新疆建筑科学研究院（有限责任公司） 新疆乌鲁木齐
摘要：现有技术水平之下，为了有效限度的降低混凝土低温冻害所产生的负面影响，强化混凝土后期施工的整体安全性，可按照实际施工环境情况采用包括一次水冻、一次气冻以及多次冻结在内的受冻环境来对混凝土冻害防治以及后期预养护问题进行实验分析。
关键词：低温混凝土；抗冻临界强度；试验研究
0引言
随着经济高速发展，近年来高寒地区铁路、液化石油气天然气工程、极寒地区建筑等低温环境工程持续增加。由于混凝土在低温环境下与在常温环境下强度发展过程存在显著差异，低温混凝土长久以来研究较普通混凝土复杂。自上世纪70年代起，西方国家就开始对低温条件下混凝土性能进行了研究，结果表明，含水量较高的混凝土处于低温环境时抗压强度明显升高，而低温环境对干燥的混凝土的抗压强度影响却不大[1-3]，也有研究者指出低温环境混凝土抗压强度只与温度有线性关系。张楠研究了低温条件下相同含水率的混凝土力学性能，结果表明在相同含水率情况下不同比例的凝胶材料对混凝土抗压强度的影响远小于对劈裂强度影响。对低温混凝土性能研究结果差异的一大原因是实验条件的限制，有学者对采用不同方法制造出低温环境如叶建雄采用液氮的方法，而谢剑通过自主研发设计超低温环境箱，实验结果也有所不同。通常认为温度是对混凝土产生性能影响的充分条件，那么含水量则是影响混凝土性能的必然因素[8-9]。为指导低温条件下对混凝土采取合理的预防措施以防止混凝土达到极限强度而影响其性能，研究了不同温度及含水量条件下混凝土性能，得出混凝土在不同低温条件下产生极限抗压强度值及预养护所需要的时间，以保证混凝土在低温条件下的安全及可靠性。
1 试验方法
一次气冻：对参与试验不同组比混凝土提供差异预养护后，于-20℃冰箱中静置，静置时间控制在72h；一次水冻：经过差异预养护后于水中静置4h后，对表面水分进行清除，于快速冻融仪中进行6个循环的冻融处理。8组混凝土组成成分均为早强剂3%、高效减水1%，粉煤灰及硅灰含量有所不同含量见下表。
2 试验结果与分析
2.1 受冻环境对混凝土抗冻临界强度的影响
本文中所引用抗冻临界强度主要是指混凝土在低温环境下的最低强度，工程意义为：初步完成浇筑混凝土在强度达到一定水平之前承受冻结伤害固定时间，重新正温养护后其后期强度逐渐恢复至空白混凝土0.95以上所必须的最低初始强度水平。自由水结冰状态的不同和结冰历程上的差异的，导致低温混凝土在不同冻害环境下出现截然不同的内部裂缝情况，而这些裂缝的客观存在，必然对恢复常温养护后的混凝土强度出现明显的。
抗冻临界强度的判定标准为受冻害影响后转入标准养护抗压强度是否能够达到空白混凝土的0.95，达到即为合格，否则为不合格。图1为标准养护条件下，参与实验测试各组混凝土抗压强度在不同养护龄期表现情况。
根据图1所提供的强度发展信息，我们可以对8组混凝土在不同冻结环境中的抗冻临界强度进行计算。其计算结果如表2所示。
2.2 影响的机理分析
上述图表中我们可以发现，混凝土在一次气冻环境下的抗冻临界强度以及达到该数值的时间均为最低水平，这一情况的客观存在，主要是由于含水量对于低温环境影响能力的有着正相关关系。一次气冻在温度降低至-20℃后，内部结冰将会产生膨胀作用而破坏混凝土内部结构，其内部孔径在50 nm以下的条件下，结冰情况基本消失。而在水化过程中混凝土必然造成内部水分的大量消失，因此其内部孔径的水分饱和度已经降低到临界值，所以通常情况下一次气冻环境下如果混凝土水化水平控制在一定范围之内，其内部孔径内留存的自由水无法达到临界值的情况下，一次气冻环境对混凝土所造成的方面影响即处于可控状态。而相对于一次气冻来说，多次冻结环境和一次水冻环境由于其内部孔径中自由水的含量偏高，混凝土本身难以承受其结冰后的膨胀应力；并且在结冰过程中同样需要必要的孔结构状态来为其结冰过程中所产生的渗透压力提供释放空间，才能够有效的规避这两种冻害类型对混凝土的负面影响。这种情况出现可能由于：多次冻结过程中，虽然含水量和一次水冻环境并没有根本性的差异，但是多次冻结过程中的内部水化提供了多次的温度刺激，所以混凝土在这种低温环境下，内部结构将会表现为：破坏—修复的多次循环，而其中的修复程度实际上受到多次冻害破坏损伤的影响，这依情况导致了相对于一次水冻条件下的混凝土抗冻需求来说，无疑更小，因此对混凝土恢复常温养护后的整体强度提供了更好的支持。
3 结 论
（1）针对本次实验中的参与对比混凝土来说，其抗冻害的临界抗冻强度排序情况为：
一次水冻＞多次冻结＞一次气冻；
（2）一次气冻中，预养护时间应控制在18~32 h，抗冻临界强度为3.7~4.4 MPa；一次水冻中，预养护时间应控制在34~46 h，抗冻临界强度为7.8~8.9 MPa；多次冻结中，预养护时间应控制在32~44 h，抗冻临界强度为7.0~8.2 MPa；
参考文献：
[1]山根昭．超低温混凝土[J]．低温建筑技术，1980.2（1）：57-60．
[2] 蒋正武，李雄英.超低温下砂浆力学性能的试验研究[J].硅酸盐学报，2010，38（4）：602-607.
[3] 蒋正武，李雄英，张楠.超低温下高强砂浆强度发展[J].硅酸盐学报，2011，39（4）：703-707.
论文作者:赵明琪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/28
标签：混凝土论文; 低温论文; 强度论文; 环境论文; 临界论文; 条件下论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2017年第28期论文;