混凝土是多孔结构，如果内部孔隙中的自由水结冰，其体积会膨胀大约9%左右，体积膨胀会在混凝土的孔隙中产生张力。当混凝土达到饱和点且经过多次反复的冻融循环后，膨胀会使混凝土基体中的张力不断积聚，当张力大于混凝土内部的抗张强度时，就会使混凝土开裂、表层剥落或表层出现鱼鳞状崩落，露出新鲜的混凝土面，使冻融破坏继续发展，最终导致结构垮塌。

图1：冻融循环对混凝土破坏机理示意图

如果混凝土所用的骨料有很高的吸水性，自由水被吸入骨料，受冻膨胀可以使骨料断裂，也会导致混凝土破碎。

图2：冻融循环导致路面出现鱼鳞状崩落

对混凝土带来危害的主要原因并不是低温，而是冻融循环的次数。如果混凝土结构所处环境气候非常寒冷，整个冬天无论白天黑夜，气温都处在冰点以下，混凝土结构反而是安全的，因为冻融循环的次数很少。而在气候较温和的地区，自然环境中的冻融循环频繁发生，中午太阳高照，环境温度高于冰点，而夜晚气温下降，环境温度降到冰点以下，频繁的冻融循环给混凝土结构带来很大危害。

化冰盐会降低水的冰点，这会加剧冻融循环对混凝土结构的破坏。这很好理解，假设化冰盐可以使水的冰点从0^oC降到-5^oC，环境温度只要升高到-5^oC而不是原来的0^oC就可以使水融化，因此即使环境温度长期处于0^oC以下，也会发生冻融循环，而且循环次数还会增加，从而加剧了对混凝土结构的破坏。

为提高混凝土的抗冻融能力，首要是办法是降低水灰比。减低水灰比可以提高混凝土的密实度，减少内部孔隙量和自由水含量，从而使自由水结冰产生的张力减小。同时，密实度高还可以降低混凝土的吸水率，防止外部水分补充结构内的自由水。

骨料对混凝土的水灰比影响很大，比如直径10mm骨料的需水量大于20mm骨料。而砂率过大也会加大需水量，从而增大水灰比。因此选择合适的骨料和砂率可以降低水灰比，提高混凝土结构的抗冻融能力。

引气剂在硬化混凝土内部产生大量封闭的小气泡，可以吸收自由水膨胀张力，从而提高混凝土抗冻融循环破坏的能力。但这些气泡必须均匀分布，相互之间的距离要小于0.25mm。一般情况下，4%的含气量就会有很好的保护效果。对含气量的要求与所用的骨料有关，骨料粒径越大，所需要的含气量越少。需要注意的是，含气量每增加1%，就会使混凝土的强度下降约5%，因此很难做出高强的含气混凝土。要提高含气混凝土的强度，就要加大水泥的用量，这又会导致水化热增加，可能使结构开裂，尤其是在寒冷季节施工时，这个问题会更为严重。粉煤灰、硅粉等矿物外掺料会影响引气剂的使用效果，因为这些材料的粒径非常小，能填充引气剂产生的小气穴，因此，如果混凝土掺加的这些材料，就要相应地提高引气剂的掺量。

引气剂的使用效果取决于两点，一是引气量，二是气穴的形状和分布情况，而后者对提高混凝土抗冻融能力要比单纯的引气量多少重要得多。

有两个原因会使混凝土的含气量降低，一是在浇筑过程中过度搅拌和振捣；二是矿物外掺料、钙矾石和水化硅酸钙会填充气穴，驱赶里面的空气。

正确的振捣、表面收光和养护可以提高混凝土的密实度，防止水的渗入。如果混凝土平面有一定的倾斜度，避免积水，也可以提高抗冻融循环能力。

混凝土结构的抗冻融循环能力非常重要，需要引起足够重视，从结构设计、材料选择、混凝土配合比确定、施工、养护等各环节都不能放松。虽然引气剂是一个选项，但其自身的弱点限制了它的应用。从根本上提高抗冻融能力的关键是提高混凝土的密实度、降低吸水率，混凝土中的水分越少，抗冻融循环的能力自然就越强。

内容来源：混凝土与水泥制品杂志

免责声明:本文涉及的部分文案、图片、视频摘自于互联网，目的在于分享更多信息，本站不对其准确性负责。部分内容、图片系网络转载，版权归原作者所有，部分内容因转载众多，无法确认原作者，如有问题，请联系删除。