[摘 要] 不同国家由于气候、地理位置和理论基础等方面的原因，对混凝土的抗冻性和试验方法有着不同的要求。为了阐明世界各国对混凝土抗冻性控制的区别，本文中选取了部分处于寒冷气候并对混凝土抗冻性有要求国家(美国、加拿大、德国、瑞典、挪威、丹麦和芬兰) 的规范，对其进行了混凝土抗冻性控制和试验方法的比较。
[关键词] 抗冻性； 环境条件； 试验方法
Requirement and test method of concrete frost resistance in various countries
J IA Yao2dong ， XI E Yong2jiang ， ZHU Chang2hua
(China Academy of Railway Sciences ，Beijing 100081 ，China)
Abstract: Because various countries have some differences in climate condition ，geography and theoretical basis ，the requirement and test method on frost resistance of concrete vary from country to country. In order to clarify the differences in frost resistance of concrete in various countries， a comparison in several countries (America ，Canada ，Germany ，Sweden ，Norway ，Denmark and Finland) in cold climate was made.
Key words : frost resistance; environment condition; test method
0 引言
混凝土的抗冻性是混凝土耐久性的一项重要指标，世界各国对此都十分重视，因此制定了各种规范对其进行控制。由于气候、地理位置和理论基础等方面的原因，各国规范对混凝土抗冻性规定的侧重点不尽相同。为了对世界各国混凝土抗冻性的控制有一个全面的认识，也为了配合国家标准“GBJ 82 - 85 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法”的修订工作，我们对各国混凝土抗冻性的相关标准展开了调研，本文内容是本次调研结果的一部分。
1 美国
1.1 抗冻性控制要求
美国各个州都有各自制定的抗冻性规范。就应用范围的广度而言，其中比较重要和有代表性的是美国混凝土协会(ACI) 制定的相关规范。ACI 关于混凝土抗冻性控制要求的主要规范有:
ACI318 - 95 混凝土结构建筑要求[1]
ACI318R - 95 注释[2]
ACI301 结构混凝土标准分类[3]
在这些规范中，混凝土所处的环境被分成了严酷环境和一般环境两种。一般认为桥面板，路沿石，车库和蓄水池等结构物是处于严酷环境中的结构物，部分不与土壤直接接触的梁、柱和板是处于一般环境中的结构物。在混凝土遭受冻融或盐冻破坏时，ACI 规定应对混凝土进行引气，同时对混凝土的最大水胶比和最低强度进行控制，如表1 和表2 所示。
1.2 抗冻性试验方法
美国的抗冻性试验方法主要有以下两种:
ASTM C666 - 97 检测混凝土抵抗快速冻融能力的标准方法[4]
ASTM C672 - 2003 混凝土表面暴露于除冰盐时抗盐冻性的试验方法[5]
其中ASTM C666 中有A 法和B 法两种，A 法采用试件全部浸泡在清水(或盐水) 中快速冻融，我国GBJ 82 - 85 中的快冻法与之类似;B 法采用试件在空气中冻结，水中溶解，我国GBJ 82 - 85 中的慢冻法与之类似。ASTM C672 方法类似于瑞典规范SS 13 7244[6]和RELIM 规范中的平板法，即密封试件四周，仅在试件顶部使用NaCl盐溶液进行冻融。冻融循环结束后，通过测量试件超声传播时间和表面剥蚀量的变化来评价混凝土的抗冻性。
2 加拿大
2.1 抗冻性控制要求
加拿大在国家建筑规范中对混凝土的抗冻性进行了规定，主要规范有:
CSA A2311 - 94 混凝土建筑的材料和方法[7]
CSA A234 - 94 预制混凝土- 材料和建筑[8]
CSA A2311 - 94 规定，在不包含氯离子的情况下，混凝土所处的环境被分成三种:
F1 暴露在冻融条件下的饱水混凝土，如水池底板、天井、网球场和浸泡在淡水中的设施等。
F2 暴露在冻融条件下的不饱水混凝土，如建筑物的外墙和外柱等。
N 暴露在没有冻融也没有氯离子环境下的混凝土，如建筑物的内墙和内柱等。
CSA A2311 - 94 规定了在不同环境下混凝土28d的最小强度和最小水胶比，如表3 所示。
注: 3 测试强度采用<150mm ×300mm 圆柱体试件
当环境中有除冰盐冻融情况存在时，CSA 规定：结构部位混凝土最小强度为35MPa ，最大水胶比为0.4；非结构部位混凝土最小强度为32MPa ，最大水胶比为0.45 。对于有除冰盐存在的F1环境，混凝土还应满足气泡间距的相关要求，即：所有试验气泡的平均间距不应超过230μm；单个试验的气泡平均间距不超过260μm。考虑到测试气泡间距采用“ASTMC457 - 98 硬化混凝土中空隙系统参数的标准测定方法”[9]所带来的测量误差，CSA 推荐采用的最优值为不大于170μm。
对预制混凝土，CSA A2314 特别规定，只要结构物处在受冻地区，混凝土的最低含气量就应大于5 % ，最大水胶比应小于0.45 ，最小的强度应大于30 MPa。
2.2 抗冻性试验方法
加拿大的抗冻性试验方法只有一种，即：
CSA - A2312 - 94 混凝土抗冻性的快速冻融法[10]
该方法全文引用ASTM C666 ，并与之完全相同。虽然加拿大国家规范中只有一种混凝土抗冻性试验方法，但在评价及测试混凝土抗冻性时，除快冻法外盐冻法也被使用。
3 欧洲标准委员会
3.1 抗冻性控制要求
欧洲标准委员会出版的EN 206-1:2000[11]中，将有抗冻要求的混凝土环境分成了4 类，分别为:
XF1：中等程度饱水，无除冰盐存在的环境；
XF2：中等程度饱水，有除冰盐存在的环境；
XF3：高程度饱水，无除冰盐存在的环境；
XF4：高程度饱水，有除冰盐存在的环境。
在标准附录F 中，对混凝土最大水胶比，最小强度等级，最小水泥含量，最小含气量进行了规定，如表4 所示。
3.2 抗冻性试验方法
虽然欧洲EN 标准中有关于抗冻性的试验方法，但在欧洲应用更广泛的是国际材料试验协会(RILEM) 制定的抗冻性试验方法，因此本文着重研究了RIL EM 的抗冻性试验方法。
RILEM 的抗冻性试验方法近30年来一直处于变化之中，具体的过程为：
a) 1977年国际材料试验学会颁布了RILEM TC4-CDC[12]，当时的标准中包括三种方法，分别为盐冻法，快冻法和极限充水程度法。此时快冻法依然是RILEM推荐的方法之一。
b) 1995 年国际材料试验学会颁布了RILEM TC117- FDC[13] ，包括三种方法， CDF (CF) 法，平板法(类似于SS 13 72 43) 和立方体法。CDF 全名为Capillary Suction of Deicing Chemicals and Freeze - thawtest ，即毛细吸盐冻融试验方法。CD 法就是用水代替盐溶液进行试验。采用CDF (CF) 法试验时，除顶部和底部外，试件四周密封，底部浸泡在3%的NaCl盐溶液(或水) 中进行冻融试验。28 (或56)次冻融循环后，通过测量试件超声传播时间和表面剥蚀量的变化来评价混凝土的抗冻性。
平板法类似于瑞典的SS 13 72 44 方法，试验时除顶部和底部外，混凝土试件四周密封，盐溶液位于混凝土试件顶部进行冻融。56次冻融循环后，通过测量试件表面的剥蚀量对混凝土的抗冻性进行评价。
在RIL EM TC117 - FDC 中，快冻法被删除，新增了立方体法。立方体法是采用边长为100mm 的立方体试件，每两个为一组，浸泡在3 %的NaCl盐溶液中，在20℃～-25 ℃的条件下冻融循环。经过56 次冻融循环之后，通过测量试件的质量损失来评价混凝土的抗冻性。
c) 2002 年国际材料试验学会颁布了RILEM TC176 - IDC 2002[14] ，包括两种方法，CIF(CF) 法和平板法，立方体法被删除。CIF 法是由CDF 法转化而来的，除了名字由Capillary Suction of Deicing Chemicals and Freeze thaw test 改为Capillary Suction ， Internal damage and Freeze thaw Test 以外，其余并未做太多改动。
目前，CIF 法在西欧(德、法) 应用比较普遍，平板法在北欧(瑞典、挪威、丹麦、芬兰) 应用比较普遍。虽然CF 法与CIF 法只有在试验溶液上存在差别(即将3 %的NaCl盐溶液换成去矿物质水) ，但该法目前在欧洲很少被使用。
4 德国
4.1 抗冻性控制要求
德国关于混凝土抗冻性控制的主要规范有：
DIN 1045/ A1 用于结构的混凝土———设计和制造[15]
在DIN 1045/ A 中，混凝土被分为两个基本的等级：BⅠ(强度等级为B2～B25) 和B Ⅱ(强度等级大于B35) 。
规范规定，当混凝土处在潮湿的冻融循环条件下时，混凝土应具有很好的抗冻性。为此除了水胶比小于0.40 的非常干硬的混凝土以外，无论处于BⅠ级还是BⅡ级，混凝土中都必须掺加引气剂，且含气量需满足表5的要求。
除了满足含气量的规定外，规范还规定，无论处于BⅠ级还是BⅡ级，混凝土还需满足下列要求:混凝土最小水泥用量为300kg/m3 (用高强水泥的时候至少为270kg/m3 ) ，最小的强度为32MPa ，环境中没有除冰盐存在时水胶比不大于0.60 ，环境中有除冰盐存在时水胶比不大于0.50 。
4.2 抗冻性试验方法
德国国家规范中混凝土的抗冻性试验方法为:
DIN EN 13687 - 1 ：2002 除冰盐浸泡冻融循环试验[16]
该方法类似于RILEM 规范中的平板法，已作为欧洲规范。但目前德国在实际的研究和应用中采用最多的是RILEM 标准中的CIF 法。
5 瑞典
5.1 抗冻性控制要求
在瑞典建筑部出版的混凝土建筑手册(Boverket’s handbook on concrete const ruction ，以下简称BBK94)中，将有抗冻性要求的混凝土环境分成了以下四类：
B1：可忽略的严酷环境。
B2 ：轻微的严酷环境———中等湿度的没有氯离子存在的冻融环境。包括处于室外与地平线夹角超过30°的建筑物表面，如建筑物的立面。
B3 ：中等严酷环境———处在潮湿或者非常潮湿的环境中没有或者只有少量的氯离子存在并经受冻融循环作用的环境。包括处于室外与地平线夹角不超过30°的建筑物表面，如阳台、泡在清水中的大坝和码头等。
B4 ：非常严酷的环境———结构物处在潮湿或者非常潮湿的环境中，有中等或大量氯离子存在，并伴随冻融循环的环境。如处于海水浸泡和位于浪溅区的混凝土结构物。
当环境条件为B3 或B4 时，BBK94 通常要求掺加引气剂。根据骨料粒径不同，混凝土的最小含气量和最大水胶比如表6 所示。
5.2 抗冻性试验方法
瑞典的抗冻性试验方法标准为：
SS 13 72 44 混凝土试验- 硬化混凝土- 盐冻法
该方法类似于ASTM C672 和REL IM 规范中的平板法，在欧洲尤其是北欧国家，如挪威、芬兰、丹麦、冰岛应用较为广泛。试验时除顶部和底部外，混凝土试件四周密封，盐溶液位于混凝土试件顶部进行冻融。通过测量试件表面的剥蚀量将混凝土的抗冻性分为非常好、好、可接受和不可接受四个等级。
