1.抗冻性的定义及衡量指标
混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质称为抗冻性。
混凝土的抗冻性用抗冻等级表示，将混凝土试件按规定的温度变化制度进行冻融循环试验，测得其强度或其他性能降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落所能经受的冻融循环次数，作为抗冻等级。用符号“Fn”表示，其中n表示性能的降低不超过规定值的最大冻融循环次数，如F50、F100、F150等，抗冻等级等于或大于F50的混凝土称为抗冻混凝土。
混凝土的抗冻性试验有两种方法，即慢冻法和快冻法。慢冻法用强度损失率和质量损失率作为性能控制指标；快冻法用相对动弹性模量和质量损失率作为性能控制指标，适用于抗冻等级较高的混凝土。
（1）慢冻法。采用立方体试件，按照标准方法制作并养护试件至28d龄期开始进行冻融循环试验，根据抗冻等级设置1～2组试件进行冻融循环，同时还需制作对比试件和测定立方抗压强度用试件。进行冻融循环之前将试件在水中浸泡4d，使混凝土内部充分饱水。冻结温度为－15～－20°C，冻结时间不少于4h；然后在15～20°C水中融化至少4h，构成一个冻融循环。测定N次冻融循环前后试件的质量、经冻融循环后试件的强度及对比试件的强度，即可求出经N次冻融循环后混凝土的强度损失率和质量损失率。混凝土的抗冻等级即同时满足强度损失率不超过25％、质量损失率不超过5％时的最大循环次数。
（2）快冻法。采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试件，每组3个试件，按标准规定方法制作并养护28d龄期后开始进行快冻法试验。试验前同样将试件在水中浸泡4d，使其内部充分饱水。一个冻融循环时间在2～4h内完成，其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4。每进行25次冻融循环测定一次试件的横向基频和质量，与初始横向基频和质量相比求得试件的相对动弹性模量和质量损失率。混凝土耐快速冻融循环的次数以同时满足相对动弹性模量值不小于60％和质量损失率不小于5％的最大循环次数来表示。
根据快速冻融循环最大次数，可以求出混凝土的耐久性系数，如式（5-16）所示：
式中 Kn——混凝土耐久性系数；
N——满足快冻法控制指标要求的最大冻融循环次数；
P——经N次冻融循环后试件的相对动弹性模量。(www.xing528.com)
2.冻融循环破坏机理及其影响因素
混凝土中存在着许多孔隙，当这些孔隙被水饱和，同时温度降低达到水的冰点以下时，孔隙中的水就会结冰，伴随着大约9％的体积膨胀。由此对孔隙壁施加膨胀压力，当此应力超过孔隙壁的抗拉强度时，则孔隙壁产生局部开裂，出现新的裂缝。孔隙中的水融化后将进入这些新的缝隙，再次冻结将使裂缝扩大、连通。随着冻融循环次数的增多，混凝土内部裂缝不断增多，相互连通，导致破坏。
影响混凝土抗冻性的因素有以下几个方面。
（1）孔隙率与孔隙特征。一般来说孔隙率越大，抗冻性越差。但是如果封闭孔隙较多，水分不能进入内部，同时孔隙还可提供材料变形的空间，增加吸收膨胀的能力，对抗冻性有利。所以连通的孔隙对抗冻性不利，适量的封闭孔隙对抗冻性有利；孔隙的形状对抗冻性也有影响，接近圆形的孔隙受力均匀，应力集中值小，而狭长、有尖角形状的孔隙，受力时在尖角处产生很大的应力集中，使抗冻性降低。孔径越小，由于毛细孔负压作用，孔隙中水的冰点越低。因此，封闭的、圆形微孔对抗冻性有利。对于北方寒冷地区，长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土，常掺入引气剂，人为地增加一些微小、封闭的气泡就是为了提高抗冻性。并且，国家标准规定了这些有抗冻性要求的混凝土的最小含气量，如表5-18所示。
表5-18 长期处于潮湿和严寒环境中混凝土的最小含气量
（2）吸水饱和程度。当孔隙中充满水时，没有富裕空间，所以结冰膨胀直接对孔隙壁施加力的作用。如果孔隙中没有完全充满水，还有一定的空间，当水结冰时，能提供一定的膨胀空间，可缓解对孔隙壁的压力。因此，孔隙吸水越接近饱和抗冻性越差，完全干燥的孔隙不存在抗冻性问题。
（3）混凝土的强度。如果混凝土本身的强度很高，抵抗破坏的能力强，则抗冻性好。如前所述，混凝土的强度随孔隙率的增加而下降，所以适量的微小、封闭的孔隙对提高抗冻性能有利，但如果孔隙率过大，混凝土的强度降低较多，反而对抗冻性不利。因此，以提高抗冻性为目的掺入引气剂，一定要控制掺量，使混凝土的含气量不致过大，一般以含气量为4％～6％比较合适。
综合以上影响混凝土抗冻性的因素，对于北方寒冷地区、水位变化部位（例如桥墩、水库大坝和水工结构物的水位变化区和溅浪区），容易受干湿循环和冻融循环的部位要考虑抗冻性。
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