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混凝土抗冻性研究

文档名称:混凝土抗冻性研究
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上传者:liqh1129
添加时间:2017/11/30
内容摘要:
水利科研
东北水利水电
2016年第3期
[文章编号]100-0624(2016)03~0048-05
混凝土抗冻性研究
范听然
(重庆交通大学河海学院,四川重庆400074)
[摘要]通过分析混凝土冻融破坏的原因及冻融破坏的主要形式,总结了冻融破坏的机理和
冻融破坏的影响因素,并对比分析了国内外不同的混凝土抗冻试验方法。结果表明:冻结对混
凝土的破坏力是水结冰体积膨胀造成的静水压力和冰水蒸汽压差和液中盐浓度差造成的滲
透压两者共同作用的结果;平均气泡间距是彩响混凝土抗冻性的最主要因素;目前国内主要
米用快冻法试验,因为快冻法与慢冻法相比,具有试验周期短,采用无损检测,试验工作量小,
误姜小,灵敏度高等优点
[关锥词]混凝土抗冻性;冻融破坏机理;影响因素;抗冻试验方法
[中图分类号]TU528
[文献标识码]A
0引言
1.2静水压理论
混凝士的冻融破坏与钢筋锈蚀、碱集料反应
1945年,鲍尔斯(T.C. Powers)提出了“静水压
起被视为混凝土最主要的三大耐久性问题。寒冷地假说",即在冰冻过程中,混凝土孔隙中部分溶液
区混凝士的破坏多数与冻融作用或者冻融与钢筋因结冰膨胀迫使未结冰的谘液溢出,通过微孔的
锈蚀的复合作用有关,混凝土的抗冻性已成为混凝过程中产生粘结阻力,最终形成静水压,当这种静
土耐久性中最主要的问题,一些国家甚至把抗冻性水压力超过混凝士的临界膨胀压力时,造成混凝
试验也称作耐久性试验。因此提高混凝士抗冻性能逐渐破坏。混凝士的孔隙率越大、孔径越大、连
是解决混凝士耐久性的重要途径之一。
通距离越远、渗透性越差混凝土的抗冻性能就越
差。在混凝土中距冰冻地点存在一个临界范围,当
1混凝土的冻融破坏机理
孔间距未超过这个临界尺寸时,对混凝士的抗冻
对于混凝土的冻融破坏机理的研究,国内外性是不起作用的。5年后, POWERS又证明了这
学者经过了长期的努力,做了大量的工作,提出了假说,并深入的探讨了混凝士中的平均气孔间距
系列的理论、假说。目前提出的混凝土冻融破坏(L)。当L<250pm时オ能提高混凝土的抗冻性
机理有:水的离析成层理论、静水压理论、渗透压能,并将L作为ー个衡量混凝土抗冻性能的一个
理论、现象学理论、充水系数理论、临界饱水值理标准。
论和孔结构理论、其中具有代表性的是静水压假
静水压假说能够充分说明混凝土冻融破坏的
说和渗透压假说。
许多表现,但就水压力本身而言,作用力是瞬间
1.1水的离析成层理论
的,它随着时间的推移作用力逐淅减弱。但实际上
1944年坷林斯(A.R. Collins)基于冻土的研究混凝土的冻融破坏随时间的推移而日益加剧最终
提出的理论。混凝土的冻融破坏是由于混凝士由导致混凝土破坏。所以,静水压假说很难解释水泥
表及里孔隙水分分层结冰,冰晶増大而形成一系浆体首次冰冻和再次冰冻时水分的运动情况。
列平行的冷冻薄层,最后造成混凝士的层状剥离1.3滲透压理论
破坏。
鲍尔斯、海尔姆斯( Powers and Helmuth1953)
2016年第3期
东北水利水电
水利科研
赖特曼(Lian1975、1980)提出。认为:混凝土冻结m为少害孔;r=50~200um为有害孔;r>200ルm
时,毛细孔中水的冰点与孔径有关,孔径越小,冰为多害孔,对混凝土冻融破坏影响较大的为大于
点越低,当大毛细孔中水结冰时,孔隙水中的离子100m的孔。
浓度将提高,而蒸汽压将下降,这时小毛细孔中未
综上所述,冻结对混凝土的破坏力是水结冰
结冰的水就可能向大毛细孔中渗透而形成压力,体积膨胀造成的静水压力和冰水蒸汽压差和溶液
这种渗透压力大于混凝土的抗拉强度时,混凝土中盐浓度差造成的渗透压两者共同作用的结果。
就遭受了破坏。渗透压是由孔内冰和未冻水两相在一定的饱水情况下,多次的冻融循环使破坏作
的自由能之差引起的。
用累积,犹如疲劳作用:使冰冻引起的微裂纹不断
Litvan认为:混凝土毛细管水不能在原位结冰,扩大,发展成互相连通的大裂缝,使强度逐漸降低
解释了毛细孔水迁移的动力在于蒸汽压力的不直至完全丧失,最终导致混凝土结构的崩溃。
同;同时也证实了多孔材料的冻结破坏也可能由2混凝土冻融破坏的主要形式
于饱和的结冰非膨胀液体(如乙醇)所引起。
静水压理论和渗透压理论最大的不同在于未
在寒冷地区,冻融循环会造成混凝土建筑物
结冰孔溶液的迁移方向。静水压假说认为孔溶液破坏或损伤,这与混凝土材料微观结构有着密不
离开冰晶体,由大孔向小孔迁移;渗透压假说则认
可分的关系。同时,劣化的本身又取决于混凝土使
为由小孔移向大孔。
用环境的影响。一般情况下,混凝士受到冻融循环
1.4现象学理论
作用后常出现2种破坏形式:即混凝士内部出现
现象学假说“指出混凝土的基本构造为凝胺裂缝与混凝土表层剥落。
物质包裹骨料形成的一个球形圆体。它是20世纪
混凝土抗冻性能的影响因素
中期以 POWERS为代表的研究学者提出的。该假
混凝士的抗冻融性主要取决于内部孔结构的
说以力学概念为依据,把混凝士的基本构造分为4特征和混凝士的强度。混凝土的抗冻融性与混凝
种类型,即粗骨科、细骨料、熟料颗粒和晶体骨架。土的水灰比和养护、饱和度、化学外加剂、水泥的
当温度变换时,由于各个构造的热膨胀系数不同,种类及用量、骨料、外掺矿物质和冻融次数等有着
造成骨料间产生内应力并相聚番加,造成混凝土密切的联系。
破坏。但此假说并不全面,仅限于混凝土宏观上的3.1平均气泡间距
解释。
平均气泡间距是决定混凝土抗冻性的最主要
1.5充水系数理论
因素。一般对高抗冻性混凝土而言,平均气泡间距
一些学者认为,混凝士能否发生冰冻破坏,关应当小于0.25m,因为大于025~0.30mm,抗冻
键决定于混凝士的充水系数即混凝士毛细孔中水性急剧下降。在混凝士中摻加硅灰能明显改善气
的体积与孔体积之比,当充水系数大于0.92时,混泡结构;气泡平均半径减小,平均气泡间距也就相
凝土就可能发生冰冻破坏。
应减少。
1.6临界饱水值理论(极限充水程度理论
3.2水灰比
这是瑞典学者(G. Fagerlund1975)年提出的,
水灰比影响混凝土的孔隙率及孔结构。水灰
他认为混凝土产生冻融破坏有一个临界饱水值比越大,混凝士中可冻水的含量越多,在冻融过程
Sn,当混凝士的充水程度S小于S。.时,混凝土不会中产生的静水压力和渗透压力就大,因而混凝土
产生冻融破坏。并认为,普通混凝土的S。=0.85~的抗冻性就会降低。
0.90,而引气混凝士的S=0.75~0.80。
3.3外加剂
1.7孔结构理论
在一定范围内:引气剂引入的气泡越多,抗冻
吴中伟教授和国外的一些学者认为,混凝士性越好,但超过一定范围时,抗冻性反而下降,一
的冻融破坏与混凝士内部的微孔结构有关,吴先般含气量每增加1%,抗压强度下降3%~5%。
生把微孔分为四级ir<20um为无害孔,r=20~55
减水剂可以降低用水量,同时也引入部分气
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