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摘 要：混凝土在饱水状态下冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏。水在混凝土毛细孔中结冰造成冻胀开裂使混凝土弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全。一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可以看到裂缝和剥落。本文从混凝土的相关变化以及冻融破坏产生的原因出发，分析了影响混凝土抗冻性能的种种因素，以及改善混凝土抗冻性的措施。
关键词：破坏机理 冻融性 抗冻性 抗冻措施 混凝土
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）02-01-01
混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性（简称抗冻性）即是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和谅融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物、水池拨电站冷却塔以及与水接触部位的道路、建筑物勒脚、阳台等。在我国东北、华北和西北地区的水利大坝，尤其是东北严寒地区的混凝土结构物，几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。
水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性。一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可看到裂缝和剥落。一般认为，混凝土的冻融和盐冻破坏是一个物理作用的过程。混凝土的冻害会对建筑物造成巨大的危害，所以防治混凝土受冻害损伤在在冬季施工中是非常重要的。
一 混凝土的抗冻性
混凝土的抗冻性： 是指混凝土含水时抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。混凝土的抗冻性用抗冻等级（F）表示。抗冻等级F50以上的混凝土简称为抗冻混凝土。抗冻等级是以28d龄期的试件，按标准试验方法（慢冷法）进行反复冻融循环试验时，以同时满足强度损失率不超过25%，重量损失率不超过5%所能承受的最大冻融循环次数来表示。根据混凝土所能承受的最大冻融循环次数，混凝土的抗冻等级划分为F10，F15，F25，F50，F100，F150，F200，F250，F300等9个等级，当采用快冻法进行试验时，可参照慢冻法进行等级划分。
二 混凝土的冻融破坏
冻融循环冷库温度在0℃以上的时间较长，使结构体表面的冰霜融化成水滴，水分将沿着结构表面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；当库温降低为0℃以下时，其中的水分结成冰，产生膨胀，膨胀应力较大时，结构出现裂缝。结构件表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现，称为冻融循环。它的反复出现，造成建筑构造的严重破坏。混凝土的冻融破坏原因是混凝土中水结冰后发生体积膨胀，当膨胀力超过其抗拉强度时，便使混凝土产生微细裂缝，反复冻融裂缝不断扩展，导致混凝土强度降低直至破坏。
三 混凝土防渗冻害的原因分析
混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的，这些材料具有一定的吸水性，又长期处在水的环境中，这些水分在负温条件下，体积会发生膨胀，经过多个冻胀，融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土的冻融破坏。混凝土，属于刚性材料，具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，适应拉伸变形或不均匀变形的能力较差。在冻胀力或热应力的作用下，容易破坏，其破坏形式归纳如下：
①鼓胀及裂缝。在冬季，混凝土板与渠床基土冻结成一个整体，承受着冻结力、冻胀力，以及混凝土板本身收缩产生的拉应力等，当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应力时，板体就发生破坏。
②架空隆起。在地下水位较高的渠段，渠床基土距地下水近，冻胀量大，而渠顶冻胀小，造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。这种现象，一般出现在坡脚或水面以上0.5米坡长处和渠底中部。
③滑塌。渠道衬砌的冻融滑塌有两种形式：其一由于冻胀引起混凝土板隆起架空，使得坡脚支承受到破坏，混凝土板垫层失去稳定平衡，因而基土融化时，上部混凝土板块顺坡向下滑移、错位、互相穿插、迭叠。其二渠坡基土融化期的大面积滑坡，使渠坡滑塌，导致坡脚混凝土板被推开，上部混凝土板塌落下滑。
四 混凝土渠道防渗防治冻害的措施
混凝土渠道防渗是否产生冻胀破坏，其破坏程度如何，取决于基土冻结时水分迁移和冻胀作用。而这些作用又和当时当地的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。若采取措施消除或改善其中一个因素，就有可能防止混凝土的冻胀破坏。但是，混凝土渠道防渗多处于粘质土壤上，渠水易于补给基土，混凝土板体重量轻，抗冻胀能力弱，某些渠段无法避免自然和人为的不利条件，易于遭受冻害。实际上，采取单一措施达到不冻胀的目的，是难以做到的。实践证明，防治混凝土渠道的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程具体条件采取综合措施。现将实践中一些较为有效的冻害防治方法介绍如下。
1 避免冻胀 避免冻胀是在混凝土渠道防渗工程的规划设计中，注意避开出现较大冻胀量的自然条件，或者在冻胀性土区，注意避开冻胀对渠道混凝土的作用。
①尽可能避开粘质土壤、松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段，选择透水性 较强的不易产生冻胀的地段，或地下水位埋藏较深的地段。将混凝土渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。
②尽可能采用填方渠道。
③选择渠线在地形较高的脊梁地带。
④有渗水和地面回归水入渠的渠段，尽量有排水设施。
2 削减冻胀 渠床基土在冻胀消融的反复作用下，产生冻胀累积或变形情况时，可采用适宜的削减冻胀的措施，将基土的最大冻胀量削减到混凝土结构允许变位范围内。
①换填法。在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀性材料如戈壁石、风积砂的一种方法。戈壁石、风积砂垫层本身不会产生冻胀，而且能排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区迁移。所以换填垫层能有效地减少冻胀，防止冻害现象的发生。换填的戈壁石、风积砂垫层，粘土杂质含量一般不宜于大于5%，特别是换填层有饱水条件冻结时，必须保证冻结期换填层有排水出路。若混凝土板缝渗漏水或傍渗水的含泥量足以能污染换填层时，应在换填层外围设置一层土工薄保护。
②隔热保温。将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，减轻或消除寒冷，并可减少换填垫层深度，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。随着化学工业的发展，苯板等新型保温材料的开发，目前在采用新疆兵团混凝土渠道防渗工程中普遍采用，对削减冻深和冻胀的效果良好。这种保温材料具有自重轻，强度高，隔热性好，运输和施工方便等优点。
五 结束语
随着混凝土龄期的增加，水泥不断水化，可冻结水逐渐减少。同时水中溶解的盐浓度增加，因此冰点也随龄期而下降，抗冻性能得以提高，控制好合适的含气量和气孔的尺寸，在混凝土中引入均匀分布的气孔对改善其抗冻性
能有显著的作用，大量的工程实践证明，在寒冷的冬期施工，掺入早强防冻剂的混凝土，在不进行保温防护的情况下，混凝土能免遭冻害，而且混凝土强度能持续正常地发展，在达到抗冻临界强度后，即使受到比规定温度更低气温的袭击，混凝土的力学性能和耐久性能也不会受到伤害，到达一定龄期后，其力学性能和耐久性能均能达到设计要求。
参考文献
[1] 李德全， 李锦光. 混凝土冻融破坏的原因及防治措施[J]. 水利天地， 2004， （4）： 39
[2] 吴伟东. 对混凝土耐久性的思考[J]. 混凝土， 2004， （3）： 21-24
[3] 卢祖文. 积极推进耐久性设计确保混凝土结构百年大计[J]. 中国铁路， 2005， （2）： 11-13
关键词：破坏机理 冻融性 抗冻性 抗冻措施 混凝土
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）02-01-01
混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性（简称抗冻性）即是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和谅融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物、水池拨电站冷却塔以及与水接触部位的道路、建筑物勒脚、阳台等。在我国东北、华北和西北地区的水利大坝，尤其是东北严寒地区的混凝土结构物，几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。
水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性。一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可看到裂缝和剥落。一般认为，混凝土的冻融和盐冻破坏是一个物理作用的过程。混凝土的冻害会对建筑物造成巨大的危害，所以防治混凝土受冻害损伤在在冬季施工中是非常重要的。
一 混凝土的抗冻性
混凝土的抗冻性： 是指混凝土含水时抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。混凝土的抗冻性用抗冻等级（F）表示。抗冻等级F50以上的混凝土简称为抗冻混凝土。抗冻等级是以28d龄期的试件，按标准试验方法（慢冷法）进行反复冻融循环试验时，以同时满足强度损失率不超过25%，重量损失率不超过5%所能承受的最大冻融循环次数来表示。根据混凝土所能承受的最大冻融循环次数，混凝土的抗冻等级划分为F10，F15，F25，F50，F100，F150，F200，F250，F300等9个等级，当采用快冻法进行试验时，可参照慢冻法进行等级划分。
二 混凝土的冻融破坏
冻融循环冷库温度在0℃以上的时间较长，使结构体表面的冰霜融化成水滴，水分将沿着结构表面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；当库温降低为0℃以下时，其中的水分结成冰，产生膨胀，膨胀应力较大时，结构出现裂缝。结构件表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现，称为冻融循环。它的反复出现，造成建筑构造的严重破坏。混凝土的冻融破坏原因是混凝土中水结冰后发生体积膨胀，当膨胀力超过其抗拉强度时，便使混凝土产生微细裂缝，反复冻融裂缝不断扩展，导致混凝土强度降低直至破坏。
三 混凝土防渗冻害的原因分析
混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的，这些材料具有一定的吸水性，又长期处在水的环境中，这些水分在负温条件下，体积会发生膨胀，经过多个冻胀，融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土的冻融破坏。混凝土，属于刚性材料，具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，适应拉伸变形或不均匀变形的能力较差。在冻胀力或热应力的作用下，容易破坏，其破坏形式归纳如下：
①鼓胀及裂缝。在冬季，混凝土板与渠床基土冻结成一个整体，承受着冻结力、冻胀力，以及混凝土板本身收缩产生的拉应力等，当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应力时，板体就发生破坏。
②架空隆起。在地下水位较高的渠段，渠床基土距地下水近，冻胀量大，而渠顶冻胀小，造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。这种现象，一般出现在坡脚或水面以上0.5米坡长处和渠底中部。
③滑塌。渠道衬砌的冻融滑塌有两种形式：其一由于冻胀引起混凝土板隆起架空，使得坡脚支承受到破坏，混凝土板垫层失去稳定平衡，因而基土融化时，上部混凝土板块顺坡向下滑移、错位、互相穿插、迭叠。其二渠坡基土融化期的大面积滑坡，使渠坡滑塌，导致坡脚混凝土板被推开，上部混凝土板塌落下滑。
四 混凝土渠道防渗防治冻害的措施
混凝土渠道防渗是否产生冻胀破坏，其破坏程度如何，取决于基土冻结时水分迁移和冻胀作用。而这些作用又和当时当地的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。若采取措施消除或改善其中一个因素，就有可能防止混凝土的冻胀破坏。但是，混凝土渠道防渗多处于粘质土壤上，渠水易于补给基土，混凝土板体重量轻，抗冻胀能力弱，某些渠段无法避免自然和人为的不利条件，易于遭受冻害。实际上，采取单一措施达到不冻胀的目的，是难以做到的。实践证明，防治混凝土渠道的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程具体条件采取综合措施。现将实践中一些较为有效的冻害防治方法介绍如下。
1 避免冻胀 避免冻胀是在混凝土渠道防渗工程的规划设计中，注意避开出现较大冻胀量的自然条件，或者在冻胀性土区，注意避开冻胀对渠道混凝土的作用。
①尽可能避开粘质土壤、松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段，选择透水性 较强的不易产生冻胀的地段，或地下水位埋藏较深的地段。将混凝土渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。
②尽可能采用填方渠道。
③选择渠线在地形较高的脊梁地带。
④有渗水和地面回归水入渠的渠段，尽量有排水设施。
2 削减冻胀 渠床基土在冻胀消融的反复作用下，产生冻胀累积或变形情况时，可采用适宜的削减冻胀的措施，将基土的最大冻胀量削减到混凝土结构允许变位范围内。
①换填法。在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀性材料如戈壁石、风积砂的一种方法。戈壁石、风积砂垫层本身不会产生冻胀，而且能排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区迁移。所以换填垫层能有效地减少冻胀，防止冻害现象的发生。换填的戈壁石、风积砂垫层，粘土杂质含量一般不宜于大于5%，特别是换填层有饱水条件冻结时，必须保证冻结期换填层有排水出路。若混凝土板缝渗漏水或傍渗水的含泥量足以能污染换填层时，应在换填层外围设置一层土工薄保护。
②隔热保温。将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，减轻或消除寒冷，并可减少换填垫层深度，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。随着化学工业的发展，苯板等新型保温材料的开发，目前在采用新疆兵团混凝土渠道防渗工程中普遍采用，对削减冻深和冻胀的效果良好。这种保温材料具有自重轻，强度高，隔热性好，运输和施工方便等优点。
五 结束语
随着混凝土龄期的增加，水泥不断水化，可冻结水逐渐减少。同时水中溶解的盐浓度增加，因此冰点也随龄期而下降，抗冻性能得以提高，控制好合适的含气量和气孔的尺寸，在混凝土中引入均匀分布的气孔对改善其抗冻性
能有显著的作用，大量的工程实践证明，在寒冷的冬期施工，掺入早强防冻剂的混凝土，在不进行保温防护的情况下，混凝土能免遭冻害，而且混凝土强度能持续正常地发展，在达到抗冻临界强度后，即使受到比规定温度更低气温的袭击，混凝土的力学性能和耐久性能也不会受到伤害，到达一定龄期后，其力学性能和耐久性能均能达到设计要求。
参考文献
[1] 李德全， 李锦光. 混凝土冻融破坏的原因及防治措施[J]. 水利天地， 2004， （4）： 39
[2] 吴伟东. 对混凝土耐久性的思考[J]. 混凝土， 2004， （3）： 21-24
[3] 卢祖文. 积极推进耐久性设计确保混凝土结构百年大计[J]. 中国铁路， 2005， （2）： 11-13