对高寒\高海拔地区混凝土防冻及抗冻问题的认识【提要：在青海西部柴达木盆地的察尔汗盐湖地区，该地区既是典型的大陆性沙漠性气候；又是海拔高达2850m，冬季气温常在-16～-27℃的高寒、高海拔地区。

在此地区做好混凝土的防冻、抗冻工作，对于保障国家重点工程—青海盐湖金属镁一体化项目工程质量安全将有十分重要的意义。

】主题词：高寒、高海拔混凝土防冻抗冻中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：位于青海西部柴达木盆地中察尔汗盐湖，为典型的大陆性沙漠性气候，海拔2850m。

一年有四个月平均气温在零下，冬季（尤其是12月、元月份）气温常在-16～-27℃，有时还出现-29.7℃的极端气温。

察尔汗地区干旱（其相对湿度只为18%）、多风、少雨，日温差很大，最大风速28.3m/s,年平均降水量24.0mm,年平均蒸发量为3566.3mm,蒸发量是降水量的148.6倍。

随着西部大开发战略的实施，特别是作为国家重点建设工程——青海盐湖金属镁一体化项目的快速建设进行，对混凝土工程提出了很高的要求，尤其对冬季施工或恶劣环境下的混凝土工程要求更高。

如何在这种环境下，生产出符合结构和工艺要求的混凝土，是每个在此地从事混凝土技术工作者必须正确面对和需要解决的问题。

一、从混凝土理论及生产方面，正确区分“防冻混凝土”、“抗冻混凝土”两个不同的概念，促使许多人走出认识上的误区。

1、防冻混凝土的技术要求：在冬期施工中，采取可靠的技术措施，使混凝土浇筑后及早凝结硬化，在未达到受冻临界强度（以下做概念解释）以前不得发生冻胀破坏。

【注：受冻临界强度是指冬期浇注的混凝土在受冻以前必须达到的最低强度。

通常指新浇注的混凝土达到某一强度时遭受冻结, 但当恢复正温养护后, 混凝土的强度还能继续增长, 并经28 d 标养后, 后期强度可达设计的混凝土标养28 d 强度的95% 以上时所需要的最低初期强度。

】2、抗冻混凝土的技术要求：抗冻混凝土是指结构设计要求混凝土具有长期抵抗冻融循环的耐久性能，及满足设计规定的抗冻等级。

其主要用于水利、港口、桥梁及公路工程。

根据gb/t50082-2009 标准，混凝土抗冻性能按试验方法不同，分抗冻等级和抗冻标号。

抗冻等级用符号f 表示，而抗冻标号是用符号d 表示，两种方法均采用龄期28d 的试件在吸水饱和后，检测其承受反复冻融循环下的性能变化。

抗冻等级是以试件相对动弹性模量下降至不低于60％或者质量损失率不超过5％时的最大冻融循环次数来确定；抗冻标号是以抗压强度损失率不超过25％或者质量损失率不超过5％时的最大冻融循环次数来确定。

常用的混凝土抗冻等级有：f50、f100、f150、f200、f250、f300 等。

3、防冻混凝土和抗冻混凝土在具体实施中的异同：（1）、施工：抗冻混凝土不只是仅局限于冬季施工，在任何季节都可以施工；而防冻混凝土主要是应对冬季负温下严格按照冬期施工规范进行浇筑的混凝土。

但抗冻混凝土在冬期环境下浇筑时必须采取地期施工技术措施。

（2）、技术措施：①、防冻混凝土中掺入合格的防冻剂后，能降低水的冰点，并改变了冰晶结构，使混凝土在负温条件下不会发生冻胀破坏，且仍有足够的液态水使水泥的水化作用得以继续进行；转入正温后，混凝土强度能进一步增长，达到或超过设计强度要求。

换言之，其是注重于在混凝土施工浇筑中重点对于防冻剂的使用和混凝土浇筑后采取各种保温措施的实施。

②、抗冻混凝土则更注重于对混凝土耐久性的研究，以影响混凝土抗冻性因素（如;平均气泡间距、水胶比、含气量、骨料和胶凝材料）为主要对象进行配合比的设计。

实际上这两种混凝土技术要求完全不同，有些施工方，尤其是一些商混站（指笔者所在的察尔汗盐湖地区）对标准规范的掌握或对两种混凝土生产工艺技术含糊不清。

譬如：误认为“抗冻混凝土就是掺防冻剂的混凝土”、或“大热天为什么要浇筑抗冻混凝土？”等。

并错误地指导混凝土的生产和施工浇筑，使抗冻混凝土的生产、浇筑和养护等环节误入歧途。

这些误区将会造成在察尔汗盐湖地区这种恶劣的施工环境下，给该地区的国家重点建设工程埋下质量隐患。

二、两种混凝土的生产技术要点：以遵循混凝土“最佳耐久性”为主要目的，严格按照《混凝土冬期施工规范》jgj104—97和其他规范要求进行对混凝土的生产、施工浇筑。

1、防冻混凝土生产的技术要点：（1）、按照《混凝土冬期施工规范》jgj104—97要求：冬期施工浇筑的混凝土宜掺入早强剂或防冻剂，并应在混凝土凝结硬化初期，采取适当的保温或增温措施，充分利用混凝土自身热量或外部热量（如电热法、蓄热保温法、暖棚法等），确保混凝土浇筑后的起始养护温度：严寒地区不低于10℃；寒冷地区不低于5℃，使混凝土强度具备正常增长的条件，尽快的获得受冻临界强度。

（2）、按照察尔汗盐湖地区的特点和施工惯例，冬期施工的混凝土宜适当提高水泥用量，或采用早强水泥，使实施浇筑的混凝土强度等级比设计强度等级高一个标号。

同时采用高性能减水剂或高效减水剂，尽量减少用水量等技术措施。

采取以上技术措施的目的，是为了控制和提高混凝土的出机温度和入模后温度，确保混凝土浇筑后强度具备正常增长的条件，在未达到受冻临界强度以前不发生冻害。

（3）、考虑到察尔汗盐湖地区属复杂性的高腐蚀地质条件，对于早强水泥、早强剂、防冻剂的选用要持严谨的态度。

据有关资料表明：当今世界混凝土破坏原因按重要性排列的顺序是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。

因此，掺用早强剂或防冻剂的混凝土应注意要限制氯盐含量，氯盐是诱发钢筋锈蚀的一个很重要因素，预应力混凝土和钢筋混凝土应严格按有关标准规范规定控制混凝土中的最大氯离子含量，避免发生工程质量事故，造成巨大浪费，国内外许多工程已为此付出了惨重代价。

鉴于水泥尤其是外加剂生产厂家良莠不齐，我们通过多方考察，严格选用青海水泥股份有限公司生产的“昆仑山”水泥和西宁远舰建筑材料有限公司生产的“金泉”牌外加剂作为专供产品，以杜绝上述危害的发生。

2、抗冻混凝土生产的技术要点：影响混凝土抗冻性的主要因素是平均气泡间距、水胶比、含气量、骨料和胶凝材料等。

因此，抗冻混凝土的生产试制主要抓住以下几个方面的因素。

（1）、平均气泡间距是影响混凝土抗冻性最主要的因素，平均气泡间距越大，混凝土的抗冻性越低；据有关资料表明：一般平均气泡间隔系数控制在500μm以下可获得高抗冻混凝土。

（2）、水灰比越大，混凝土中可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快，混凝土强度越低，抵抗冻融的能力越差。

对于强度等级c30以上的混凝土，最好将水灰比控制在0.35～0.45之间比较合适。

据有关资料表明：当水灰比小于0.45 以下时，抗冻性才随水胶比的降低而明显提高，对于水灰比小于0.35 的混凝土，即使不掺引气剂，也有较高的抗冻性。

（3）、在一定范围内，含气量越多，混凝土的抗冻性越好。

一般当所用的天然骨料的最大粒径为5.0～ 31.5mm ，浇混凝土中的含气量达到4% ～ 7%时，可获得足够的抗冻性。

骨料尺寸越大，受冻后越容易破坏；砂率大则含气量也大，抗冻性能则强。

当然，在砂率（建议在40%左右时为最佳）一定时，对砂的连续粒级、粒径范围要做好严格的控制，保证其中间颗粒足量并满足要求，切忌砂中两极颗粒呈“哑铃状”分布。

这样做的目的是：在最大程度上保证混凝土的密实度，提高抗渗性能。

因为，抗渗性能越好的混凝土其抗冻性能就越好。

（4）、水泥品种、掺合料及用量的影响：水泥中随混合材掺入量的增加，混凝土的抗冻性降低，因此抗冻混凝土用硅酸盐水泥配制要优于用其它品种的水泥。

混凝土中粉煤灰的掺量要控制在适宜范围内（一般在8.0～12%），但当粉煤灰掺量超过一定范围时，会降低混凝土的抗冻性，超过15% 时抗冻性则会明显降低。

三、在高寒、高海拔的察尔汗盐湖地区对抗冻混凝土的要求及实施情况。

如前所述，察尔汗盐湖地区在建的是国家重点建设工程—金属镁一体化项目。

因察尔汗盐湖地区为典型的大陆性沙漠性气候，一年有四个月平均气温在零下，冬季（尤其是12月、元月份）极端施工气温常在-16～-27℃之间，有时还出现-29.7℃的极端气温。

在此恶劣的施工环境下，对实施混凝土防冻要求、混凝土抗冻等级要求（其要求全部为c40p8f200）非常高，以下就c40p8f200抗冻混凝土为例对其实施情况进行介绍。

1、c40p8f200混凝土配合比的设计：在进行配合比的设计计算时要全面考虑以下问题:1)、确定混凝土的设计强度等级及混凝土的性能。

2)、科学合理应用各种原材料, 保证混凝土拌合物满足施工工艺要求。

3)、合理确定试配强度。

4)、确保混凝土在特定温度下抗冻融循环要合格。

5）、根据以上原则, 按jgj /t 55-96 标准结合抗冻混凝土和泵送混凝土的技术要求, 进行配合比的多次设计计算，并制作多组试块在同条件下进行冻养7 d后标养28 d进行试压,选择出满足抗压强度和抗冻融指标的, 且经济可行的一种配合比进行指导施工生产（见表一）：表一c40p8f200低温抗冻混凝土（泵送）配合比按上述配合比制作试块，依照gbj182-85标准进行200次冻融实验，其结果见表二：表二、 c40p8f200低温抗冻（泵送）混凝土抗冻性能结果表明：强度损失率、重量损失率等均符合标准中规定的不大于25%、不大于5%的要求, 所选的配合比是能满足工程设计要求的, 试件表面无破损、裂缝及掉角等现象。

6）、说明：根据如上“2、抗冻混凝土生产的技术要点：（1）”中关于“当粉煤灰掺量超过一定范围时，会降低混凝土的抗冻性，超过15% 时抗冻性则会明显降低。

”的思路，同时在考虑到设计部门对混凝土抗冻要求为f200高等级、混凝土强度为c40高标号、混凝土抗渗等级为p8的高要求，加上察尔汗盐湖地区高腐蚀地质条件，针对此“四高”因素，在做好混凝土抗冻性能的前提下，同时我们又采取了完善措施：①、在配合比中取消粉煤灰的掺入；②、掺入3.0%高效防腐阻锈剂，以抵御在零平面以下高浓度卤水（主要为cl-、so42-等盐类）对混凝土的侵蚀。

③、掺入2.0%高效防腐气密剂，一是加强混凝土的防腐功能；二是提高混凝土的密实度，增强混凝土的抗渗性能。

2、c40p8f200混凝土在工程中的应用：本技术要求的配合比主要实施于青海盐湖金属镁一体化项目纯碱装置盐水工段水泵房、公用工程装置水泵房，实施冬季浇筑。

在严格执行《建筑工程冬期施工规范》的前提下，按如上配合比进行对上述两单位进行了实施浇筑，在其后对现场浇筑实体进行质量跟踪中对强度进行回弹表明：其强度值在48.7mpa,达到强度等级的122%；对现场同条件留样试块进行抗渗实验，其抗渗等级达到p10。

四、结语：1、要确保混凝土的抗冻指标, 不仅要合理选择水泥、骨料、外加剂等材料, 更重要的是还要通过施工控制和设计来共同保证。