被内部缺陷、孔隙所消纳，从而破坏水化结构。因此说，高强混凝土更怕受冻，宜推荐采用蓄热法或暖棚法等进行冬期施工，且鉴于当前对高强混凝土受冻临界强度的研究并不成熟，推荐C60及以上高强混凝土受冻临界强度应通过试验确定;同时，对于有抗冻性或抗渗性要求的耐久性混凝土，考虑到一旦受冻损伤后，其抗渗性能、抗冻融能力严重下降(严重时，仅达到常温混凝土的20% ～30%)，直接导致混凝土使用功能失效，因此，其受冻临界强度也应通过试验确定。
3.5 外加剂与掺合料
对比上世纪七、八十年代和现在的混凝土，明显发现，现代的混凝土中多掺入减水剂、引气剂来提高混凝土的工作性和物理力学性能，而从负温混凝土施工角度来看，混凝土受冻临界强度受防冻剂、减水剂、引气剂的影响更为直接一些，掺入这些外加剂，对负温混凝土抵抗冻结损伤更为有利，尤其是引气剂，其掺入混凝土中后，在混凝土内部形成数量巨大的微孔，这些微孔可以阻断混凝土内部的毛细通道，防止水分迁移，减少由于迁移而造成液相水结冰形成尺寸较大冰块，破坏混凝土结构;同时，这些微孔也可有效地抵消部分水结冰时产生的膨胀应力。因此，掺入减水剂、引气剂等能提高混凝土质量，包括减少混凝土负温冻结损伤，从而降低混凝土的受冻临界强度。从当前的防冻剂配方设计来看，最为优秀的防冻剂配方中，减水组份和引气组份是不可或缺的成分，而那些单一成分、单一功能的防冻剂，对负温混凝土质量的提高作用有限。
所以，负温混凝土受冻临界强度值的规定应是在基于掺入减水剂、引气剂混凝土前提下所确定的，对于采用蓄热法、暖棚法施工的混凝土，可以在不至于影响混凝土性能，包括耐久性能的条件下，适当减免使用引气剂、减水剂。但对于采用加热法养护的混凝土，其使用引气剂应慎重。
粉煤灰混凝土、矿渣混凝土等掺矿物掺合料混凝土的应用是一项环保、利废的工作，同时，也是提高混凝土耐久性的有效途径之一，掺合料也越来越多的被应用于混凝土中。试验研究表明，粉煤灰、矿渣微粉在替代10% ～20%水泥的条件下，对负温混凝土的受冻临界强度影响不大，混凝土转正温环境下，强度仍能持续增长，而在外掺条件下，用于改善混凝土工作性时，对受冻临界强度的影响则更小。但对于大掺量矿物掺合料混凝土，特别是有些掺量高于40%以上的粉煤灰混凝土，有研究表明，混凝土的强度，特别是抗渗性能、抗冻性能影响明显，混凝土－7+56d龄期100次快速冻融后，动弹模量损失75%，试件质量损失超过30%。因此，掺合料用量的不同，对混凝土受冻临界强度的要求也会不同，有鉴于此，对掺入超过20%粉煤灰或矿渣粉混凝土，其受冻临界强度应经试验研究确定，对于有抗冻性要求的混凝土，应选择适宜的冬期施工养护方法，同时还应控制掺合料的最佳用量。
3.6 养护方法
冬期施工，混凝土养护方式通常分为：非加热法和加热法，非加热法主要包括蓄热法、综合蓄热法、负温养护法(也称防冻剂法)，加热法主要包括暖棚法、电热法、蒸汽法;而按照
混凝土中是否掺加能够提高混凝土早期强度，防止混凝土受冻的外加剂来进行分类的话，则分为：一是蓄热法、加热法，其中不掺加早强剂、防冻剂或含有这些成分的外加剂，二是综合蓄热法，混凝土中掺入了早强剂或含有早强组份的外加剂，三是负温养护法，混凝土中掺入了防冻剂或含有防冻组分、早强组分的复合型外加剂。按照后一种分类方法，可以看出，采用蓄热法、加热法养护的混凝土，由于未掺入早强剂、防冻剂，混凝土液相冰点高(一般视为0℃)，液相水中含溶质少，水结冰时的冰晶压力(即冻胀力)大，对混凝土受冻后产生的结构破坏也相应最大;采用综合蓄热法养护的混凝土，由于混凝土中掺入了早强剂，可以有效降低混凝土液相冰点至－5℃，液相水结冰时的冰晶压力得到减小，对混凝土结构的破坏也会减弱;采用负温养护方法施工的混凝土，其掺入了规定掺量的防冻剂，即在规定负温下，确保混凝土内部仍保留有液相水供水泥水化，其冰点值最低，可达到－15℃甚至以下，液相水结冰时受大量防冻剂溶质的干扰，冰晶形态畸形化，冰晶压力较小，对混凝土结构的破坏也相对较轻。按照以上的养护方式划分思路来规定混凝土的受冻临界强度，更加有利于施工单位根据工程建设的进度需要、施工现场保温养护条件、结构形式的不同等确定适宜的养护方法，更有利于控制负温混凝土施工质量。
4 结语
混凝土受冻临界的确定，不但是控制负温混凝土冬期施工的质量技术手段，更是建设单位作为混凝土工程施工过程控制的依据，如何科学、合理地确定负温混凝土受冻临界强度，不但要通过科学手段进行测试，还要紧密结合工程实践进行验证，以上关于受冻临界强度的探讨是在标准修订过程中的建议，供在征求意见阶段大家讨论。
机电在线据以上分析，提出负温混凝土受冻临界强度建议：
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