国外混凝土抗冻性控制要求和试验方法综述（下）

6.1 　抗冻性控制要求

　　挪威关于混凝土抗冻性控制的主要规范有：

　　NS 3473 - 92 混凝土建筑和设计准则^[17]

　　NS 4320 - 98 房屋建筑注释条款^[18]

 

　　上述规范中，挪威混凝土抗冻性的环境条件被分为以下两类：

 

　　NA ：轻微的严酷环境：包括户外结构物，内部有潮湿环境存在的结构物和处于清水中的结构物。

 

　　MA：严酷环境：包括环境中有氯离子存在的水中结构物，位于浪溅区的结构物和受到侵蚀性气体或化学物质危害的结构物。

 

　　挪威规范中规定，无论在何种环境条件下，当结构物处在有冻融循环或潮湿的环境中时，混凝土都必须引气。在这种情况下，混凝土中的空气含量应为3 %～6 %。当结构物处在NA 环境中时，混凝土的最大容许水胶比为0.60 ，最小胶材含量为250kg/m³ ：处在MA环境中时，混凝土的最大容许水胶比为0.45 ，最小胶材含量为300kg/m³ 。

 

7.1 　抗冻性控制要求

　　丹麦关于混凝土抗冻性控制的主要规范有：

　　DS411 - 97 混凝土建筑规范^[19]

　　DS481 - 97 混凝土- 材料^[20]

 

　　在DS411 - 97 中环境条件被分为以下四种:

 

　　P ：消极环境———干燥的没有腐蚀存在的环境。

 

　　M：中等环境———有水但没有冻结存在，在混凝土表面有部分碱或者氯离子存在的环境。

 

　　A ：严酷环境———有冻融循环的存在，混凝土表面潮湿并可以水饱和，同时可能有碱或氯离子存在的环境。

 

　　E：非常严酷的环境———有冻融循环的存在，混凝土表面潮湿并可以饱和，同时碱或氯离子浓度很高的环境。

 

　　根据所处环境条件的不同，DS411 - 97 和DS481- 97 对混凝土配合比和硬化混凝土都进行了规定，如表7 和表8 所示。

　　注：1. 强度试验采用圆柱体:<150mm ×300mm：2. 丹麦规范规定空气含量为包括浆体和空气的总量，15 %换算成空气气泡含量后约为5%。规范同时规定，如果试件通过抗冻试验，空气和浆体的总量可以减少到10%。

 

7.2 　抗冻性试验方法

　　丹麦曾经采用过类似于ASTM C666 快冻法的标准，标准号为DS 423 - 29 ，但该标准已于1995 年废除，并没有相应的替代标准。目前在DS411 - 97 中，推荐采用瑞典的SS 13 72 44 抗冻性试验方法。

 

8.1 　抗冻性控制要求

　　芬兰关于混凝土抗冻性控制的主要规范有:

———RakMK B4 ，1990^[21]

———Durability guidelines and service life design ofconcrete st ructure (混凝土结构服务寿命设计和耐久性指南) ，1992^[22]

 

　　在这些混凝土规范中环境被分为3 个等级：

　　Y1 经常有氯离子存在的环境

　　Y2 一般环境(户外)

　　Y3 温和环境(室内)

 

　　规范规定，在Y1 环境和经设计者确认后的Y2环境中，建筑物要求具有抗冻性。当混凝土为非结构部位时，要求混凝土的最小强度为20MPa ；当混凝土为结构部位且位于建筑物外表面时，要求混凝土的最小强度为45MPa ，且含气量不小于4 % ，同时要求混凝土中保护孔率大于0.2 。所谓保护孔率是指混凝土中有保护作用的孔与所有孔隙的比率，类似于吴中伟院士提出的无害孔、少害孔、有害孔和多害孔概念。根据孔径的不同，区别出对于抗冻有保护作用的孔和无保护作用的孔，测试方法为“SFS 4475 - 1988 ConcreteFrost Resistance - Protective Pore Ratio”^[23] 。

 

　　1. 通过以上调研我们了解到，在解决混凝土冻害问题时，国外比较普遍的做法是先对环境进行分类，之后再根据环境的不同采取不同的抗冻措施。以欧洲规范EN 206 - 1 :2000 为例，抗冻环境被分为四类，如果考虑到钢筋锈蚀和化学腐蚀，则环境一共被分为18类。面对混凝土耐久性问题的时候，针对不同的环境条件都有不同的规定。相比之下，我国规范中也有针对混凝土抗冻性的规定，但规范中并未区分环境等级，且在考虑钢筋锈蚀和腐蚀的时候也是如此。建议是否可在我国规范中增加对混凝土所处环境的分类，并依据环境分类分别进行规定，使处理混凝土耐久性相关问题的时候有的放矢。

 

　　2004 年陈肇元院士编辑出版了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》^{[ 24 ]} (以下简称“指南”) ，“指南”中对混凝土所处环境进行了分类。有抗冻要求的混凝土，依据所处环境不同，对混凝土的含气量，最低强度等级、最大水胶比、最小胶材用量和抗冻耐久性指数DF 值进行了规定。

 

　　2. 检测混凝土抗冻性时，世界上主要的试验方法有快冻法和盐冻法两种。在混凝土经受除冰盐冻融的时候，欧洲主要采用盐冻法来评价混凝土的抗冻性。我国北方地区使用除冰盐的道路及周边附属建筑物，海港及海边建筑，在冬季都不同程度的遭受盐冻的破坏。用GBJ 82 - 85 中的混凝土抗冻性试验方法，无法准确地评估混凝土在这种环境条件下的抗冻性。建议是否可在我国的混凝土抗冻性试验方法中增加盐冻法，并规定其适用的环境条件，以便广大科研和工程人员使用。

 

　　3. 对混凝土抗冻性进行控制时，除了对混凝土含气量、水胶比、胶材用量和强度进行控制以外，部分国家(加拿大、丹麦) 还对硬化混凝土中的平均气泡间距做出了规定，另外芬兰还规定保护孔率大于0.2 。可见，各国不但重视引入混凝土中气体的数量，对引入气体的质量也十分重视。我国目前在这方面的工作和国外还有很大的差距，仅在水工规范“DL/ T5150 -2001 水工混凝土试验规程”中对硬化混凝土气泡参数的测定进行了规定，在实际应用中并未引起足够的重视。目前我国引气剂市场鱼龙混杂，劣质引气剂还有一定市场，由这些劣质引气剂引入的气泡半径和间距过大，不但不利于混凝土的抗冻性，还对强度造成影响。建议是否进一步开展硬化混凝土气泡参数特性研究，并在有抗冻要求的混凝土中对气泡参数进行规定，以便真正确保引入混凝土中气泡的质量。

 

　　通过调查不同国家的抗冻性控制要求和试验方法，可以得出以下结论：

 

　　1. 除了德国和芬兰，混凝土结构物都被要求按照使用环境进行分类。环境主要被分成无冻害，有冻害但无盐冻，有冻害且有盐冻三种类型。

 

　　2. 在有盐冻存在的情况下，世界各国对混凝土抗冻性的要求都很严格。对于含气量，美国和加拿大的要求最高(5.5 %～8.5 %、5.8 %～8.0 %) ，北欧(挪威、瑞典、芬兰) 和欧洲规范要求比较低(一般为4 %～5 %) 。丹麦规范中规定的含气量值是水泥浆体和空气的体积总和，当其所谓的含气量为15 %时，空气的含量约为5 %。

 

　　在有盐冻存在时，各国对强度的要求也不尽相同。一般要求混凝土28d 强度应为35MPa～40MPa ，其中芬兰的要求最高，为45MPa。对于水胶比，各国都要求应低于0.45～0.50 。其中美国和丹麦的要求最低(0.40) ，芬兰未作要求。

 

　　3. 加拿大和丹麦规范中还对硬化混凝土中气泡的平均间距作出了规定，其中加拿大为小于230μm ，丹麦为小于200μm。

 

　　4. 世界各国混凝土抗冻性的试验方法主要有两种，即快冻法和盐冻法。快冻法以美国的ASTMC666 为代表，主要在北美(美国、加拿大) 使用。盐冻法以瑞典的SS 13 72 44 和欧洲材料试验协会的RILEM TC176-IDC 2002 为代表，其中北欧主要采用SS 13 72 44 或RIL EM TC 176 - IDC 2002 中的平板法，而西欧主要采用RIL EM TC 176 - IDC 2002 中的CIF 法。快冻法在欧洲已很少使用。

 

[参考文献]

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[ 2 ] ACI318R - 95. Commentary.

[ 3 ] ACI301. Standard Specification for Structure Concrete.

[ 4 ] ASTM C666 - 97. Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing.

[ 5 ] ASTM C672 - 2003 Standard Test Method for Scaling Resistance of Concrete Surfaces Exposed to Deicing Chemicals.

[ 6 ] SS 13 72 44. Concrete testing2Hardened concrete2Scaling at freezing. 1992.

[ 7 ] CSA A23. 1 - 94 Concrete. Matetials and Methods of Concete Construction.

[ 8 ] CSA A23. 4 - 94 Precast Concrete - Materials and Constrution.

[ 9 ] CSA - A23. 2 - 9B - 94 Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing.

[ 10 ]ASTM C457 - 98 Standard Test Method for Microscopical Determination of Parameters of the Air2Void System in Hardened Concrete.

[11 ] EN 206-1:2000 Concrete-Part 1:Specification， performance ，production ，and conformity.

[12 ]黄士元. 混凝土的抗冻性及其试验方法. 混凝土及加筋混凝土，1983 ，2 :2 - 9.

[ 13 ]RIL EM TC 117 - FDC Materials and Sructures ，1995 ，28.

Ⅰ. Setzer ， R. Auberg. Freezeing2thaw and decing salt resistance of concrete testing by CDF method ，CDF resistance limit and evaluation of precision. 16 - 31.

Ⅱ.Draft recommendation for test method for the freeze2thaw resistance of concrete test with water (CF) or with sodium chloride solution (CDF) . 175 - 182.

Ⅲ.Draft recommendation for test method for the freeze2thaw resistance of concrete Slab test and cube test . 366 - 371.

[14 ]RIL EM TC 176 - IDC 2002. Recommendations of RIL EM TC 176 : Test methods of frost resistance of concrete.

[15 ]DIN 1045/ A1 :2001. Structure use of concrete - design and construction.

[ 16 ]DIN EN 13687 - 1 :2002. Products and systems for the protection and repair of concrete structure2test methods2Determination of thermal compatibility - Part 1 : Freeze2thaw cycling with de2icing salt immersion.

[17 ] NS 3473 - 92. Prosjektering av betongkonstruktioner Beregnings og

kostruksjonsregler.

[ 18 ]NS 4320 - 98.Beskrivelsetekster for bygg og anlegg.

[ 19 ]DS411 - 97. Norm for betonkonstuktioner.

[ 20 ]DS481 - 97.Beton2materialer.

[ 21 ]Concrete codes RakMK B4 ，1990.

[22 ] Durability guidelines and service life design of concrete structure ，1992.

[ 23 ]SFS 4475 - 1988. Concrete Frost Resistance - Protective Ratio.