改性混凝土抗冻机理分析.pdf

建村世界
2014年第35卷S1
doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2011.S1.010
改性混凝土抗冻机理分析
鹅飞1,秦丹丹2,刘华文
空军勒务学院机场共参与保障系,徐州221000:2.南京住房发展中心
南京办事处,南京210000:3.空军沧州试飞基地机营科,沧州061000)
摘要:从混凝土本身性能而言,影响混凝土抗冻性能因素较多,如抗拉强度、拉仲极限应变、含气量、气泡性质等
等,而大量研究发现,纤维对混凝土各种性能的改善主要就是通过纤维对基体的限制、阻碍裂縫产生而完成的。
关键词:聚丙烯睛纤;偏高岭土;抗冻性能
1混凝士冻融破坏机理
根据 Powers的静水压假说和渗透压假说以及相关的理论,混凝土内部水分主要以三种形式存在即化
学结合水,物理吸附水和自由水
化学结合水为水泥水化后,生成水化产物的组成部分,随着水化反应的不断进行,水泥水化产物不断增
多,这部分水的数量也逐渐増多。但通常温度的升高和降低,对它基本无影响物理吸附水,当混凝土结构形
成后,吸附至水泥水化后生成的水化产物凝胶体表面,或者吸附至混凝土内的毛细孔内壁的一层吸附水膜
层。这溜分水很少,结冰温度也较低,通常一78℃以下オ结冰,它的相态变化对混凝上性能影响不大。
自由水,广泛存在于混凝土的大小不同的毛细孔或大孔中,其数量多少和毛细孔及各类孔的直径有关
这部分水对混凝土性能影响较大。当温度降低时.它可以在毛细孔内结冰,对混凝土产生破坏作用。
混凝土内部的自由水填充于混凝土构件中连续分布的各种孔径的空隙中,当温度降低到0℃以下时这
些自由水开始结冰,体积膨胀。水在一定压力下,流入产生裂纹的裂缝内。这时毛细孔内部的静水压力降
低,破坏作用有所缓和。以后冻结再继续向深层发展,水压カ义继续増大,达到一定程度使原有裂纹继续扩
展,或又产生新的裂纹,使裂纹不断发展和增多,使混凝土内部结构发生破环。同时,混凝土内部的水分,是
溶有微量碱或盐的稀浴液,当冻结开始时,表面的水冻结产生一定数量的冰时,溶液浓度增大,这时,表层溶
液和深层内部溶液出现了浓度差,为求得溶液浓度平衡。内部的溶液的溶剂(水)问表层渗进迁移,表层的结
冰量远比混凝土内部多,宏观可见定量的大块冰品体和冰夹层。经多次冻融破坏表层混凝土便层层剥落
经过静水压力和渗透压的双重作用,最终导致了混凝土的破坏
2改性混凝士抗冻机理
聚内烯晴纤维,直径小,尺寸短,重量轻,每克质量的纤维数可高达80多万根,如果其能均匀的分布于混
凝土中,可以有效的抑制冻融循坏过程中混凝土内部微製缝的产生和发展,同时,对混凝土表面起到拉结作
用,可极大提高混凝土抗剥落的能力。此外,乱相分布的细微纤维,相互搭接,阻碍了混凝土搅拌和成型过程
中内部空气的溢出,间接増大了混凝土的含气量,而这些气泡相当一部分阻碍了或切断了混凝土内部的毛细
管通道,当混凝土经受冻融循环时,便可以对静水压和渗透压起到一定的缓沖作用,减少冻融循环对混漩土
的损害。并且,聚丙烯晴纤维可有效防止混凝土塑性收缩裂缝的产生,对混凝土早期内部缺陷进行改善,降
低了裂缝的尺度,減少或消除了材料内部的应力集中,提高了混凝土基体的抗冻融破坏能力。除此之外,聚
丙烯晴纤维还有一个重要的特点就是,弹性模量随温度的降低而增加。当混凝土在冻结过程中时,纤维的弹
性模量逐渐提高,可以有效的抵消冰膨胀产生的压力;在融化过程中时,其弹性模量降低,可以帮助释放私
蓄的膨胀能,从而进一步抑制了混凝土的冻胀开裂。虽然,添加聚丙烯晴纤维后,由于含气量的增加将导致
混凝土孔洞的增加,从而降低混凝土的密实性增加混凝土的饱水度,有可能导致混凝土强度的降低,但是,相
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关研究也表明,纤维混凝土标准养护28d后,后期强度还有较大的提高,当纤维混凝土抗压强度受到冻融循
环降低时,可以起到一定的缓解作用。同时,纤维间距理论指出纤维的阻裂作用取决于纤维的平均间距和单
方混凝土中的纤维数量,依此理论也可以得出聚丙烯晴纤维对混凝土的抗冻作用也必然随聚丙烯晴纤维掺
量的增加而提高。
偏高岭土属于矿物超细粉,细度大,能均匀分布于水泥浆体的基相之中,就像微细的集料一样,组成合理
的微集料间断级配,填充于水泥颗粒之间,改善了水泥基材的孔结构,对水泥石的孔结构具有填充细化作用,
孔隙减少,在相同水化条件下可使水泥石获得更致密的细微结构,从而增加混凝土的强度和抗水渗透性,降
低混凝土的饱水度,极大提高混凝土的抗冻性能
此外,相关研究表明,在混凝土的过渡区范围内,在接触层与骨料表面处分布着几乎是垂直板状或层状
的Ca(OH)2定向结品:在中间层则分布着Ca(OH)2及钙矾石粗大的结晶及少量的C-S-H凝胶。这样的结
构,强度低,抗渗性及耐久性均不好。这也说明了为什么普通混凝土发生破坏时,一般都沿着骨料与水泥浆
界而发生裂缝的原因。而偏高岭土中的活性SiO2与水泥水化产物Ca(OH)2可以进行二次水化反应,随着
该反应的发生,混凝土中Ca(OH)2的含量逐渐降低,生成难溶的C-S-H凝胶,可提高水泥浆体和骨料界面
的过渡区强度,同时、由于偏高岭土颗粒尺寸较小,保水性好,可抑制集料周围水膜的形成,从而改善界面过
渡区的结构,使胶体与集料界面的粘结力增强,从而使得混凝土的抗冻性能得到提高。
但同时,由于混凝土是一:相材料,即骨料,过渡区和水泥浆体三相组成。过渡区在很大程度上決定了混
凝土的强度,而过度区的强度主要取決于其中孔的体积和孔的大小,而偏高岭土的表面积较大,如果添加过
多会在一定程度上影响混凝土气泡的质量以及稳定性,从而降低混凝土的抗冻性能。这也就解释了为什么
偏高岭土在一定程度内可提高混凝土的抗冻性能,但是随着含量的增加抗冻性能逐渐减小的试验现象。
该文主要研究分析了双掺聚丙烯晴纤维和偏高岭土混凝土的抗冻性能,以及冻融循环下的抗压试验;并
根据数字模拟对聚丙烯晴纤维和偏高岭土对混凝土抗冻性能影响的显著性进行了二元方差分析,最后对抗
冻机理进行了详细的阐述,得到了如下试验结论
1)双掺聚丙烯晴纤维和偏高龄土混凝土,在一定程度上能较大提高混凝土的抗冻性能
2)聚丙烯晴纤维可提高混凝土冻融循环后的抗剥落能力,以及相对动弹性模量和抗压强度,并且伴随着
掺量的增加,抗剥落能力,相对动弹性模量以及抗压强度都逐渐増高。
3)偏高岭土可以较大提高混凝土冻融循环后的抗剥落能力,并且伴随着掺量的增加,抗剥落能力提高越
大
4)偏高岭土可以一定程度上提高混凝土的相对动弹性模量以及抗压强度,但是随着含量的增加,其提高
混凝土相对动弹性模量以及抗压强度的能力逐渐降低。
5)聚内烯晴纤维和偏高岭土对混凝土的抗冻性能影响显著,但是两者对混凝土抗冻性能影响的交互作
用较小,仅限于质量损失率方而
参考文献
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