影響混凝土抗凍性的主要因素

1、含氣量
　　在混凝土中加入一定量的引氣劑，可使混凝土中形成一些細小的圓形封閉氣孔，進一步提高混凝土的流動性，減少拌合物的離析和泌水，提高混凝土的均勻性，改善混凝土的耐久性（抗?jié)B性、抗凍性）。在美國、日本、加拿大等國家，引氣劑在混凝土中的使用是很普遍的，甚至也用于高強混凝土中。摻入引氣劑是提高混凝土含氣量有效途經(jīng)，以達到提高抗凍耐久性的目的。因此，含氣量也是影響混凝土抗凍性的主要因素。為使混凝土具有較好的抗凍性，其最佳含氣量約為5%-6%�；炷林屑尤胍龤鈩┊a(chǎn)生了均勻穩(wěn)定、互不相通的微小氣泡，這些互不連通的微細氣孔不僅部分阻斷了混凝土內(nèi)的開口連通孔隙，同時在混凝土孔隙中的自由水凍結(jié)膨脹時，能使毛細孔中的靜水壓力減小，即起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過程中，這些孔隙可阻止或抑制水泥漿中微小冰體的生成。在混凝土中必須保證氣孔的均勻分布，這樣才能使混凝土具有較好的抗凍性。
　　在混凝土中平均孔隙間距隨含氣量增加而減小，在最佳含氣量條件下，孔隙間距將會防止凍融造成的壓力過大。實驗表明，當混凝土含氣量超過6%后，抗凍性不再提高[2]。
2、水灰比
　　混凝土的抗凍性主要取決于混凝土的水灰比及含氣量，由于含氣量取決于骨料最大粒徑，也可以說，當混凝土的含氣量滿足骨料最大粒徑的要求時，混凝土的抗凍性取決于混凝土的水灰比。嚴格限制混凝土的水灰比對于保證較高的抗凍性仍然是十分必要的。水灰比不僅直接影響混凝土的孔隙率及結(jié)構(gòu)，還間接影響混凝土各種性能(強度、耐久性等)。在同樣良好成型條件下，水灰比不同，混凝土密實程度、孔隙結(jié)構(gòu)也不同，其抗凍性能也不同。在含氣量基本相同的條件下，水灰比愈大，混凝土中氣泡平均尺寸及其間距均增大，此時在水泥漿中可凍水的含量也相應增大，從而導致混凝土的抗凍性顯著下降。反之，水灰比愈小，氣泡平均尺寸也隨之減小，氣泡個數(shù)增加，可以大大提高混凝土的抗凍性。因此，為提高混凝土的抗凍性，必須嚴格控制水灰比。
3、粉煤灰
　　隨著混凝土材料科學的發(fā)展，粉煤灰在混凝土中應用越來越廣泛。粉煤灰由于其化學成分、礦物組分及顆粒形態(tài)等特征，在混凝土中主要產(chǎn)生三大效應，即活性效應（火山灰效應）、形態(tài)效應及微集料效應[3]。
　　(1)活性效應可以降低混凝土中Ca(OH)2濃度，其不僅減弱了溶析導致的混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的劣化；而且經(jīng)過二次水化反應消耗了混凝土中薄弱的Ca(OH)2結(jié)晶，使混凝土內(nèi)部孔隙率得到降低，不但改善了混凝土孔結(jié)構(gòu)，還提高了混凝土的密實性。
　　(2)形態(tài)效應有利于減少混凝土用水量，這是由于粉煤灰的小球形顆粒形狀在骨料之間起到填充和潤滑作用，提高混凝土的流動性，此外，細小粉煤灰顆粒有助于水充分地散開，提高混凝土的保水性，防止泌水，從而可以減低了水灰比，提高混凝土的密實度。
　　(3)微集料效應使混凝土內(nèi)部空隙細化，增強混凝土的密實性。
　　由此可見，混凝土中摻入粉煤灰可以有效降低水灰比、細化混凝土內(nèi)部空隙，提高其密實性，從而減少了有害孔的相對數(shù)量，提高混凝土的抗凍性能。然而，混凝土中的粉煤灰含量應該存在一個最佳含量值，當粉煤灰摻量過大時，由于粉煤灰的容重小于水泥的，大約為水泥的2/3，將使得膠凝材料的體積增大，體積增大必將導致混凝土表面吸附水的增加，使其流動性降低，混凝土不能夠很好的密實，混凝土密實性下降，使得環(huán)境中的水容易進入，混凝土的抗凍性能自然會降低。由于混凝土中摻入適量的粉煤灰，可以提高混凝土的密實度、保水性，降低了水灰比，根據(jù)混凝土凍融破壞機理，當混凝土飽水程度較低時，混凝土在凍融循環(huán)過程中的破壞應當很小。故摻加了粉煤灰的混凝土抗凍性較好。

4、硅粉的填充性和火山灰活性
硅粉具有獨特的細度,無定型的SiO2含量高,這使其適于代替一部分膠凝材料,小的球狀硅粉填充于水泥顆粒之間,使膠凝材料具有更好的級配。硅粉提高混凝土強度的關(guān)鍵在于提高了水泥漿體與集料之間的粘結(jié)強度。硅粉的作用為降低泌水、防止水分在集料下表面凝聚,從而提高界面過渡區(qū)的密實度和減小界面過渡區(qū)的厚度,硅粉與粉煤灰一樣,具有火山灰活性。硅粉含有大量的非晶質(zhì)硅和超細粉末,在水泥水化初期與Ca(OH)2反應,生成C—S—H凝膠,使混凝土中的鈣硅比降低,從而提高了混凝土的強度。
　　硅粉摻入水泥石中,填充了水泥漿部分微細空隙,減小了水泥中的孔隙率,使水泥石致密化,提高了強度,降低了透水性和透氣性。由壓汞法測定,在摻入硅粉的水泥石中,0.1μm以上的大孔徑數(shù)量有所降低。
5、水飽和度
　　混凝土的凍融破壞還與其飽水程度密切相關(guān)。冰凍破壞主要是由于混凝土中水份結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹應力，一般認為含水量小于孔隙總體積的91.7%就不會產(chǎn)生凍結(jié)膨脹壓力，在混凝土完全飽水狀態(tài)下，其凍結(jié)膨脹壓力最大。因此濕凍（完全水飽和）要比干凍的破壞作用大得多。混凝土的飽水狀態(tài)主要與混凝土結(jié)構(gòu)的部位及其所處的自然環(huán)境有關(guān)。經(jīng)常處于潮濕環(huán)境下的混凝土，其含水量明顯高于處于大氣中的混凝土。然而，最容易發(fā)生凍融破壞是位于水位變化區(qū)的混凝土，此處的混凝上經(jīng)常處于干濕交替變化的環(huán)境中，受凍時極易破壞。此外，由于處在一定環(huán)境下的混凝土，其表面含水率通常大于其內(nèi)部的含水率，因此凍害往往是由表層開始逐步深入發(fā)展的。