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已冻损混凝土的二次冻融问题 liang long(梁龙) beijing kingdom of science and technology co； （北京琦正德科技有限责任公司） 摘要： 已经发生冻融剥蚀的混凝土，其抗冻能力与新混凝土相比，冻融剥蚀速度呈加速发展趋势。因为剥蚀的表面增加了混凝土面层结构的孔隙率和吸水率，水将会更容易被传导到深层未受冻害的混凝土，损害将逐级加深。制止这种加速劣化的发生，其实是解决已冻损混凝土的抗冻性问题。 区别于传统混凝土的抗冻等级设计：已冻损混凝土的抗冻性是建立在已固化的混凝土基础上，并且是已经出现冻害的混凝土建筑结构。新拌混凝土可以通过添加引气剂或掺和料等，达到设计要求的抗冻等级，而已冻损混凝土则不能通过这些方式阻止冻害的再次发生。 所以已冻损混凝土的二次冻融设计，是当混凝土表面出现剥蚀但还不足以达到修复加固的程度，如何及时的制止这种劣化的加速发展，延缓冻害的进一步发生，延长建筑物的使用寿命，避免大规模的拆建修补，进而节省资源，降低运行成本。这些是提出已冻损混凝土二次冻融设计的意义所在。 二次冻融的技术关键在于施用材料和工艺的选择，要求做到，在低成本和简单工艺的处理下，就能达到甚至超出新拌混凝土的抗冻等级，实验发现，：质量损失率和动弹性模量均已超标的一组受冻混凝土废件，经简单处理后，从零开始，再次接受二次冻融试验，其抗冻等级竟然达到惊人的f550次，这一数值，甚至高于新混凝土的抗冻等级，这对于已经固化混凝土的抗冻性研究无疑是有积极意义的。 1.前言
已冻损混凝土的二次抗冻设计是基于已固化混凝土基础上提出的。不同于拌合阶段混凝土的抗冻设计。拌合阶段的混凝土可以通过添加引气剂，矿物掺和料，或者水泥品种的选择等技术手段，达到设计要求的抗冻等级。但对于已经固化的混凝土，其抗冻性设计是建立在已固化混凝土基础上的，拌合阶段的那些抗冻技术措施皆无法使用，所以其抗冻性问题的解决有别于拌合阶段混凝土的抗冻性设计思路。 已冻损混凝土的二次抗冻设计，它面对的是已固化混凝土，并且是抗冻能力出现问题的混凝土。如何制止已固化混凝土抗冻性的劣化，延缓冻害的进一步发生，延长建筑物的使用寿命，避免大规模的拆建修补，进而节省资源，降低运行成本。这些是提出已冻损混凝土二次冻融设计的意义所在。 2.已固化混凝土存在的冻融问题 （1）已固化混凝土抗冻等级没有达到设计要求的抗冻指标 抗冻性是混凝土耐久性设计的重要指标之一，有资料显示，有的混凝土在实验室里抗冻设计指标均能满足抗冻等级要求，而现场对于已固化混凝土的钻芯取样，却不能达到设计要求的抗冻指标。这里面原因较多，不一而足，但问题是，对于不能满足抗冻设计要求的混凝土，怎么处理？如果不加处理，势必影响其耐久性及寿命；如果采取处理又没有相关的技术方案和依据，如果拆挖重建，所造成的损失太大，成本太高。 （2）发生冻损混凝土的抗冻能力下降 第二种情况是混凝土建筑结构出现冻融剥蚀的问题。混凝土的抗冻融能力与混凝土的孔隙率和吸水率相关，已经发生冻融剥蚀的混凝土其表面水泥砂浆剥落，骨料外露，混凝土表层结构变得疏松，混凝土吸水率和孔隙率皆快速增加，如不加以制止，这种劣化的速度会加速，直至混凝土强度的丧失。对于已经出现冻融损害、表面出现轻微剥落的混凝土，如何制止或者延缓这种冻害的发生还没有有效的技术手段。通常的做法是等到混凝土出现严重的剥蚀后，对混凝土进行修补加固，先不讨论因此所造成的费用的增加，当混凝土出现严重冻融剥蚀后，表面的修复加固，并不能弥补冻害造成的深层微细裂缝的修复，况且这种修补材料与剥蚀混凝土结合后整体的抗冻性没有深入的研究，能否达到设计要求的抗冻要求存在变数。 （3）冻融环境发生改变：快冻设计无法满足盐溶液环境下的冻融要求 自gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》推行以来，将混凝土单面冻融纳入混凝土冻融实验的规范之中，以前都是快速冻融作为检测混凝土抗冻性的主要指标，而单面冻融将盐溶液环境下的冻融破坏纳入其中，使检测数据更加符合盐冻环境下混凝土的抗冻性指标。但因为单面冻融的实验条件较快速冻融实验法有较大差异，满足快冻实验法的混凝土其抗冻性不一定满足盐溶液环境下的冻融破坏，所以当环境发生改变后，快冻指标下的混凝土抗盐冻能力将有所降低，甚至出现加速破坏的迹象。 3.已冻损混凝土二次抗冻设计工程与实验数据 （1）辽宁营口鲅鱼圈华能电厂二期改造项目 该项目位于辽宁省营口鲅鱼圈开发区，沿海而建，二期项目是在一期项目基础上的扩建和改建，其中一期建设的部分混凝土建筑结构，尤其是与海水接触的混凝土出现严重的氯盐侵蚀和冻融破坏，见图1，图2 图1 图2 此项目为典型的未考虑冻融环境的一个特例，因为当时国内还未引进单面冻融实验方法，因此其混凝土抗冻设计还是以快冻法为准，紧紧两年不到，混凝土就出现严重的冻融剥蚀，二期扩建除增容增量外，还要对已冻损混凝土进行修复加固。这时的混凝土盐冻指标引起甲方和设计方重视。 方案设计围绕混凝土抗盐冻展开，材料选择最后定为北京琦正德科技有限公司提供的佳耐德sps-801，选材依据是其在哈尔滨工业大学所做的盐冻实验数据，因为当时还未有单面冻融的实验方法，所以实验依据欧盟的prenv 12390-9 freeze-thaw resistance-scaling。该实验方法是国内引进最早的类似于单面盐溶液冻融检测方法，实验数据见表1：混凝土抗氯盐盐冻检测数据，实验图片见图3，图4
图3 图4 图4上方的混凝土是未涂刷sps-801的混凝土冻融28次的剥蚀情况，下图是涂刷sps-801的混凝土冻融56次的剥蚀情况。
表1 混凝土抗氯盐盐冻检测数据
该项目始于2005年，到目前为止，经过近12年的运行考验，证明其抗盐冻和抗腐蚀能力达到甚至超出设计预期的效果，对比图片见图5，图6。这为剥蚀修复后混凝土的抗冻性提高提供了一些思路。
图5，未修补前图片 图8，回访后图片（10年） （2）辽宁省某电厂项目 该电厂自建成至2016年第一次投入使用，只一个冬季的运行，混凝土就出现严重的冻融剥蚀情况，见图7，图8，图9。该项目混凝土抗冻设计为f200，并且涂有mn-j55b防水涂料作为防冻防腐附加措施。但现场观察发现涂料几乎全部剥落。该项目为典型的抗冻不达标，另外，因为冷却塔循环水为提高浓缩倍率，加入各种阻垢剂等化学盐类，使运行环境变为盐溶液条件下的冻融发生。这两个原因是造成混凝土抗冻融能力快速失效的主要原因。
该项目没有钻芯取样进行冻融检测，施工方将现场成型的混凝土试样，mn-j55b防水涂料和拟采用的抗冻材料sps-801一并送往哈尔滨工业大学第二工程质量检测站进行检测，检测方法按照gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》单面冻融法进行检验，检测结果见表2：表面面积剥落量和表3：超声波相对动弹性模量损失率。 表2表面面积剥落量
表3超声波相对动弹性模量损失率
表中w为受检样品在水中进行单面冻融循环试验，s为受检样品在盐溶液中进行单面冻融循环试验，sps为受检样品经sps-801抗冻涂料表面处理后进行单面冻融循环试验，t为受检样品经mn-j55b防水涂料表面处理后进行单面冻融循环试验。
由表中数据可知，即使在水冻融条件下，混凝土试样在第12次冻融循环时，已经超出要求标准，而在盐溶液条件下，在第8次冻融循环结束时，质量损失就已经超标，即使在mn-j55b防水涂料保护的条件下，混凝土仍没有达到20次冻融循环的条件，sps-801效果最好。这就为混凝土二次冻融设计提供了一个思路，即使成型后的混凝土抗冻性不合格，也可以通过附加措施达到一定的抗冻要求。
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