随着西部地区经济大开发的不断推进，西部地区的基础和配套设施建设也在不断加快，近几年在青海、西藏、新疆、甘南、川西北高原需要修建大量基础交通设施。而这些地区具有海拔高、气温低、日照时间长、昼夜温差大等特点，这种高寒的极端环境条件对混凝土的各项性能提出了更高的要求，特别是混凝土结构的抗冻耐久性^[1-3]。因此，研究高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性对提高这些地区混凝土结构抗冻耐久性、保证结构安全和可靠性具有重要意义。

从国内外现有研究成果来看，高海拔寒冷地区混凝土结构的抗冻耐久性研究是一个近些年才备受关注的问题。无论是环境因素对混凝土结构宏观力学性能的影响，还是冻融过程中混凝土内部结构损伤演化都没有形成系统性的研究成果^[4-5]。按照目前《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55−2011)^[6]的配合比进行混凝土的生产，可以保证短时期内混凝土的强度满足使用，但对于混凝土的耐久性，特别是抗冻耐久性就难以保证^[7-8]。随着西部大开发建设以及国家“十四五”战略规划的推进，对高海拔寒冷地区混凝土工程提出了较高的要求。因此，研究高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性^[9]是未来我国在该类地区工程设计和施工面临的一项重要课题。

关于混凝土的抗冻性能，虽然已经做了很多研究，也取得了很多研究成果^[10-12]，但目前的研究多侧重于分析混凝土结构中含气量对宏观力学性质的影响，而对加入外加剂(如引气剂、减水剂)后混凝土结构内孔隙率、不同直径孔隙的分布范围等因素缺乏定量分析和研究，而这正是影响混凝土结构抗冻耐久性的关键因素^[13-15]。此外，现有研究成果多基于一般地区实验室模拟环境得到，而在高海拔寒冷地区混凝土结构的抗冻耐久性受材料、环境、气候条件等因素影响与模拟环境的试验结果相差较大，特别是在高海拔寒冷地区，由于气压较低、气温较低且昼夜温差大、日照时间长等因素对混凝土结构抗冻耐久性影响很大，而这方面的研究工作还很少^[16-18]。基于此，本文拟在考虑掺加不同外加剂(减水剂、引气剂及引气减水剂)情况下，分析冻融循环过程中高海拔寒冷地区混凝土的物理力学性能及内部孔结构变化，从宏、细观角度揭示高海拔寒冷地区混凝土结构冻融损伤规律及机理^[19-20]。以期为高海拔寒冷地区具有较高抗冻耐久性要求的混凝土工程提供理论支撑，并进一步明确冻融损伤原因。

1   试验概况

本试验依托甘肃省王格尔塘至夏河高速公路工程WXSG-2项目的混凝土箱梁工程。王夏高速桥梁的混凝土箱梁为预应力钢筋混凝土箱梁，长度规格为30 m和40 m。试验地点位于甘南藏族自治州夏河县，海拔约3000 m，大气压约为70 kPa (低于标准大气压101 kPa)。项目所在地年平均气温2.6℃，昼夜温差大，最大可达20℃。年均无霜期56 d，年日照时间为2296 h。项目地属高海拔寒冷地区。

1.1   试验材料及配合比

本试验拟配制强度等级为C50的高寒混凝土。水泥采用祁连山牌P.O52.5硅酸盐水泥；粗骨料取自磊鑫石场的石灰岩碎石，粒径为5 mm~20 mm，含泥量为0.6%；细骨料为尹集砂厂的河砂，细度模数为2.98，为中砂。为适应高海拔寒冷地区气候环境，并综合考虑混凝土强度和抗冻耐久性，本试验采用外加剂(引气剂和减水剂)改善混凝土性能。通过多次试配，以28 d龄期混凝土试件力学性能和工作性能确定了外加剂掺量，本次试验混凝土最终配合比方案如表1。本试验共制备4种高寒混凝土试样，标准养护28 d后的混凝土试样强度如表1所示。

表  1  高寒混凝土配合比与强度

Table  1.  Mix ratio and strength of cold-resistant concrete

配合比	水泥/(kg/m3)	碎石/(kg/m3)	砂子/(kg/m3)	水/(kg/m3)	引气剂/(kg/m3)	减水剂/(kg/m3)	抗折强度/MPa	抗压强度/MPa
高寒普通混凝土(P)	458	1046	641	165	0.00	0.00	8.66	52.7
高寒减水混凝土(J)	458	1046	641	165	0.00	4.58	10.44	55.4
高寒引气混凝土(Y)	485	1032	633	160	0.05	0.00	8.18	51.9
高寒引气减水混凝土(YJ)	485	1032	633	160	0.04	4.23	8.93	54.1

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1.2   试件制备及编号

冻融循环试验制备4种配合比的混凝土试件，尺寸为100 mm×100 mm×400 mm，每种混凝土27块，分为9组(每组3块)，设计冻融次数均为200次。以高寒普通混凝土为例，编号为P-1~P-27，其中：P-1~P-3为0次冻融循环时进行测试的试件；P-4~P-6为25次冻融循环时进行测试的试件；P-7~P-9为50次冻融循环时进行测试的试件，以此类推直至200次冻融循环。其余类型的混凝土试件编号同理，如表2所示。

表  2  高寒混凝土试件工况表

Table  2.  Working conditions of cold-resistant concrete

冻融次数	高寒普通混凝土	高寒减水混凝土	高寒引气混凝土	高寒引气减水混凝土
0次冻融循环	P-1~P-3	J-1~J-3	Y-1~Y-3	YJ-1~YJ-3
25次冻融循环	P-4~P-6	J-4~J-6	Y-4~Y-6	YJ4~YJ-6
···	···	···	···	···
175次冻融循环	P-22~P-24	J-22~J-24	Y-22~Y-24	YJ-22~YJ-24
200次冻融循环	P-25~P-27	J-25~J-27	Y-25~Y-27	YJ-25~YJ-27

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1.3   冻融循环试验

冻融试验根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(JTG F30−2014)^[21]选用快冻法设计冻融试验。每个冻融循环设置在2 h~4 h内，每25次循环按照试件分组从每种配比的混凝土试件中取3块，将试件表面的水分擦干后进行无损试验(质量、动弹性模量和超声波测试)，然后进行抗折强度测试，随后钻取芯样进行核磁共振试验。

试验终止条件根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(JTG F30−2014)^[21]规定，并结合本试验确定如下：每组三个试件中，只要其中一个试件出现断裂，或试件的质量损失率达到5%，或相对动弹性模量下降至60%时，则认为该组试件达到破坏标准，并停止冻融循环试验。

1.4   核磁共振试验

核磁共振是指在较低强度的磁场中，对多孔介质内部的氢原子进行检测，从而得到材料孔隙中流体的弛豫时间T₂分布谱，根据T₂分布谱分析多孔介质材料内部的细观孔隙结构特点。在横向弛豫时间T₂分布谱中，T₂的值越大，对应孔隙的半径越大，且峰值曲线包络的面积对应该孔径的孔隙数量^[22]。根据核磁共振原理，孔隙中水的弛豫时间与孔隙大小之间的关系为：

式中： $\rho$/(μm/ms)为多孔介质的横向表面弛豫强度； $S$为孔隙表面积； $V$为孔隙体积。

假设孔隙为理想球体，则：

式中： ${{r}}$为孔隙半径； $\mu$为经验变换系数。

冻融循环前及每25次冻融循环后对试件进行取芯、切割、饱水处理后进行核磁共振试验，试件尺寸是直径为35 mm、高为50 mm的圆柱体试块。芯样钻取步骤如图1所示。

图  1  芯样钻取步骤　/mm

Figure  1.  Sampling flow chart

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2   试验结果分析

2.1   外表观察

在冻融循环试验中，高寒普通混凝土冻融循环至75次时试件发生酥碎破坏；高寒减水混凝土冻融循环125次后试件表面水泥砂浆剥落，试件断裂；高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土分别冻融循环150次和200次时，表面呈现剥落掉渣。4种混凝土试件破坏形态如图2所示。

图  2  混凝土经历冻融循环后达到破坏时的形态

Figure  2.  Failure modes of concrete specimens after different freeze-thaw cycles

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从冻融循环过程看，高寒普通混凝土和高寒减水混凝土在冻融循环作用下外部形态变化基本一致，均随着冻融循环次数增加，表面砂浆逐步剥落露出骨料，并向内部不断蔓延，直至最后断裂破坏。而高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土在冻融循环作用下的外部形态变化大致相同，在冻融试验过程中其表面砂浆较少脱落，仅部分棱角破坏，无大面积骨料外露情况出现。通过对比可见，加入引气剂不仅可以大幅提高混凝土抗冻次数，同时也可减轻混凝土外观的破坏。从细观角度讲，在冻融循环过程中，引气剂使混凝土材料内部产生的微小孔隙是改善混凝土的抗冻耐久性能的重要原因：一是孔隙的增加可以降低混凝土的热传导率，使混凝土内部不易受到温度变化的影响；二是产生的孔隙可以在混凝土热胀冷缩时留有一定的形变空间，减缓内部结构的破坏，因此抗冻耐久性得以提升。

2.2   冻融过程中质量损失分析

质量损失率的测定是判定混凝土冻融破坏的基本指标。在本试验过程中，随着冻融循环次数的增加，4种高寒混凝土的质量损失率均呈现出先减后增的趋势，试件质量损失率的变化情况如图3所示。

图  3  混凝土质量损失率随冻融循环次数变化趋势

Figure  3.  Relationship between mass loss rate of concrete and freeze-thaw cycles

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在本次试验中，高寒普通混凝土和高寒减水混凝土分别在50次和100次冻融循环后质量损失率迅速增加，而高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土分别在150次和100次冻融循环后质量损失率才开始迅速上升。由此可见，掺加引气剂可减缓高寒混凝土在冻融循环中的质量损失。即通过引气作用使混凝土内部产生一定的孔隙可减缓高寒混凝土在冻融循环过程中的质量损失，而质量损失是2.1节外观破坏的最终结果。此外，4种混凝土试件破坏时，质量损失率均未超过规范规定值。

2.3   冻融过程中动弹性模量损失分析

动弹性模量的测定是判定混凝土冻融破坏的另一重要指标，通过对动弹性模量的分析可间接反应混凝土内部密实程度状况。各混凝土动弹性模量和相对动弹性模量随冻融循环变化趋势如图4所示。

图  4  混凝土动弹性模量随冻融循环次数变化趋势

Figure  4.  Relationship between dynamic elastic modulus of concrete and freeze-thaw cycles

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分析图4可见，在冻融循环前，高寒减水混凝土的动弹性模量最大，高寒引气混凝土次之，高寒普通混凝土与高寒引气减水混凝土最小，且二者差距不大。随着冻融循环次数的增加，4种混凝土的动弹性模量变化程度不同，在冻融初期均出现了动弹性模量上升的现象，冻融循环25次时4种混凝土分别上升1.94%、1.33%、10.59%及0.01%；随着冻融循环次数的增加，高寒普通混凝土和高寒减水混凝土在冻融循环25次后动弹性模量开始迅速下降，而高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土在100次冻融循环后动弹性模量才开始迅速下降。

高寒普通混凝土和高寒减水混凝土分别在经历75次和125次冻融循环后试件断裂破坏，无法继续进行冻融试验，但相对动弹性模量损失率均未超过规范规定值。高寒引气混凝土在经历150次冻融循环后相对动弹性模量下降至53.86%，高寒引气减水混凝土在经历200次冻融循环后相对动弹性模量下降至49.04%，二者均达到试验结束条件，停止试验。通过对动弹性模量的分析，可以发现加入引气剂使混凝土内部产生孔隙减缓高寒混凝土在冻融循环中的相对动弹性模量损失。

2.4   冻融过程中超声波波速分析

超声波波速对材料内部结构的变化较为敏感。因而对于混凝土由冻融循环造成的内部结构不断变化来说，也会导致超声波波速变化较大。4种混凝土超声波波速随冻融循环次数变化曲线如图5所示。

从图5可见，冻融循环前，高寒减水混凝土超声波波速值最大，说明掺加减水剂可一定程度提高混凝土密实度。当混凝土经历冻融循环达到破坏条件时，高寒普通混凝土、高寒引气混凝土、高寒减水混凝土及高寒引气减水混凝土超声波波速分别下降至初始值的63.6%、87.2%、86.7%和86.6%。此外，高寒普通混凝土和高寒减水混凝土的超声波波速分别在冻融循环25次和50次时骤减，这种情况在高寒引气减水混凝土和高寒引气混凝土中分别出现在150次和100次后，这一规律与冻融循环中混凝土相对动弹性模量、质量损失率的变化趋势相似。

图  5  混凝土超声波波速变化趋势

Figure  5.  Relationship between ultrasonic wave velocity and freeze-thaw cycles

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2.5   冻融循环后抗折强度分析

冻融循环前，与高寒普通混凝土的抗折强度相比，高寒引气减水混凝土的抗折强度下降了5.54%，高寒减水混凝土的抗折强度增加了3.12%，高寒引气混凝土的抗折强度增加了3.02%。而在冻融过程中，4种混凝土抗折强度损失率情况呈现出各自的特点，具体情况如图6所示。

图  6  混凝土抗折强度损失率随冻融循环次数变化趋势

Figure  6.  Relationship between loss rate of flexural strength of concrete and freeze-thaw cycles

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从图6可见，随着冻融循环次数的增加，4种高寒混凝土抗折强度均下降。其中，高寒普通混凝土在经历75次冻融循环后的抗折强度下降至40.88%，高寒减水混凝土在经历125次冻融循环后抗折强度下降至49.33%，高寒引气混凝土在经历150次冻融在冻融循环25次和100次时抗折强度出现一次骤减；高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土分别在125次和175次时抗折强度出现一次骤减。从抗折强度试验结果说明引气剂的加入可有效的提升混凝土的抗冻耐久性，其本质也是因为引气作用使得冻融循环前混凝土内部孔隙增加以及孔隙结构分布改善，提高了混凝土的均质性，从而延后了混凝土的冻融抗折强度损失。

2.6   冻融过程中孔隙率变化分析

孔隙体积和孔隙分布会对混凝土基本力学性能和抗冻耐久性造成影响，本次核磁共振试验测试了冻融循环过程中4种掺入不同外加剂混凝土的内部孔隙大小及分布情况。

2.6.1   T₂谱进行分析

根据式(2)，孔隙半径与横向弛豫时间T₂呈正比关系，因此核磁试验的横向弛豫时间T₂信号强度表征着相应的孔径孔隙所占的比例大小。每冻融循环25次后，进行核磁共振试验，测试混凝土内部孔隙结构的变化。取芯后对混凝土试件进行核磁共振试验，将每块混凝土试件三次取芯测试的结果取平均值作为该混凝土试件的代表值，测试的T₂谱如图7所示。在核磁共振试验T₂谱中，振幅表示T₂谱的信号强度，幅值越高表示试件孔隙中水信号强度越强，其对应的半径的孔隙数量越多。

从试验结果可以看出，4种混凝土试件随着冻融循环次数的增加，T₂谱峰值普遍逐渐变大，并且波谱逐渐右移。当T₂谱曲线偏左时，说明弛豫时间短，主要是以束缚流体形势存在，弛豫时间速度较快说明试件内部主要是小孔隙；当T₂谱曲线右移时，说明弛豫时间较长，弛豫速度较慢，表明试件内部孔隙变大。因此可见，随着冻融循环次数的增加，高寒混凝土时间内部孔隙不断变大。

图  7  混凝土试件弛豫时间(T₂谱)图

Figure  7.  Relaxation time (T₂ spectrum) diagram of concrete specimen

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从图7可见，三组高寒普通混凝土在整个冻融循环过程中T₂谱变化趋势是基本一致的，均呈现三个波峰，随着冻融循环的进行，各波峰均升高。这说明冻融循环使高寒普通混凝土内部孔隙增多，导致混凝土破坏。三组高寒减水混凝土在整个冻融循环过程中T₂谱变化趋势也是基本一致的，在冻融循环开始前均有两个波峰，说明混凝土内部孔隙主要为直径较小的孔，在冻融循环初期，两个波峰均逐渐增大，且均出现第三个波峰。这是由于冻融循环初期，高寒减水混凝土内部小孔隙不断增加，原有的小孔隙发展连通变为较大孔隙。当冻融循环75次后至混凝土破坏时，第一个波峰比例普遍逐渐变小，第二个和第三个波峰比例普遍增大，说明随着冻融循环次数增多，高寒减水混凝土内部大孔隙越来越多，直至混凝土破坏。三组高寒引气混凝土在整个冻融循环过程中也均呈现三个波峰。在冻融循环开始前第一个波峰比例均最大，说明引气剂的加入使混凝土中出现大量直径较小的孔。随着冻融循环的进行，第一个波峰比例都出现下降，第二个和第三个波峰的比例都出现增加，且波谱逐渐右移，这是由于冻融循环使混凝土内部直径较小的孔发展贯通为直径较大的孔。到150次冻融循环后三个波峰均不断增长，此时混凝土中孔隙不断增大，逐渐破坏。高寒引气减水混凝土在冻融循环开始前均有两个波峰，随着冻融循环的进行，T₂谱均呈现第三个波峰，直径较小的孔所占比例先增大后减小，且直径较大的孔的比例逐渐增大，至混凝土破坏。

此外，在进行冻融循环前，高寒引气混凝土的三个波峰中第一个波峰比例最大，即直径较小的孔占比最大；高寒引气减水混凝土有两个波峰，即只有小孔和中孔，且小孔占比更大。可见引气剂的加入改变了高寒混凝土内部的孔隙分布，引入大量小孔隙，并且使一些相互贯通的大孔隙变成直径较小孔隙。

2.6.2   混凝土试件孔隙分布规律分析

混凝土试件冻融过程中，试件内部不同大小的孔隙占比对于混凝土性能影响很大。因此，为了方便分析，根据测试结果把孔径分为了4种类型的孔隙：孔隙半径小于0.01 μm的为小孔；半径在0.01 μm~0.05 μm的为中孔；半径在0.05 μm~1 μm的为大孔；大于1 μm的为裂缝。4种混凝土在不同冻融循环次数下孔隙分布如图8所示。

图  8  不同混凝土冻融破坏前后孔隙大小分布

Figure  8.  Pore size distribution of different concrete before and after freeze-thaw damage

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从图8可见，高寒普通混凝土冻融循环前中小孔占比为67.31%。随着冻融循环的进行，小孔、中孔的数量逐渐减少。当冻融循环进行25次时，高寒普通混凝土内部大孔数量增加，裂缝数量变化较小；冻融循环50次后，大孔略微减少，裂缝增多；当冻融循环75次时，高寒普通混凝土破坏，小孔和中孔分别减少为6.51%、38.69%。而大孔和裂缝的数量明显增加，分别达到29.73%、25.07%。

高寒减水混凝土冻融循环前中孔占比为60.5%，中小孔合计占比为72.07%。随着冻融循环的进行，小孔和中孔均呈现先减少后增多的趋势，大孔呈先增后减，裂缝数量逐渐增加。经75次冻融循环后，高寒减水混凝土内部小孔和中孔均继续减少，大孔和裂缝继续增加。经过125次冻融循环后，高寒减水混凝土破坏，此时小孔为15.57%，中孔为5.40%，大孔为12.68%，裂缝为66.35%。

高寒引气混凝土冻融循环前中孔占比66.1%，中小孔合计占比为78.65%。随着冻融循环的进行，中孔数量逐渐减少，裂缝数量逐渐增加，小孔和大孔的变化趋势相反。冻融循环25次时，小孔数量减少而大孔数量增加。冻融循环50次时，小孔数量增加而大孔数量减少。随后至冻融循环125次时，中、小孔数量逐渐减少，大孔数量逐渐增加。冻融循环150次时，混凝土破坏，这时混凝土内部小孔、中孔、大孔、裂缝数量分别为10.88%、45.50%、22.29%、21.33%。

高寒引气减水混凝土冻融前中孔占比65.4%，中小孔占比为79.89%。随着冻融循环的进行，中孔数量基本呈下降趋势，裂缝数量逐渐增加。冻融循环25次后，小孔数量下降，大孔数量增加。当冻融循环达到50次~125次时，小孔和大孔均不断减少。当冻融循环达到150次时，小孔和大孔均增加。随后，小孔和大孔均先减少后增加。至200次时，混凝土内部小孔所占比例为9.19%，中孔为43.00%，大孔为22.11%，裂缝为25.70%。此时，高寒引气混凝土破坏。

总的来看，随着冻融循环的进行，4种混凝土内部的大孔和裂缝的比例都大大增加。因此，冻融损伤导致高寒混凝土内部小孔隙逐渐发展为大孔隙，影响了混凝土的宏观力学性能。加入引气剂的高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土冻融循环后大孔和裂缝之和所占比例较少，分别为47.81%、43.62%，说明引气剂可以通过改变混凝土内部孔隙结构增强混凝土的抗冻耐久性。

为了进一步了解4种混凝土冻融过程孔隙分布规律，对不同混凝土在冻融循环0次、75次、125次和150次时不同孔径占比进行了统计和分析。图9为不同冻融循环次数时不同大小孔隙分布图。

图  9  不同混凝土冻融破坏前后孔隙大小分布

Figure  9.  Pore size distribution of different concrete before and after freeze-thaw damage

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由图9可知，冻融循环前，混凝土内部的小孔、中孔占总孔隙比例从小到大排列为：高寒普通混凝土<高寒减水混凝土<高寒引气混凝土<高寒引气减水混凝土。当冻融循环75次时，高寒普通混凝土首先破坏，此时4种高寒混凝土中高寒普通混凝土内部小孔和中孔比例最小，小孔和中孔占比从小到大排列为：高寒普通混凝土<高寒减水混凝土<高寒引气混凝土<高寒引气减水混凝土。

当冻融循环125次时，高寒减水混凝土破坏，此时3种高寒混凝土中高寒减水混凝土中小孔占比为20.97%；高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土中小孔占比分别为58.71%、57.13%。

冻融循环150次时，高寒引气混凝土小孔占比略小于高寒引气减水混凝土，中孔占比略大于高寒引气减水混凝土，高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土内部中、小孔占比大致相当，分别为56.02%、56.38%。

从上述分析可见，中、小孔隙占比对于混凝土抗冻耐久性影响很大，说明引气剂的掺加可以有效增加了混凝土内部的小孔和中孔的比率，提高混凝土抗冻耐久性。

2.7   分析与讨论

从高寒混凝土冻融前后的宏观力学性能与微观孔隙结构对比可以看出：冻融试验前，高寒普通混凝土、高寒减水混凝土、高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土的中小孔占比分别为67.31%、72.07%、78.65%和79.89%。冻融循环后，高寒普通混凝土、高寒减水混凝土、高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土分别在75次、125次、150次和200次左右发生破坏，说明混凝土内部的中孔、小孔所占比例对混凝土的宏观力学性能和耐久性能有积极作用。总的来看，冻融循环前混凝土内部小孔、中孔占比越大，混凝土抗冻耐久性越好。

从冻融循环过程看，随着混凝土中小孔占比的降低，大孔和裂隙占比的增加，其宏观力学性能出现一定程度的下降。如高寒引气减水混凝土在0次~25次冻融循环时，中、小孔占比从78.65%降低至68.98%，试件抗折强度相应地从8.18 MPa骤减到7.66 MPa。在100次~125次冻融循环时，中小孔占比从62.42%降低至58.71%，抗折强度也发生了类似的降低，从6.43 MPa降低到5.53 MPa。在试件破坏前的175次~200次，中小孔占比从56.55%骤减到52.19%，抗折强度也从4.84 MPa骤减到2.52 MPa。在冻融过程中，动弹性模量也与中小孔隙占比有类似规律。从试验结果看，高寒普通混凝土、高寒减水混凝土、高寒引气混凝土的抗折强度与其中、小孔隙占比也存在类似的规律。因此，冻融过程中混凝土试件内部中、小孔所占比例越大，其宏观力学性能和耐久性越好。

在混凝土领域，目前常用探测混凝土内部细观结构的方法主要有CT、SEM、核磁共振法三种。CT法的精度一般在10 μm级别，而且从扫描图片中很难区分不同直径的孔隙，也无法测试总孔隙数量；SEM法只能扫描识别很小面积的试件，同时冻融过程中混凝土试件表面常常发生破坏，所以很难持续观察其变化。相对来看，核磁共振法检测精度较高(可达0.01 μm)，而且可以对同一试件持续测试混凝土内部孔隙的变化，分析过程中的变化规律。但是，核磁共振法还无法量测总孔隙数，只能测试不同孔隙的相对占比，这对分析和对比不同混凝土试件内部不同类型孔隙占比变化规律来说还存在缺陷。因此，测试手段的改进是未来重点突破的方向。

3   结论

本文依托甘肃省王夏高速工程，在施工现场制作了4种不同混凝土试件。通过试验研究了4种高海拔寒冷地区混凝土力学性能、抗冻耐久性能以及冻融循环过程中混凝土结构内部微观孔隙的变化规律，得出以下结论：

(1)考虑了高海拔寒冷地区气候特点，确定了高寒普通混凝土的配合比。根据高海拔寒冷地区气候环境对混凝土性能的影响及要求，并通过多次适配，进一步优化了高寒引气混凝土、高寒减水混凝土、高寒引气减水混凝土的配合比。

(2)通过对高寒普通混凝土、高寒减水混凝土、高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土的力学性能和冻融循环试验，分析了动弹性模量、质量、超声波波速、抗折强度的变化规律。从抗冻耐久性指标看，四种混凝土性能排序为：高寒引气减水混凝土>高寒引气混凝土>高寒减水混凝土>高寒普通混凝土。

(3)从混凝土核磁共振试验结果可见，高寒普通混凝土、高寒减水混凝土、高寒引气混凝土和高寒引气减水混凝土的抗冻耐久性首先与冻融实验前混凝土内部孔隙分布规律密切相关，即小孔、中孔占比越大，混凝土抗冻耐久性性能越好。在冻融过程中，混凝土试件内部中、小孔占比与其宏观力学性能呈正相关。

(4)通过本文试验研究结果看见，引气剂在混凝土内部产生的原生中小、孔有效改善高寒混凝土内部孔隙结构，是提高高寒混凝土抗冻耐久性能的重要原因。