混凝土抗冻性研究.pdf
《混凝土抗冻性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混凝土抗冻性研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 型至 堑 丕j 型 皂 文章编号 1 0 0 2 -0 6 2 4 ( 2 0 1 6 ) 0 3 -0 0 4 8 -0 5 2 0 1 6年第 3期 混 凝 土 抗 冻 性 研 究 范昕然 ( 重庆交通大学 河海学院 , 四川 重庆 4 0 0 0 7 4 ) 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溶液中盐浓度差造成的渗 透压两者共同作用的结果;平均气泡间距是影响混凝土抗冻性的最主要因素;目前国内主要
2、 采用快冻法试验 , 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, 误差小, 灵敏度高等优点。 【 关键词】 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 T U5 2 8 文献标识码】 A 0 引言 混凝土的冻融破坏与钢筋锈蚀、 碱集料反应一 起被视为混凝土最主要的三大耐久性问题。 寒冷地 区混凝土的破坏多数与冻融作用或者冻融与钢筋 锈蚀的复合作 用有关 , 混凝土的抗冻性已成为混凝 土耐久性 中最主要的问题 , 一些国家甚至把抗冻性 试验也称作耐久性试验。 因此提高混凝土抗冻性能 是解决混凝土耐久性的重要途径之一。 1 混凝土的冻融破
3、坏机理 对于混凝土的冻融破坏机理 的研究 ,国 内外 学者经过了长期的努力, 做了大量的工作, 提出了 一 系列的理论 、 假说。目前提 出的混凝土冻融破坏 机理 有 : 水的离析成层理论 静水压理论 、 渗透压 理 论 、 现象学理论 、 充水系数理论 、 临界饱水值理 论和孔结构理论、其中具有代表性的是静水压假 说和渗透压假说。 1 1 水的离析成层理论 1 9 4 4年 坷林 斯 ( A R Co l l i n s ) 基 于冻 土的研 究 提 出的理论。混凝土 的冻融破坏是 由于混凝土 由 表及里孔隙水分分层结冰,冰晶增大而形成一系 列平行的冷冻薄层,最后造成混凝土的层状剥离 破坏
4、。 4 8 1 2 静水压理论 1 9 4 5年 , 鲍尔斯( T C, P o w e r s ) 提 出 了“ 静水压 假说” , 即在冰冻过程中, 混凝土孔隙中部分溶液 因结冰膨胀迫使未结冰的溶液溢出,通过微孔的 过程 中产生粘结阻力 , 最终形成静水压 , 当这种静 水压力超过混凝土的临界膨胀压 力时,造成混凝 土逐渐破坏。混凝土的孔隙率越大、 孔径越大 、 连 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II缶 界范围, 当 孔间距未超过这个临界尺寸时,对混凝土的抗冻 性是不起作用的。 5 年后, P O WE R S 又证明了这一 假说 ,并深入
5、 的探讨 了混凝土 中的平均气 孔间距 ( ) 。当L 2 5 0 m时才能提高混凝土的抗冻性 能,并将作为一个衡量混凝土抗冻性能的一个 标准。 静水压假说能够充分说 明混凝土冻融 破坏的 许多表现 ,但就水压 力本身而言 ,作 用力是瞬间 的, 它随着时间的推移作用力逐渐减弱。 但实际上 混凝土的冻融破坏随时间的推移而日益加剧最终 导致混凝土破坏。所以 , 静水压假说很难解释水泥 浆体首次冰冻和再次冰冻时水分的运动情况。 1 3 渗透压理论 鲍尔斯、 海尔姆斯( P o we r s a n d He l mu t h 1 9 5 3 ) , 2 0 1 6 年第 3 期 东北水利水电 水利
6、科研 赖特曼( L i Ga n 1 9 7 5 、 1 9 8 0) 提 出。 认为 : 混凝土冻结 时 , 毛细孔中水的冰点与孔径有关, 孔径越小 , 冰 点越低 , 当大毛细孔中水结冰时, 孔隙水中的离子 浓度将提高 , 而蒸汽压将下降 , 这时小毛细孔 中未 结 冰的水就 可能向大毛细孔 中渗 透而形成压 力 , 这种渗透压力大于混凝土的抗拉强度时,混凝土 就遭 受 了破坏 。渗透压是 由孔内冰和未冻水两相 的 自由能之差引起 的。 L i Ga n认为 : 混凝土毛细管水不能在原位结冰 , 解释 了毛 细孔 水迁 移 的动 力在于蒸 汽压 力 的不 同;同时也证实了多孔材料的冻结破坏
7、也可能由 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 结冰孔溶液的迁移 方向。静水压假说认为孔溶液 离开冰晶体, 由大孔向J J L 迁移 ; 渗透压假说则认 为由小孑 L 移向大孑 L 。 1 4 现 象学理论 “ 现 象学假说 ” 指 出混凝土 的基本构造为凝胶 物质包裹骨料形成 的一个球形圆体。它是 2 0世纪 中期以P O WE I S 为代表的研究学者提出的。 该假 说以力学概念为依据 , 把混凝土的基本构造分为 4 种类型 , 即粗骨料、 细骨料、 熟料颗粒和晶体骨架。 当温度变换时, 由于各个构造的热膨胀系数不同, 造成骨料间产生内应
8、 力并相聚叠加 ,造成混凝土 破坏。但此假说并不全面 , 仅限于混凝土宏观上的 解释。 1 5 充水 系数理论 一 些学者认为 , 混凝土能否发生冰冻破坏 , 关 键决定于混凝土的充 水系数即混 凝土毛细孔中水 的体积与孔体积之比, 当充水系数大于 0 9 2时, 混 凝土就可能发生冰冻破坏。 1 6 临界饱水值理论( 极限充水程度理论 ) 这 是瑞 典学 者( G F a g e r l u n d 1 9 7 5) 年提 出的 , 他认 为混 凝土产 生 冻融破 坏有 一个 临界饱 水值 s c , , 当混凝土 的充水程度 s 小于 时 , 混凝土不会 产生冻融破坏 。并认 为 ,普通混
9、凝土 的 = 0 8 5 0 9 0 , 而 引气混凝土的 = 0 7 5 0 8 0 。 1 7 孔结构理论 吴 中伟教授和国外的一些学者认为 ,混凝 土 的冻融破坏与混凝土 内部的微孔结构有关 ,吴先 生 把微孑 L 分为 四级 ; r 2 0 0 m 为多害孔 ,对混凝土冻融破坏影响较大的为大于 t 0 0 m 的孑 L 。 综上所述 ,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 溶液 中盐浓度差造成的渗透压两者共同作 用的结果。 在一定的饱水情况下,多次的冻融循环使破坏作 用累积, 犹如疲劳作用, 使冰冻引起的微裂纹不断 扩大 , 发展成互相连通 的大
10、裂缝 , 使强度逐渐降低 直至完全丧失 , 最终导致混凝土结构 的崩溃。 2 混凝 土冻融破坏 的主要形式 在寒冷地 区,冻融循环会造成 混凝土建筑物 破坏或损伤 ,这与混凝土材料微观结构有着密不 可分的关系。 同时, 劣化的本身又取决于混凝土使 用环境的影响。 一般情况下, 混凝土受到冻融循环 作用后常出现 2 种破坏形式:即混凝土内部出现 裂缝与混凝土表层剥落。 3 混凝土抗冻性 能的影响 因素 混凝土的抗冻融性主要取 决于 内部孑 L 结构 的 特 征和混凝土 的强度。混 凝土 的抗冻融性与混凝 土的水灰比和养护、 饱和度、 化学外加剂、 水泥的 种类及 用量、 骨料、 外掺矿 物质和冻
11、融次数等有着 密切 的联系。 3 1 平均气泡 间距 平均气泡间距是决定混凝土抗冻性 的最主要 因素。一般对高抗冻性混凝土而言 , 平均气泡 间距 应当小于 0 2 5 mn l , 因为大于 0 2 5 0 3 0 mn l , 抗冻 性急剧下降。在混凝土中掺加硅灰能明显改善气 泡结构 ; 气泡平均半径减小 , 平均气泡 间距也就相 应减少。 3 2 水灰 比 水灰比影 响混凝土的孔 隙率及孔结构 。水灰 比越大 , 混凝土中可冻水的含 量越 多, 在冻融过程 中产生的静水压力和渗透压力就大,因而混凝土 的抗冻性就会降低。 3 3 外加剂 在一定范围内 , 引气剂引入 的气泡越 多 , 抗冻
12、 性越 好 , 但超过 一定范围时 , 抗冻性反而 下降 , 一 般含气量每增加 1 , 抗压强度下降 3 5 。 减水剂可以降低 用水量 ,同时也 引入部分气 49 水利科研 东北水利水电 2 0 1 6年第 3 期 泡 , 可适 当提 高抗冻性 , 不过气泡直径较 大 , 且易 破碎, 故对混凝土抗冻性的改善效果不明显。 3 4 混 凝 土强 度 当静水压力和渗透压力超过混凝土的抗拉强 度时 , 产 生冻融破坏。在相同含气量或者相同平均 气泡间距的情况下, 强度越高 , 抗冻性也越高。但 是另一方面混凝土的气泡结构对混凝土抗冻性 的 影响远远大于强度的影响。 3 5 骨料 。 影响骨料抗冻
13、性的主要因素是骨料的吸水率 和骨料尺寸。 如果使用吸水性骨料 , 而混凝土又处 于连续潮湿的环境中, 当粗骨料饱水时, 骨料颗粒 在冻结时排 出水分所产生的压 力使 骨料和水泥砂 浆破坏。骨料尺寸越大 , 受冻后越容易破坏。 3 6 水 泥 品 种和 用 量 水泥 品种和活性对混凝土抗冻性有影响 , 主要 是 因为其 中熟料部分 的相对体积 不同和硬化速度 的变化。混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高。 国内各种水泥抗冻性高低 的顺序为 :硅酸盐 水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅 酸盐水泥 火 山灰 质( 粉煤灰水泥) 硅酸盐水泥。 3 7 混合材 掺入橡胶粉 可以为水结成冰 时的体积膨胀提 供空间
14、, 在冻融循环的过程中, 橡胶颗粒被反复地 压缩和产生弹性回复 , 膨胀应力大大减小。 掺人硅粉可以改变气泡结构,降低气泡间距 系数,从而改善抗冻性 ,当硅粉掺量不超过 1 0 时 , 抗冻性有所提高 , 达到 1 5 时其抗冻性基本相 同 , 超过 2 0 抗冻性 明显降低。 聚丙烯纤维对混凝土抗冻融性能 的提高效果 较好,表现在掺入聚丙烯纤维的混凝土试件经过 3 0 0次冻融循环后相对动弹性模 量达 到 8 5 5 , 质 量损失率仅为 1 。 粉煤灰的掺 量在一定范围 内能够提高混凝土 的抗冻性能 ,但掺量过大对混凝土抗冻性能就会 有一定的负面影响。粉煤灰掺量一般情况下不要 超过 2 0
15、 。相同条件下 , I 级粉煤灰混凝土的抗冻 性能优于级粉煤灰混凝土的抗冻性能。 4 混凝 土抗冻试验 方法 4 1 国外混凝土冻融破坏的抗冻试验方法 5 0 4 1 1 美国标准规定的抗 冻试验 方法 美国标准规定的抗冻试验方法即 A S T M 法 , 它推荐了 3种在试验室 内测定混凝土抗冻性 的方 法: “ 混凝土快速冻融试验方法” 、 “ 受冻混凝土临 界膨胀试验方法” 、 “ 商品混凝土砌块和相关混凝 土构件冻融耐久性评估试验方法” 。 混凝土快速冻 融试 验方法同时又分为 “ 快速 冰冻水融法 ” 和 “ 快 速气冻水融法 ” 。 快速冰冻水融法和快速气冻水融法规定冻融 循环温度
16、都应控制在一 I 7 8 o C 4 4 o C,除特殊情 况外, 每个试件都应进行 3 0 0次冻融循环 , 也可以 进行 至 试件 的重量损失超过 5 或者试件 相对动 弹性模量降到初始值的 6 0 时为止。由于混凝土 动弹性模量对其内部结构破坏比较敏感 ,当试件 的长度增长超过 0 1 时结束试验,并用D F公式 来计算出混凝土的耐久性系数 , 用 D F值来评定混 凝土抗冻性具有试验周期短 、 劳动强度小 、 灵敏度 高且无损试件等优点。D F 计算公式: D F = P x n m ( 1 ) 式中: D F为混凝土试件的耐久性系数 , ; P为混 凝土试件经过 次冻融循环后的相对动
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 混凝土 抗冻性 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【c****e】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【c****e】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。