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【摘 要】主要论述了早期受冻对混凝土的影响，介绍了混凝土临界强度的概念，混凝土临界强度的影响因素及混凝土临界强度的取值。重点说明了采取保证混凝土在受到冻害前达到临界强度的措施。
【关键词】冬期；混凝土；临界强度
一、混凝土早期受冻损害
众所周知，水泥凝结需要温度和水，温度在0℃以下，水表现为固相—冰，此时它不但不能参与和水泥的水化反应，而且它体积膨胀9%，会破坏混凝土内部结构。混凝土早期受冻的影响主要表现如下：
1.混凝土早期受冻对其抗压强度的影响
对混凝土早期受冻的情况研究得出大致相同的结论：尽管各地的气象条件和混凝土原材料及配合比不尽相同，混凝土浇筑后立即受冻，无论冻后正温养护的时间多长，其抗压强度都有较大的损失，一般在40%-50%。
2.混凝土早期受冻对其抗渗性能的影响
混凝土早期受冻不仅影响混凝土结合面处的抗渗性而且影响室内混凝土试件的整体抗渗性，浇模后立即受冻的混凝土试件在0.1 MPa-0.2 MPa压力下全部渗水，这将会影响混凝土结构的长期稳定和受力状况。
3.混凝土早期受冻对其抗拉强度的影响
混凝土浇筑后立即受冻其抗拉强度损失最大可达40%。这一损失将会影响混凝土的抗裂性能和混凝土与钢筋之间的粘结，一方面使混凝土与钢筋之间的粘结度降低，另一方面大量裂隙的存在也会导致钢筋的锈蚀和混凝土的溶蚀。
在冬季施工中，防止混凝土早期期受冻是保证混凝土强度及耐久性的关键所在。进行混凝土冬期施工，由于各种因素影响，欲使混凝土完全不受冻，是不现实也是不经济的。因为这要增加许多防护措施，而且要拖长工期。因此设想作出一些规定，在一定条件下允许混凝土早期受冻，而不致损害混凝土各项性能，满足设计和使用要求。
目前混凝土受冻前达到早期受冻临界强度是防止混凝土遭受冻害的重要技术指标。只有早期受冻临界强度保证了，才能保证混凝土早期不受冻害，才能保证混凝土后期强度继续发展，就可以避免在冬期施工过程中，由于混凝土质量出现的工程事故。
二、混凝土受冻临界强度的概念
混凝土受冻临界强度是指新浇筑混凝土在受冻前达到某一初始强度值，然后遭受冻结，当恢复正温养护后，混凝土强度仍会增大，经过28d标准养护后，其后期强度可达设计强度95 %以上，这一受冻前的最低初期强度叫做混凝土受冻临界强度。
受冻临界强度的研究是混凝土冬期施工技术中重要的课题之一。国际上各国的规范中也根据本国的情况有自己的规定，看法也大相径庭，在国内关于受冻临界强度的研究从未停止过。正如朱卫中所指出的，从工程意义上，受冻临界强度给出了表征工程混凝土强度的基本安全限，对于保证工程质量有着不可低估作用，但95%是否科学，能否保证本身的耐久性或质量，没有理论根据，因而实属模糊概念，95%也是工程模糊量。但目前大量研究结果都是基于只要混凝土在受冻前达到受冻临界强度值，这样的混凝土就可以安全使用了。
三、混凝土受冻临界强度的影响因素
1.水灰比和温度对混凝土抗冻临界强度的影响
有关研究表明：随着温度的降低，各种水灰比、各个龄期的混凝土立方体抗压强度明显降低，但是随着龄期的增加混凝土的强度缓慢增长。这说明在混凝土养护体制中，溫度控制着混凝土水化的速度。温度在5℃时，混凝土的水化已经非常缓慢。温度控制混凝土水化反应速度的关键在于随着温度的降低，水逐渐失去活性，而在混凝土的水化过程中，是否存在活性水决定了水化反应能否进行下去。在冬季施工过程中，温度降到0℃以下后，水分基本失去活性，甚至混凝土大孔中的可蒸发水开始结冰，使混凝土的强度不再增长。同时由于大孔中的可蒸发水结冰，致使混凝土的内部结构产生一定程度的破坏。
2.湿度对混凝土抗冻临界强度的影响
有关试验数据表明：
（1）经一次冻结法试验可得知低温混凝土在表干状态下，C30的抗冻临界强度为2.5-3 MPa。
（2）经一次冻结法试验可得知低温条件下，混凝土如果早期遭受雨雪造成表面浸润时，其抗冻临界强度必须达到8.5-9.0 MPa。
3.外加剂的掺入比例问题更加复杂
对于掺入不同的外加剂其临界强度是不同的，掺外加剂对混凝土的临界强度的影响有两种观点：一种认为掺入复合防冻剂后其受冻临界强度和基准相比并没有明显的改变，甚至略有提高。另一种则认为掺入复合防冻剂后其受冻临界强度明显降低，总之，复合防冻剂作用机理尚未取得共识，至于对临界强度有影响则更难统一。
4.防冻剂掺量
从现行规范及实际应用来看，混凝土防冻剂的掺量离不开以下因素：即水泥品种、用量、水灰比、温度、减水剂品质、用量、养护条件、比表面积、部位、形状及模板等；这些因素中与混凝土防冻剂掺量成正比的有水灰比、温度、结构件表面系数等；而与防冻剂掺量构成反比的有水泥用量、减水剂减少用水量等。
防冻剂生产厂家根据本厂防冻剂性质做出较多试验数据，为使用者提供在不同气温下的掺量系数，便于冬季施工选择的依据。
四、混凝土受冻临界强度的取值
1.临界强度取值
在当前混凝土早期受冻临界强度的理论被多数工程界人士所接受，并被国家及行业规范规程所确定在全国施行。如《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97）中，把早期受冻临界强度分为未掺外加剂的普通混凝土和掺外加剂的混凝土两种，见表1、表2。
表1 未掺外加剂的普通混凝土
混凝土类型 混凝土早期受冻临界强度
采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥配制的普通混凝土 为设计的混凝土强度标准值的30%
采用矿渣硅酸盐水泥配制的普通混凝土 为设计的混凝土强度标准值的40% 混凝土强度等级：C10及小于C10 不得小于5MPa
表2 摻防冻剂的混凝土
室外最低气温 混凝土早期受冻临界强度
-15℃以内时 不得小于4MPa
-30℃以内时 不得小于5MPa
我国SDJ-207-82水工混凝土施工规范规定：
（1）大体积内部混凝土，应不低于5.0 MPa；
（2）大体积外部混凝土和钢筋混凝土，应不低于10 MPa。
其他一些国家规定的混凝土允许受冻临界强度如下：
瑞士：3.0-5.0MPa；美国和丹麦：3.5 MPa ；日本：6.0 MPa；芬兰：4-8.5 MPa；
挪威：4.0-8.5 MPa；加拿大：7.0-10.0 MPa。
由于混凝土各项物理力学指标均与其抗压强度有关，遭受早期冻结的混凝土这种相关性也存在，不同工程构件对混凝土性能虽然要求不同，但各国规范都采用抗压强度作为判别指标，使用起来比较方便。
2.临界强度的局限性
混凝土抗冻性是个相当复杂的问题，而混凝土旱期受冻问题更复杂，由于人们对早期受冻破坏机理的认识不同，所选择的试验方法就不同，所得结果取值不同，加之传统的以混凝土立方强度为尺度来衡量受冻损伤本身存在的问题，同时随着混凝土等级不同，抗冻临界强度的概念出现了本质的差别，这些因素都制约着临界强度的确定。那么只好另找一种结构损伤十分敏感，同时通过一次冻融循环就可判断混凝土是否达到临界强度的指标和方法，混凝土材料学告诉我们变形是一个对结构十分敏感的指标，通过对混凝土受冻变形的测试可望解决上述问题。
五、混凝土受冻临界强度的保证措施
1.原材料选择
（1）水泥
冬期施工，气温较低，对混凝土早强要求较高。为了使混凝土快速达到抗冻临界强度，保证工程质量，宜采用P.O42.5 级水泥，确保混凝土的早期水化热。而矿渣水泥由于早期强度增长比较慢，不利于混凝土的早期强度，不宜采用；最小水泥用量> 3 0 0 k g。
（2）骨料
一般均露天堆放，应提前备料，有条件的应进行覆盖或搭棚，使其达到无冰块、雪团、大泥块，不结块的要求。砂要求含泥量≤ 3%，泥块含量≤ 1%，级配良好；石子宜选用连续粒级，针片状含量≤ 1%，含泥量≤ 1 % 。其它指标根据试验确定。
（3）掺合料
若掺粉煤灰，宜采用Ⅰ级灰，优先选用磨细粉煤灰，以提高其活性，利于强度发展。掺量控制在水泥用量的2 0 % 以内，粉煤灰烧失量≤ 4%。若选用其它掺合料需经试验确定，掺量不宜过高，对早期抗冻性能不能有不良影响。
（4）防冻剂
根据气温变化及时更换防冻剂型号，优先选用早强型防冻减水剂，具有减水、增强、防冻、引气等功能，以尽快达到临界强度。应注意某些防冻剂含碱量较高，要经过检验严格控制，避免形成碱骨料反应。
2.配合比
冬施配合比必须提前进行严格的试配，水灰比不宜大于0.5，水泥用量应较常温提高10-20kg，在满足施工性能的前提下，尽量减小坍落度。
3.生产和施工
搅拌时间：冬季生产混凝土，骨料中可能夹杂冰块或骨料结块，各种原材料温度差异较大，故搅拌时间应较常温生产延长20 秒以上，保证拌合物搅拌均匀，以获得良好的和易性。
凝土出机温度，必须高于10 ℃，每台班至少记录二次；到达施工现场混凝土入模温度，必须高于5℃，随时抽查。加强调度，保证混凝土供应的连续性，使浇筑一次性完成，冬季施工不宜留施工冷缝。拆模时砼强度要达到规定值，无特殊要求的要达到设计值的75% 以上方可拆模。拆模后亦应用塑料薄膜覆盖或包裹养护。任何结构部位严禁浇水。
4.施工现场混凝土养护
良好的混凝土养护条件是混凝土质量的有利保障。气温在-15 ℃时不可浇水养护。应采用木质模板，而且应带模养护过冬。特别重要的是即使掺加了防冻剂也要采取保温防冻、防风、防失水措施，应尽量延长混凝土正温养护时间，使混凝土在受冻前达到临界强度。
参考文献：
[1]《冬期施工手册》第二版项玉璞主编.
[2]《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104—97）.
[3]刘军.低温混凝土抗冻临界强度影响因素的研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2005，21（3）：228-231.
[4]周怀亮.负温混凝土受冻前养护时间确定[J].低温建筑技术，1998，（2）：22-23.
作者简介：
严志斌（1973-），男，湖北黄冈人，工程师， 主要从事建筑工程施工与管理。
【关键词】冬期；混凝土；临界强度
一、混凝土早期受冻损害
众所周知，水泥凝结需要温度和水，温度在0℃以下，水表现为固相—冰，此时它不但不能参与和水泥的水化反应，而且它体积膨胀9%，会破坏混凝土内部结构。混凝土早期受冻的影响主要表现如下：
1.混凝土早期受冻对其抗压强度的影响
对混凝土早期受冻的情况研究得出大致相同的结论：尽管各地的气象条件和混凝土原材料及配合比不尽相同，混凝土浇筑后立即受冻，无论冻后正温养护的时间多长，其抗压强度都有较大的损失，一般在40%-50%。
2.混凝土早期受冻对其抗渗性能的影响
混凝土早期受冻不仅影响混凝土结合面处的抗渗性而且影响室内混凝土试件的整体抗渗性，浇模后立即受冻的混凝土试件在0.1 MPa-0.2 MPa压力下全部渗水，这将会影响混凝土结构的长期稳定和受力状况。
3.混凝土早期受冻对其抗拉强度的影响
混凝土浇筑后立即受冻其抗拉强度损失最大可达40%。这一损失将会影响混凝土的抗裂性能和混凝土与钢筋之间的粘结，一方面使混凝土与钢筋之间的粘结度降低，另一方面大量裂隙的存在也会导致钢筋的锈蚀和混凝土的溶蚀。
在冬季施工中，防止混凝土早期期受冻是保证混凝土强度及耐久性的关键所在。进行混凝土冬期施工，由于各种因素影响，欲使混凝土完全不受冻，是不现实也是不经济的。因为这要增加许多防护措施，而且要拖长工期。因此设想作出一些规定，在一定条件下允许混凝土早期受冻，而不致损害混凝土各项性能，满足设计和使用要求。
目前混凝土受冻前达到早期受冻临界强度是防止混凝土遭受冻害的重要技术指标。只有早期受冻临界强度保证了，才能保证混凝土早期不受冻害，才能保证混凝土后期强度继续发展，就可以避免在冬期施工过程中，由于混凝土质量出现的工程事故。
二、混凝土受冻临界强度的概念
混凝土受冻临界强度是指新浇筑混凝土在受冻前达到某一初始强度值，然后遭受冻结，当恢复正温养护后，混凝土强度仍会增大，经过28d标准养护后，其后期强度可达设计强度95 %以上，这一受冻前的最低初期强度叫做混凝土受冻临界强度。
受冻临界强度的研究是混凝土冬期施工技术中重要的课题之一。国际上各国的规范中也根据本国的情况有自己的规定，看法也大相径庭，在国内关于受冻临界强度的研究从未停止过。正如朱卫中所指出的，从工程意义上，受冻临界强度给出了表征工程混凝土强度的基本安全限，对于保证工程质量有着不可低估作用，但95%是否科学，能否保证本身的耐久性或质量，没有理论根据，因而实属模糊概念，95%也是工程模糊量。但目前大量研究结果都是基于只要混凝土在受冻前达到受冻临界强度值，这样的混凝土就可以安全使用了。
三、混凝土受冻临界强度的影响因素
1.水灰比和温度对混凝土抗冻临界强度的影响
有关研究表明：随着温度的降低，各种水灰比、各个龄期的混凝土立方体抗压强度明显降低，但是随着龄期的增加混凝土的强度缓慢增长。这说明在混凝土养护体制中，溫度控制着混凝土水化的速度。温度在5℃时，混凝土的水化已经非常缓慢。温度控制混凝土水化反应速度的关键在于随着温度的降低，水逐渐失去活性，而在混凝土的水化过程中，是否存在活性水决定了水化反应能否进行下去。在冬季施工过程中，温度降到0℃以下后，水分基本失去活性，甚至混凝土大孔中的可蒸发水开始结冰，使混凝土的强度不再增长。同时由于大孔中的可蒸发水结冰，致使混凝土的内部结构产生一定程度的破坏。
2.湿度对混凝土抗冻临界强度的影响
有关试验数据表明：
（1）经一次冻结法试验可得知低温混凝土在表干状态下，C30的抗冻临界强度为2.5-3 MPa。
（2）经一次冻结法试验可得知低温条件下，混凝土如果早期遭受雨雪造成表面浸润时，其抗冻临界强度必须达到8.5-9.0 MPa。
3.外加剂的掺入比例问题更加复杂
对于掺入不同的外加剂其临界强度是不同的，掺外加剂对混凝土的临界强度的影响有两种观点：一种认为掺入复合防冻剂后其受冻临界强度和基准相比并没有明显的改变，甚至略有提高。另一种则认为掺入复合防冻剂后其受冻临界强度明显降低，总之，复合防冻剂作用机理尚未取得共识，至于对临界强度有影响则更难统一。
4.防冻剂掺量
从现行规范及实际应用来看，混凝土防冻剂的掺量离不开以下因素：即水泥品种、用量、水灰比、温度、减水剂品质、用量、养护条件、比表面积、部位、形状及模板等；这些因素中与混凝土防冻剂掺量成正比的有水灰比、温度、结构件表面系数等；而与防冻剂掺量构成反比的有水泥用量、减水剂减少用水量等。
防冻剂生产厂家根据本厂防冻剂性质做出较多试验数据，为使用者提供在不同气温下的掺量系数，便于冬季施工选择的依据。
四、混凝土受冻临界强度的取值
1.临界强度取值
在当前混凝土早期受冻临界强度的理论被多数工程界人士所接受，并被国家及行业规范规程所确定在全国施行。如《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97）中，把早期受冻临界强度分为未掺外加剂的普通混凝土和掺外加剂的混凝土两种，见表1、表2。
表1 未掺外加剂的普通混凝土
混凝土类型 混凝土早期受冻临界强度
采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥配制的普通混凝土 为设计的混凝土强度标准值的30%
采用矿渣硅酸盐水泥配制的普通混凝土 为设计的混凝土强度标准值的40% 混凝土强度等级：C10及小于C10 不得小于5MPa
表2 摻防冻剂的混凝土
室外最低气温 混凝土早期受冻临界强度
-15℃以内时 不得小于4MPa
-30℃以内时 不得小于5MPa
我国SDJ-207-82水工混凝土施工规范规定：
（1）大体积内部混凝土，应不低于5.0 MPa；
（2）大体积外部混凝土和钢筋混凝土，应不低于10 MPa。
其他一些国家规定的混凝土允许受冻临界强度如下：
瑞士：3.0-5.0MPa；美国和丹麦：3.5 MPa ；日本：6.0 MPa；芬兰：4-8.5 MPa；
挪威：4.0-8.5 MPa；加拿大：7.0-10.0 MPa。
由于混凝土各项物理力学指标均与其抗压强度有关，遭受早期冻结的混凝土这种相关性也存在，不同工程构件对混凝土性能虽然要求不同，但各国规范都采用抗压强度作为判别指标，使用起来比较方便。
2.临界强度的局限性
混凝土抗冻性是个相当复杂的问题，而混凝土旱期受冻问题更复杂，由于人们对早期受冻破坏机理的认识不同，所选择的试验方法就不同，所得结果取值不同，加之传统的以混凝土立方强度为尺度来衡量受冻损伤本身存在的问题，同时随着混凝土等级不同，抗冻临界强度的概念出现了本质的差别，这些因素都制约着临界强度的确定。那么只好另找一种结构损伤十分敏感，同时通过一次冻融循环就可判断混凝土是否达到临界强度的指标和方法，混凝土材料学告诉我们变形是一个对结构十分敏感的指标，通过对混凝土受冻变形的测试可望解决上述问题。
五、混凝土受冻临界强度的保证措施
1.原材料选择
（1）水泥
冬期施工，气温较低，对混凝土早强要求较高。为了使混凝土快速达到抗冻临界强度，保证工程质量，宜采用P.O42.5 级水泥，确保混凝土的早期水化热。而矿渣水泥由于早期强度增长比较慢，不利于混凝土的早期强度，不宜采用；最小水泥用量> 3 0 0 k g。
（2）骨料
一般均露天堆放，应提前备料，有条件的应进行覆盖或搭棚，使其达到无冰块、雪团、大泥块，不结块的要求。砂要求含泥量≤ 3%，泥块含量≤ 1%，级配良好；石子宜选用连续粒级，针片状含量≤ 1%，含泥量≤ 1 % 。其它指标根据试验确定。
（3）掺合料
若掺粉煤灰，宜采用Ⅰ级灰，优先选用磨细粉煤灰，以提高其活性，利于强度发展。掺量控制在水泥用量的2 0 % 以内，粉煤灰烧失量≤ 4%。若选用其它掺合料需经试验确定，掺量不宜过高，对早期抗冻性能不能有不良影响。
（4）防冻剂
根据气温变化及时更换防冻剂型号，优先选用早强型防冻减水剂，具有减水、增强、防冻、引气等功能，以尽快达到临界强度。应注意某些防冻剂含碱量较高，要经过检验严格控制，避免形成碱骨料反应。
2.配合比
冬施配合比必须提前进行严格的试配，水灰比不宜大于0.5，水泥用量应较常温提高10-20kg，在满足施工性能的前提下，尽量减小坍落度。
3.生产和施工
搅拌时间：冬季生产混凝土，骨料中可能夹杂冰块或骨料结块，各种原材料温度差异较大，故搅拌时间应较常温生产延长20 秒以上，保证拌合物搅拌均匀，以获得良好的和易性。
凝土出机温度，必须高于10 ℃，每台班至少记录二次；到达施工现场混凝土入模温度，必须高于5℃，随时抽查。加强调度，保证混凝土供应的连续性，使浇筑一次性完成，冬季施工不宜留施工冷缝。拆模时砼强度要达到规定值，无特殊要求的要达到设计值的75% 以上方可拆模。拆模后亦应用塑料薄膜覆盖或包裹养护。任何结构部位严禁浇水。
4.施工现场混凝土养护
良好的混凝土养护条件是混凝土质量的有利保障。气温在-15 ℃时不可浇水养护。应采用木质模板，而且应带模养护过冬。特别重要的是即使掺加了防冻剂也要采取保温防冻、防风、防失水措施，应尽量延长混凝土正温养护时间，使混凝土在受冻前达到临界强度。
参考文献：
[1]《冬期施工手册》第二版项玉璞主编.
[2]《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104—97）.
[3]刘军.低温混凝土抗冻临界强度影响因素的研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2005，21（3）：228-231.
[4]周怀亮.负温混凝土受冻前养护时间确定[J].低温建筑技术，1998，（2）：22-23.
作者简介：
严志斌（1973-），男，湖北黄冈人，工程师， 主要从事建筑工程施工与管理。