前言高效能混凝土（hpc），應該具備優良的施工性、體積穩定性、抗滲性、耐久性以及足夠高的力學強度，這是對高效能混凝土的共識[1]，其中抗凍融性是混凝土耐久性的乙個重要指標。對高效能混凝土的抗凍融性研究前人已經做了很多的工作，但從實驗結果來看，有些存在較大的分歧。如對於低水灰比的混凝土的抗凍性，有人認為即使在不引氣時也能抵抗凍融破壞，也有人認為，水灰比很低時，混凝土也並非總是抗凍。
[2][3][4][5][6]因此有必要在這方面繼續做進一步的研究，本研究從巨集觀和微觀結構兩個方面**了高效能混凝土的抗凍性及其凍融的破壞規律，並以實驗結果作為依據，在實際工程中進行了推廣應用。
1、實驗用原材料、實驗方法及實驗配合比
1. 1實驗原材料
1.1.1水泥：興發525普通矽酸鹽水泥。
1.1.2碎石：朝白河碎石，5-25mm連續級配，含泥量0.6%，泥塊含量0.2%，針、片狀含量4.6%。
1.1.3砂：龍風山砂，篩分析細度模數2.4，級配區ⅱ區，含泥量1.2%，泥塊含量0.6%，按jgj-92標準,ⅱ區中砂。
1.1.4礦渣細摻料：兩種細度，一種普通細度，該種細度為球磨+振動磨工藝路線正常生產細度，一種為超細礦渣。兩種礦渣粒度分布見下表。礦渣粒度分布表1
礦渣d10(微公尺) d50(微公尺) d90(微公尺) d97(微公尺)體積比表面（cm2/cm3）普通細度1.61 10.87 24.
85 27.82 14245超細0.77 5.
05 19.07 23.14 18233
注：表中資料採用四川省輕工業研究設計院研製jl-1155型雷射粒度分布測試儀測得1.1.
5ⅰ級粉煤灰：元寶山發電廠生產，燒失量1.7%，45微公尺篩餘9.
2%，需水量比87%，根據gb1596-91標準，達到ⅰ級粉煤灰指標要求。
1.1.6外加劑：
unf-5a，非引氣型高效減水劑，天津生產，粉劑推薦摻量為膠凝材料用量的0.5-1.0%。
fy73-7和fy73-8是市建材院課題組自行研製的高效引氣型混凝土減水劑，屬於聚羧酸系高效減水劑。它突出的特點是集減水、引氣及坍落度控制等效能於一身。
1.2實驗方法
混凝土抗凍效能採用快凍實驗方法，成型100*100*400mm的稜柱體試件，實驗至相對動彈性模量下降至60%以下或重量損失率達5%或達到300次迴圈時停止。該實驗在北京市水利科學研究所完成。
1.3實驗配合比
試樣混凝土單方配合比表2
編號w/c ßs單方混凝土材料用量kg含氣量%凍前28d抗壓強度(mpa)凍後抗壓強度(mpa)*w c s g fa sl外加劑
a 0.54 40% 195 252 742 1117 36 72木鈣1.2 40.9 46.9
b 0.36 35% 170 282 632 1173 47.5 142.
5 unf-5a 1.0 66.2 56.
5c 0.3 32% 165 330 560 1190 110 110 unf-5a 0.8 70.
7 75d 0.464 40% 157 330 800 1200 0 0 fy73-7 2.2 40.
7 43.5e 0.497 40% 164 330 800 1200 0 0 fy73-8 4.
5 25 20.62、實驗結果及分析
2.1實驗結果
混凝土抗凍實驗結果表3編號專案凍融次數sd105-82標準25 50 75 100 150 200 250 300a相對動彈性模量% 73.9 50.2 d25合格失重率% 0 0.
6b相對動彈性模量% 95.3 56 d25合格失重率% 0 0
c相對動彈性模量% 98.4 83.3 31.8 d50合格失重率% 0 0 0
d相對動彈性模量% 94.6 80.5 46.1 d50合格失重率% 0.03 0.03 0.03
e相對動彈性模量% 98.1 97.85 96.
7 95.5 92.2 87.
7 75.4 72.2 d300合格失重率% 0.
10 0.16 0.28 0.
37 0.63 1.55 2.
75 4.37
2．2結果分析
對高效能混凝土，水膠比在0.54-0.3範圍，如果不摻加引氣劑或採用引氣型高效減水劑（編號a，b，c），則混凝土抗凍均不會超過100次凍融迴圈，由此同時，混凝土在動彈模量降至原來的60%以下時，混凝土重量無損失，抗壓強度不僅不降低，甚至還在增長（b試樣除外，凍後抗壓強度為將凍融後的試件切開後的試壓值）。
而如果採用引氣劑或引氣型高效減水劑（編號d，e），只要保證混凝土含氣量在4-5%，則無論是否摻加細摻料，混凝土的抗凍性均可達到300次以上。
3、微觀結構分析樣品
從顯微**中可見，對編號a，b，c、d凍融後試樣，介面和氣孔壁以及孔底均有許多裂縫，且裂縫由孔內向周圍水泥石傳播擴充套件。對編號e試樣（含氣量4.5%），可見到混凝土內部孔隙較多，分布均勻，孔內壁只有少數微裂縫，在骨料介面處無裂縫可見。
4、對高效能混凝土抗凍性的認識
4.1對於高效能混凝土，強度也許並不是決定其抗凍效能好壞的標準，高強高效能混凝土抗凍效能就一定優良的說法，我們認為是不全面的。一般認為，混凝土強度越高，抗滲效能越好，則抵抗有害介質如水的入侵的能力越強，因而耐久性也越高。
但在受凍融迴圈情況下，強度與耐久性並不一定成正比的關係，從我們得到的結果來看，20mpa低強度的引氣混凝土（編號e）要比70mpa高強度的非引氣混凝土（編號c）抗凍性高得多。
4.2強度是抵抗破壞的能力，當然是抗凍性的有利因素。在相同含氣量或相同氣泡間距的情況下，強度越高，抗凍性也越高，這點從a、b、c試樣，水膠比從0.
54到0.3，試樣抗凍結果可以明顯看出，但是混凝土抗凍融指標的絕對值不高。
4.3混凝土的氣泡結構對混凝土抗凍性的影響遠遠大於強度的影響，強度也就不成為主要因素。而且對高強高效能混凝土，如果不具備合理的含氣，其抗凍效能並不會有較大的改善，經歷凍融迴圈後，在混凝土介面及氣孔依然會產生許多的裂縫，並延伸到周圍水泥石。
其中，微裂紋的出現是混凝土動彈模量降低的原因，它對混凝土抗壓強度的損失卻可以並沒有什麼影響，但因此造成的內部缺陷對混凝土在實際使用中抵抗有害介質的侵蝕將產生致命的影響。
4.4引入合理的封閉氣孔有助於緩衝應力作用和滲透作用，從而提高混凝土的抗凍效能，這也是引氣混凝土優良抗凍效能的原因。因此我們認為，即使在低水灰比下，當要求混凝土抗凍效能時，仍然必須引氣，而且必須控制混凝土合理的含氣量。
4.5從顯微**可以看到，優良的ⅰ級粉煤灰內所含的大量硬質玻璃微珠，對凍融裂縫的擴散有阻止作用，這表明ⅰ級粉煤灰摻和料在提高混凝土抗凍融效能方面具有一定的作用。
5、工程應用例項
上述對高效能混凝土抗凍性的認識，在具體的實際工程中得到了成功的應用，以下是實際工程中的從試配到應用情況介紹，其中混凝土由榆樹莊構件廠攪拌站提供。
5.1技術要求要求：
北京某重點工程中，使用強度為c45、c50、c55的混凝土，耐久性指標為s6d250，施工要求幫浦送。針對以上強度與耐久性的要求，我們在混凝土配合比設計中以強度與耐久性為目標，採取了一些特殊的方法，選擇相應的材料，進行了試驗工作。
5.2原材料選擇：
砂：永定河水系水洗ⅱ區中砂，細度模數2.8，堅固性1.
42%石：永定河水系5-2.0碎石，壓碎指標4.
2%，堅固性1.26%水泥：興發拉法基鹼含量0.
51%粉煤灰：元寶山ⅰ級，需水量比85.3%、燒失量4.
68%外加劑：北京辛莊tz1-2高效幫浦送劑天津雍陽高效減水劑unf-5北京辛莊861-c引氣劑
5.3配合比設計要點：5.3.1試配強度的確定
在鮑羅公尺公式中把混凝土試配強度做為乙個重要引數，來確定需要的水灰比,這對於相對密實的混凝土是有效的,但是對於引氣混凝土來說不太準確。因此，在配合比設計中需要體現引氣對強度的影響，以往的研究結果認為，混凝土中的含氣量每增加1%，強度損
失4~5%。在本配合比的設計中混凝土的含氣量定為4±1%，按4%計算，並設定在混凝土中引入的氣量為2%，因此在計算水灰比時將混凝土的試配強度提高10%，由此得出的水灰比值作為試配時的基礎水灰比。5.
3.2混凝土的容重的選擇
本設計採用假定容重的方法進行試配，對於含氣量較大的混凝土來說，在假定容重時，應將引入的氣泡所佔的體積考慮進去，因此在確定混凝土容重時需要扣減2%，這樣可以保證混凝土的設計容重與實際值接近，不用進一步的調整。
5.4試配計算
根據以上原則，實驗中以c50為基礎進行計算，
5.4.1混凝土含氣按4±1（%）設計、混凝土強度損失按10%計算fcu，k=50/1-10%= 55.56
fcu，0=55.56+1.645×6=65.43其中σ取6.0mpa5.4.2計算水灰比(w/c)
5.4.2.
1 w/c公式：w/c=式中fce—取52.5×1.
12=58.8(mpa)a—取碎石0.48b—取碎石0.
525.4.2.
2代入上式
w/c=0.48×58.8/(65.43+0.52×0.48×58.8)=0.35
依據jgj/t55-96標準w/c取0.42、0.38、0.35、0.32、0.30進行試配。5.4.2.3容重的確定
假定密實混凝土的容重為2440kg/m3
含氣混凝土的容重為：2440×（1-2%）=2391，取2390 kg/m35.4.2.4配合比如表4所示
混凝土單方配合比表4編號w/c ßs單方混凝土材料用量kg坍落度mm含氣量%w c s g fa tz1-2 unf-5 861-c
01 0.41 40 175 384 711 1067 43 5.12 / 0.
086 190 4.202 0.38 39 170 403 687 1075 45 5.
82 / 0.078 200 4.303 0.
35 37 165 424 649 1105 47 6.59 / 0.070 200 4.
104 0.32 36 160 450 623 1107 50 7.50 / 0.
105 210 3.805 0.30 35 155 465 605 1123 52 7.
76 / 0.114 210 3.606 0.
42 40 175 384 711 1067 43 / 6.40 0.020 220 3.
907 0.38 39 170 403 687 1075 45 / 6.72 0.
020 220 4.208 0.35 37 165 424 649 1105 47 / 8.
48 0.010 230 4.009 0.
32 36 160 450 623 1107 50 / 9.50 0.015 230 3.
710 0.30 35 155 465 605 1123 52 / 10.86 0.
025 240 3.85.4.
2.5試配強度及施工強度結果如表5所示
試配強度及施工結果表5編號抗壓強度(mpa)備註3d 7d 28d
01 26.4 43.6 54.3外加劑採用：1. tzi-2幫浦送劑2. 861-c引氣劑
02 30.2 48.0 58.
803 35.4 52.6 64.
704 39.4 55.6 71.
205 44.0 58.2 75.
107 31.0 47.3 60.
3外加劑採用：1. unf-5高效減水劑2.
861-c引氣劑07 34.5 47.9 62.
908 39.9 54.3 65.
609 44.5 59.5 70.
610 46.8 63.0 75.
4混凝土施工結果
c50 43.7 52.1 68.
1達到設計值的136%，選自03c55 46.7 64.3 77.
3達到設計值的140%，選自045.4.2.
6快凍法凍融檢測結果如表6所示
快速法凍融檢測結果表6編號標號專案凍融次數0 50 100 150 200 250 300
03 c50相對動彈性模量% 100 99.5 98.7 97.6 96.0 91.5 89.3失重率% 0 0 0 0 0 0 0
04 c55相對動彈性模量% 100 98.5 96.8 95.2 93.2 92.0失重率% 0 0 0 0 0 0.06
5.5應用結果
5.5.1在實際施工中，混凝土的和易性良好，可幫浦性良好。在該工程中c50使用了5000m3，c55使用了1000 m3。
5.5.2混凝土的含氣量波動較小，坍落度損失較小。
5.5.3容重波動較小，與設計值接近，偏差小於2%，按規範要求不需要調整。
5.5.4混凝土的試配強度與計算選用強度非常接近，說明在含氣量穩定的前提下，水灰比計算過程中的強度選擇方法是可行的。
實際施工中混凝土的強度按115%評定均達到了標準。
5.5.5混凝土達到並超過了耐久性設計要求。
5.6值得引起設計與施工及應用單位注意的問題
5.6.1在《普通混凝土配合比設計規程》（jgj/t 55-96）3.
0.5條中，明確規定了「長期處於潮濕環境和嚴寒環境中的混凝土應摻用引氣劑」，但是在實際中還未引起足夠的重視。
5.6.2如果能在設計時就能明確判別影響混凝土結構物在使用中的耐久性的主要因素，為混凝土的配合比設計及施工提供可靠的依據，還需要各界進行相應的研究，這對提高混凝土結構的安全使用壽命具有重要的意義。
5.6.2商品混凝土的含氣量的穩定性控制，是保證混凝土質量的關鍵。
因為通過實踐發現，在不同的水灰比、坍落度、環境溫度、攪拌方式下，同一配合比混凝土的含氣量不同。因此，在實際生產中需要隨時檢測含氣量和容重，防止混凝土質量的波動，對工程質量的控制具有重要的的意義。
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