测试混凝土抗冻性需要注意的几个方面

曾胜武

(葛洲坝集团试验检测有限公司，宜昌 443002)

混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受一定次数的冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土的抗冻试验方法主要有快冻法和慢冻法两种，慢冻法一次冻融循环历时8 h，而快冻法一次冻融循环时间只需2～4 h[1]。测试采用快冻法时，执行《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)检测标准，配置混凝土快速冻融试验机。试件采用尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体。确定混凝土抗冻等级的指标有两个，一个是相对动弹模量，另一个是质量损失率，前者采用混凝土动弹仪检测，后者采用电子台秤检测。在试验过程中混凝土相对动弹性模量下降至初始值的60%，试件质量损失率达到5%[2,3]，这两种情况只要有任意一种出现，即认为试件已经破坏，以相应的冻融循环次数作为该混凝土的抗冻等级。

1 实际操作过程中，需要注意的几个方面

1.1 试件的饱水状态

混凝土冻害与其饱水程度有关，一般认为含水量小于空隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力，在混凝土完全饱水状态下其冻结膨胀压力最大[4]。所以，在进行抗冻试验时，需要严格按照《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)检测标准规定，到达试验龄期的前4 d，将试件放置在(20±3) ℃的水中浸泡。不严格按照标准操作会出现以下两种情况。

第一种情况：在混凝土试件多次冻融循环测试后会出现冻融循环后的试件质量比冻融前试件质量还大。

经过长期测试，分析原因为在试验前混凝土试件浸水时间不足，混凝土试件未完全达到饱水状态。在冻融循环若干次后试件在水中才完全达到水饱和状态，相对于试验前，此时试件的含水量会相应增加，对外表现出其质量在多次测试后会相应地增加，影响了混凝土抗冻性试验结果的准确性。

第二种情况：混凝土抗冻性试验过程中，混凝土的相对动弹性模量已经下降至初始值的60%，但质量却没有减少，而是略有增加。

混凝土受冻破坏主要是由于材料毛细孔隙内的水结冰会产生体积膨胀。当毛细孔隙中充满水受冻时，孔隙内的水首先在其表层细管颈部结冰，形成冰塞将孔隙水严密封堵起来，若温度继续下降，毛细管内的冰体还会逐渐增大，在毛细管内产生巨大的静水压力，致使毛细管壁受到相应的拉应力，当此拉应力超过混凝土的抗拉强度时，毛细管壁将发生局部开裂。在冻融循环过程中，内外层明显的应力差和温度差会使裂缝扩大、变长，直到混凝土试件破坏。

因此，在毛细孔隙内结冰，体积膨胀，逐渐扩展裂开的时候，混凝土试件内起缓冲作用的独立气泡会被穿透，在接下来的冻融循环试验中，气泡内进入了水或冰水混合物，导致了再次测试试件质量的增加。

1.2 试件冻融部位

目前，无论哪种抗冻仪均不能完全使冻融试验箱每处温度完全均匀一致，温差会给试验结果带来偏差。试验中，冻融到一定程度，有时会出现混凝土抗冻试件的两端外观差异明显，原因除了试件装料不均匀，成型振捣密实程度不一致外，还与试件放置在冻融试验箱内的位置有关。下层液体温度比上层低，使冻融到一定程度后试件下端外观比上端差。因此，每次混凝土抗冻性试验测试完毕，试件需要重新调头装入试件盒，减少上下层温度不均匀给测试结果带来的影响。

混凝土抗冻性试验在实际操作过程中由于混凝土抗冻试件经过多次冻融循环试验后表面砂浆被冻脱落掉，原来做好的两端面标记难于辨认，导致试件可能未调头。例如，有时试件表面砂浆层被冻蚀掉，以至于骨料外露，原有标记不存在，无法区分混凝土试件上下两端面，不能保证将混凝土试件有效掉头。为了保证混凝土试件两端及时调头，可以在从试验箱取出试件时，重新做标记，如采用在混凝土抗冻试件的上下端面用箭头指向方式作标记。另外，为了保证试件编号不弄错，可以绘制试验箱中的试件分布简图。

1.3 动弹仪探头测试位置

每种物体都存在固有的谐振频率。当物体的体积或材质一定时，该物体的谐振频率仅与其密度有关。因此物体的固有振动频率决定了物体强度。若能够测量出该物体的谐振频率，就可以根据强度理论推算出物体的强度。动弹仪是利用以上原理测量物体谐振频率的仪器。混凝土动弹仪是测定混凝土试件在某种振动模式下的共振率，再计算出混凝土的动弹性，从而判定混凝土在冻融循环过程中的损坏程度。

实践证明，混凝土动弹仪探头测试位置会影响测试结果。《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)试验规程要求，激振器和拾振器均在抗冻试件长度方向的侧面中心线上，其中激振器放置在一半的长度处，拾振器放置离端部5 mm处。激振器和拾振器放置位置的远近直接影响测试结果，因此每次测试需要将探头放置在相对固定的位置。除此以外，混凝土抗冻试件经过长时间的冻融后，表面的水泥砂浆剥落,标准中探头规定的放置位置出现了气孔或石子外露，如果在此处放置探头会影响自振频率检测结果，需在其附近重新确定测点，并做好标记。

因此，每次混凝土抗冻试验测试时，探头位置应相对固定。为更容易判定探头所在的位置，可以在试件的测试两端面用特种记号笔画出箭头标记。

2 结 语

通过对混凝土抗冻试件的饱水状态、试件冻融部位和动弹仪探头测试位置的分析研究，探明了测试混凝土抗冻试验过程中需要注意的的几个方面。

a.到达试验龄期的前4 d，试件需放置在(20±3)℃的水中浸泡，使其达到饱水状态,提高测试的准确性。

b.在试件两端调头、做标记、绘制试验箱中的试件分布简图，减少其冻融部位给测试带来的影响。

c.在两端测试面的探头测试点做固定标记，使其每次测试点一致，提高混凝土抗冻性测试的准确性。

[1] DL/T5150—2001，水工混凝土试验规程 [S]. 北京：中国电力出版社，2002

[2] SL/T352—2006，水工混凝土试验规程 [S]. 北京：中国水利水电出版社，2006.

[3] GB/T50082—2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4] 李金平,盛 煜,丑亚玲.混凝土冻融破坏研究现状式 [J].路基工程，2007,132(3):.