冬期混凝土冻害机理分析

冬期混凝土冻害机理分析

一、混凝土冬期施工的界定

按照国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》﹙GB50204---- -92﹚第七章规定，根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5d稳

定低于5°C时，混凝土工程施工即应进入冬期施工。

我国属于大陆性季风型气候，特点是经常受西伯利亚寒流影响，

气温变化较大且频繁。但根据气象部门对我国气候特点研究认为，在

秋冬气温变化季节，当气温连续降到日平均气温低于5°C，并连续5d 尚未高出5°C时，则以后气温再回升的可能性较少。这时取连续5d气 温稳定低于5°C的第一天即为冬期施工的初始日。同样，当气温回升 时，取连续5d稳定高于5°C的末日，即为冬期施工的终止日。

因此，混凝土的冬期施工期限可定为：根据历史的气象资料确定

，在秋冬季节，当气温连续5d稳定低于5°C的初始日至翌年的春季气

温连续5d稳定高于5°C的终止日即为混凝土冬期施工的具体日期。但 也应注意，在上述期限以外，有时由于寒流袭来，气温可能暂时突然 降到0°C以下，但寒流过后又出现太阳天气，气温又回升，因而在这 个突然降温期也应注意防止混凝土遭到冻害。混凝土工程的冬期施工 和常温施工不同，由于自然气温已降低到0°C以下，从整个施工过程 的各个环节，都要采取相应的保温防冻、防风、防失水等措施。尽量 给混凝土创造正温养护环境，使混凝土能不段凝结、硬化、增长强度 ，以避免和减少混凝土遭受冻害。

二.混凝土冻害的分类

在冬期混凝土工程施工过程中，混凝土受冻按不同阶段可分为以 下三种类型。

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（一）混凝土受冻

新鲜混凝土受冻指新浇筑的混凝土在终凝前遭到冻结，其主要原 因是气温与混凝土温度很低，加之施工措施欠妥。这种受冻一般说来

不会使混凝土产生恶化，只要化冻后在终凝前立即振捣密实，加强养 护，不要使混凝土重新受冻，混凝土的性能即不会受到损害。这种情 况一般在薄壁结构、薄板、道路面层施工中能遇到。

（二）混凝土早期受冻（亦称混凝土早期冻害或早龄期受冻）

混凝土早期受冻是指混凝土浇筑后，在养护硬化期间受冻，它能 损害混凝土的一系列性能。这在混凝土冬期施工中经常遇到并且是非

常值得注意的问题。这种冻害主要是由于施工方法选择不当、施工人 员技术水平不高或不负责任而造成的。它可使混凝土的一系列物理、 力学性能降低，从而使其达不到设计强度要求，影响工程应用，降低 耐久性，甚至造成返工。

评定混凝土早期冻害的主要指标是抗压强度、抗拉强度、混凝土

与钢筋的粘结强度。试验方法是采用各种冻结温度使不同龄期硬化中

的混凝土经一次或多次冻融后，按照《普通混凝土的标准试验方法》 进行。它综合反映混凝土原料、配合比、养护条件等水平。

评定混凝土早期冻害的重要指标之一是早期允许受冻临界强度值

。

（三）混凝土的冻害（亦称混凝土的抗冻耐久性）

混凝土的冻害是指已硬化了的混凝土在工程结构使用期间受寒暑 自然气温的影响，并长年累月遭受自然气温冻害冻融作用，而导致各

项性能逐渐降低。

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评定混凝土冻害的主要指标是抗压强度或动弹性模量损失值。取 标准条件下硬化了28d的混凝土试件，按混凝土抗冻耐久性标准试验方

法，经多次冻融后测定抗压强度或动弹性模量损失值，作为评定指标 。它反映材料及配合比水平，用于考核结构耐久性和使用年限，是为 设计服务的。三、混凝土冻害的机理分析

混凝土受冻害有三个重要条件，即湿度、水和混凝土内部结构的

孔隙状况，这三个条件缺一不可。

（1）温度是必要的条件。当温度降低到0°C以下时，促进水相转

变而成冰，水结冰后体积膨胀达到9%，从而使混凝土内部结构遭到破

坏。

（2）水主要取决于施工使用条件。施工时水灰比大，混凝土含水

量增大，导致混凝土遭受冻害严重。

（3）混凝土内部结构的孔隙状态决定于混凝土配合比设计及施工

水平。设计和施工不当，会使混凝土内部的孔隙率增大，毛细孔直径

较粗，自由水含量增多，导致混凝土的冻害程度严重。

混凝土是一种多孔性材料，它在硬化中和硬化后形成大小不同的

孔隙及相互连通的毛细孔通道。这些孔隙和毛细通道充满水后，当温

度降低时，对混凝土的冻害可归纳为以下几点：

1）当温度降低到0°C以下时，混凝土内部毛细孔中的自由水开始

结冰，体积膨胀。

2）结构构件的结冰由表面开始，逐渐向内部发展。表面部位水冻

结后，由于结冰而膨胀，将内部未冻结的部分水封闭并沿毛细孔通道

压向内部。

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3）随着冻结的发展，结冰体积越来越大，使内部未冻水压力越来 越高，当内部增高到超过混凝土的抗拉强度时，就会把毛细孔胀破，

产生微裂纹。

4）水在一定压力下，流入发生裂纹的裂缝内，这时毛细孔内部的

静水压降低，破坏有所缓和。尔后，冻结再继续向深层发展，水压力

又继续增大，达到一定程度时，则或裂纹继续扩展，后产生新的裂纹 。裂纹不断发展增多，使混凝土内部发生破坏。

5）当混凝土内部残留有未充满水的气孔，或者由于施工时掺入了

引气剂而在混凝土内部引入大量气孔时，则有压的未冻水的压力作用

下，通过渗透或毛细微孔流入气孔内，使静水压力减小，从而减少了 混凝土内部的裂纹，改善和提高了混凝土的抗冻害性能。

上述混凝土的冻害机理适用于已硬化了的混凝土，亦适用于硬化

中的初龄期混凝土的早期冻害。因为对于初龄期的混凝土来说，混凝

土内部的孔隙结构已基本形成，但并不十分坚固，所以在冬期施工中 ，对混凝土的早期受冻要十分重视。避免和减少混凝土的冻害，增强 混凝土的强度，提高工程施工质量。

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