混凝土冻融破坏研究进展与新思考.pdf
《混凝土冻融破坏研究进展与新思考.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混凝土冻融破坏研究进展与新思考.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 3年 第 5 期 (总 第 2 8 3 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0l 3 ( To t a l No2 83 ) d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 5 0 0 5 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEOR ETl CAL RES EARCH 混凝土冻融破坏研究进展与新思考 段桂珍 。方从启 ( 上海交通大学 ,上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘要 : 对混凝土冻融破坏的研究进展进行 了全面总结 , 介绍了混凝土冻融破坏的机理, 总结 了混凝上冻融破坏后 的力学性能
2、 的变化规律, 分析了影响混凝土抗冻性 的主要凶素, 并对冻融破坏与其他 因素耦合作用进行了归纳 与探讨 。 此外 , 在已有研究成 果的基础上提出了一些新的建 议。 关键词 : 混凝土 ;冻融破坏;耐 久性 ;耦合作用 中图分类号: r u 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 1 6 - - 0 5 Re s e a r c h p r og r e s s a n d n e w t h i n k i n g o f d e s t r u c t i on o f c on c r e t e d
3、 u e t o f r e e z e t h a w c y c l e s DUAN Gu i - z h e n 4NG Co n g q i ( S h a n g h a i J i a o T o n g Un i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 , Ch i n a ) Abst r ac t :Th e r e s e a r c h pr og r e s s on de s t r uc t i o n o f c o n c r e t e c a u s e d b y fre e z e t ha w c yc
4、 l e s i s t o t a l l y s u mme d u p I n no du c e d t h e d a ma g e me c h a n i s m o f c o n c r e t e d u e t o fre e z e-t h a w c y c l e s, s u mma r i z e d t h e v mi a t i o n of c o n c r e t e me c ha n i c a l pr o pe i e s a fte r t he fre e z e t h a w d e s t ruc t i o n, a na l y
5、 z e d t he ma i n i nflu e nc e o f c o n c r e t e fro s t r e s i s t a n c e, a n d t h e c o u p l i n g e f f e c t o f fre e z e thaw de s t ruc t i o n a n d o t h e r f a c t o r s we r e s u mma r i z e d a n d d i s c u s s e dI n a d d i t i o n, O D t he ba s i s off he e x i s t i ng r
6、 e s e a r c h r e s u l t s, s o me n e w s u g ge s t i o n we r e pu t f o r wa r d Key wor ds : c o nc r e t e; fre e z e t h a w d e s t r uc t i on; d u r a b i l i t y; c ou pl i ng ( 】 引 言 近几十年来 , 混凝土结构 的耐久性 问题 已成为土木 工 程研究 中的热点 , 其对 国民经济的社会效益和经济效益及 对工程安全的重要性愈来愈被人们所重视 。 对混凝土结构 破坏影响最严重 的两个因素就是
7、钢筋锈蚀和冻融破坏 , 尤 其是在寒冷地 区, 冻融环境作用往往是导致混凝 土破坏 的 主要 因素之一 , 所以 , 混凝土的抗冻融性能成为 了混凝土 耐久性的一项重要指标 , 同时也逐渐成为 了混凝 土耐久性 研究工作的重 中之重 。 1 混凝土冻融破 坏机理 的研 究l1 - 2 混凝 土 的冻融破坏机 理研究 始 于 2 0 世 纪 3 0年 代 , 1 9 4 5 年美国混凝 土专家 T C P o w e r s 等人从混凝 土亚微观 层次人手 , 分析了孔 隙水对孔壁 的作用 , 提出了静水压 理 论和渗透压理论 。 T C P o w e r s 等人的研究工作为冻融破 坏 机理
8、奠定 了理论基础 。 目前提出的混凝土在冻融破坏机理 有 以下几种 : 水 的离析 成层理论 、 静 水压理论 、 渗透压 理 论 、 充水系数理 论 、 临界饱水值理论 、 现象学理论 等。 目前 , 关于混凝土冻融破坏的机理的研究仍在进行, 并且有越来 越多 的学者对已有的理论提 出质疑, 但公认程度较高 的, 仍 是静水压理论和渗透压理 沦。 1 1 静 水 压 理 论 混凝土在潮湿条件下 , 毛细孔会吸满水 , 在低温 F, 毛 细孔 中的水冻结成冰 , 体积膨胀约 9 , 如果 混凝土毛细孔 中含水率超过某一 临界值 ( 9 1 7 ) , 孔壁将会受到很大 的 压力 , 进 而在孔
9、周 围的微观结构 中产生拉应 力 , 导致裂缝 的产生。 1 2 渗 透 压 理 论 由于表面张力 的作用 , 水泥净浆毛细孔 中水的冰点会 随着孔径 的减小而降低 , 从而在粗孔 中的水结冰后 , 由冰 和过冷 水( 存在 于较 细孑 L 和胶凝孔 中) 的饱和蒸汽压差 和 过冷水之间盐分的浓度差引起水分 的迁移而形成渗透 压。 当混凝土内部空隙承受 的这些力超过其抗拉强度时 , 就会 在混凝土 的表面产生裂缝 。 2 冻融破坏对混凝土力学性能的影响 冻融破 坏对混凝 土的影 响主要表现 为对其力学性能 的影响 , 如对抗压 、 抗拉和抗剪强度 以及弹性模量 、 泊松 比 和剪切模量 的影响
10、 , 这些对于设计承受循环 冻融的混凝土 结构是非常重要和必须的。 施士升3 通过试验研究发现 , 抗 压 、 抗 拉和抗 剪强度以及弹性模量 、 泊松 比和剪切模量 等 混凝土力学性能 , 会被冻融循环损伤 , 循环次数越多 , 损伤 越大; 高强混凝土试件在经过 9 0 次冻融循环后 与未冻混凝 收稿日期:2 0 1 2 1 1 - 1 5 基金项 目:铁道部科技研究开发计( J 2 0 1 I G 0 0 3 ) ; 匡 I 家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7 8 2 6 4 ) 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土相 比, 其力学性能的损减
11、, 除剪切模量外 , 均在 1 0 以内。 程红强 通 过试验 分析了冻融循 环对混凝土抗压 、 抗 折、 劈拉强度的影响, 并从微观结构探讨了混凝土冻融破 坏机理。 结果表明: 冻融循环对混凝土强度的影响较为明显 , 随着冻融次数的增加, 混凝土强度特性均呈下降趋势。 冻融 循环 1 0 0 次以后尤 为明显 , 强度 近似直线下降。 商怀帅 , 宋 玉普等s - o 通过试验得出了相关的线性关系 , 并建立 了简 单 的数学表达式( 式 ( 1 ) ( 5 ) ) : : 1 0 0 0 5 4 3 N ( 1 ) - 1 - 0 0 2 3 N ( 0 2 5 ) f t 【 0 0 4
12、 7 5 - 0 0 0 2 2 N( 2 5 1 0 0 ) s c D ( 0 2 3 3 7 6 + 0 0 2 6 9 3 N) x 1 0 之 。D F ( 0 0 1 5 0 0 0 0 0 9 0 8 N) x l 0 E0oEm 0 9 8 3 2 - 0 0 0 7 6 N E Ep ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 式 中: 冻融循环次数 ; 混凝土冻融前和冻融后 的抗压强度 ; 冻融前后的抗拉强度 ; 由, o 混凝 土单轴受压及受拉峰值应变 ; ,E 冻融前后混凝土单轴受压初始弹性模量 ; ,E P D 冻融前后混凝土峰值弹性模量 。 3 影响混凝土抗冻性
13、的主要 因素 混凝土的抗冻性与其 内部孔结构 、 冻融次数 、 水饱和 程度 、 混凝 土的强度等许 多因素有关 , 其 中最主要的 因素 是它的孔结构 。 而混凝土的孔结构及强度又取决于混凝土 的水灰 比 、 含气 量 、 水 泥品种和用量 、 有无矿物掺合料 、 有 无外加剂等 因素阴 。 国内外对 以上几方面做 了大量研究 , 并 得 出了很多有价值 的结论。 3 1 水灰 比对混凝 土抗 冻性的影响 水灰比是混凝土配合 比设计的一个重要参数 , 它的变 化直接影响混凝土的孔隙率及孑 L 结构 , 进而影响抗冻性。 一 般情况下 , 混凝 土的水灰 比越大 , 孔隙率越大 , 可能填充的
14、 水分越多 , 对混凝土抗冻不利的可能性越大 ; 反之 , 水灰 比 越小 , 孔隙率越小 , 混凝土越密实 , 抗冻性能就越强 。 我国铁科院 、 水科 院等单位的研究结果表明8 : 混凝土 的抗 冻性随水灰 比降低而提高 , 但水灰 比较大 时 , 抗冻性 变化不 明显 。 张海燕嗍 则分析 了有无引气剂条件下水灰 比 对抗冻耐久性 的影响 , 得到结论 : 无论是否掺加引气剂 , 混 凝土抗冻强度 等级随着水灰 比的增大而减小 。 因为水灰 比 直接影 响着混凝 土的孑 L 隙率及 孔结构 。 随着水灰 比的增 大 , 不仅可饱水的开孔总体积增加 , 而且平均孑 L 径也增大 , 混凝土
15、抗冻性必然降低。 所以应严格控制混凝土的水灰 比。 幕儒 明 进行 了 C 4 0 、 C 6 0 、 C 8 0 混凝土的冻融循环单因素 损伤试验 , 结果表明, 混凝土的冻融破坏是一个由致密到疏 松的物理演变过程 , 其中水灰 比减小 , 混凝土抗冻性增强。 3 2 含 气量及 引气剂对混凝 土抗 冻性的影响 含气量是影响混凝土抗冻性 的主要 因素 , 特别是 引气 后形成的微细气孔对提高混凝土抗冻性尤为重要 , 在混凝 土受冻结冰过程中这些孔隙可阻止或抑制水 泥浆 中微小 冰体的生成。 每一种混凝土拌合物都有一个可防止其受冻 的最小含气量 1 】 。 混凝 土 中掺人引气剂后 , 混凝
16、土的含气 量 增加 3 6 , 引入大 量均匀 、 稳定而封 闭的微小气 泡 , 这 些互不 连通的微细气 孔在混凝土受 冻初期 能使 毛细孔 中的静水压力减少, 起到减压作用, 而且使混凝土的流动 性 大为改善 , 提高了混凝土的和易性 , 减少泌水和分离 , 提 高混凝土的抗冻性。 掺人引气剂可以在混凝土中引入均匀分布的气泡, 从 而有效的提高混凝土的抗冻性 。 经试验研究结果表 明 , 如 不掺入引气剂, 即使水灰比降低到 0 - 3 , 混凝土也是不抗冻 的。 但若掺人适量 的引气剂 , 水 灰比为 0 5 时 , 混凝 土也能 经受 3 0 0 次冻融循环 。 方璨【 l 2 经过研
17、究发现 , 掺有引气剂的混凝土与普通混 凝 土在初次甚至前几次冻融中相对动弹性模 量的下 降差 别不大 , 但二者的冻融破坏进程有很大的不 同。 掺有引气剂 的混凝土初次冻融时弹性模量下降最大, 而后变缓 , 外观 表现为 由表及里 的缓慢的剥落破坏 ; 但普通混凝土 的弹性 模量表现为持续下降 , 直至破坏 , 表现为迅速的整体破坏。 范沈抚 1 3 ( 1 9 9 1 年 ) 分析 了掺引气剂混凝 土的抗压强 度和 抗冻耐久性 , 得出掺用引气剂 , 使混凝土达到足够的含气 量要求 , 可改善混凝土的孔结构性质 , 并明显改善混凝 土 的抗冻耐久性 。 他在 1 9 9 3 年进一步研究得
18、 出: 混凝土孔 结构性质是影响混凝土抗冻耐久性的根本所在。 3 3 矿物掺合料 对混凝 土抗 冻性 的影响 掺入适量 的矿物掺合料 , 如粉煤灰 、 硅灰等 , 可 以改善 孔结构 , 使孑 L 细化 , 导致冰点 降低 , 可冻孔数量减少 。 此外 , 掺人适量的矿物掺合料 , 有利于气泡分散 , 使 其更加 均匀 地分布在混凝土中, 因而有利于提高混凝土的抗冻性。 不同 的矿物掺合料对混凝土的影 响也不 同, 且不 同的掺量也会 起到截然不同的作用 。 硅灰作为一种超细颗粒 的填充料对混凝 土抗 冻性能 的影响较为复杂。 首先 , 它对水泥的空隙具有填充作用 , 能 大大提高混凝土拌合物
19、 的黏聚性和密实度并促进气泡 的 稳定存在 。 丁雁 飞 , 孙景进旧通过试验 发现在胶结材总量 相 同, 坍落度不变 的条件下 , 非引气硅粉混凝土 的抗冻能 力高。 但是 , 硅灰使新拌混凝土黏度大幅度增加 , 不利于气 泡体系 的形成 ; 此外 , 由于硅灰 的填充作用使得混凝土 内 部孔径减小 , 水分子通道变细 , 水分在负温下转移发生 困 难 , 按 照 P o w e r s 静水压理论 , 静水压力 会增大 , 从而对含 气量及气 泡间距提出更 高的要求0 6 - 1 。 此外 , 范沈抚 1司 也认 为硅灰会降低混凝土的抗冻性能。 C o h e n等【 9 1 研究了水胶
20、比0 3 5的高强混凝土的抗冻性, 认为掺加 s F提高强度的方 法并不增加引气高强混凝土的抗冻性 , 只是在非引气混凝 土方面显示较大差异。 s a b i r 研究了掺加 s F混凝土的抗 冻性, 虽然 s F提高了混凝土强度, 但对抗冻性产生不利影 响。 王立成 【2 1 通过 轻骨料混凝土 的抗冻性试验 , 发现当硅 灰掺量小于某一数值时 , 轻骨料混凝土的抗冻性 能随硅灰 】 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 掺量的增加而增强 , 然而 当硅灰掺量超过这一数值时 , 其抗 冻性能反而下降 , 也 就是说增加硅灰掺量并不总能提 高轻 骨料混凝土 的抗冻
21、性 。 T o u t a n j i 等阎对 1 4 d 早期标养条件下 的混凝土进行 了 掺合料影响的研究 , 发现抗 冻性优劣排序为 : O P C G G B S S F F A, S F和 F A掺量增大 , 抗冻性下 降 , G G B S掺量 与抗 冻性关 系规律性 不强 , ( G G B S + S F ) 和( G G B S + F A) 复掺混 凝 土的抗 冻性优 于单 掺 F A混凝土 。 加拿大 P i g e o n等 2 3 - 2 4 研究发现 , s F掺量 小于 1 0 时 , 可改善抗剥落性 ; 引气 F A 混凝 土减少剥落性 , 合适掺量为小于 2
22、0 ; 加拿大著名学 者 Ma l h o t r a 领导 的课 题组 2 5 - 2 6 研究 了大掺 量 ( 5 0 7 5 ) G G B S 混凝土的各项性能并与 O P C对 比, 认为混凝土抗冻 融性能 O P C 大掺量 G G B S 混凝土 。 z I 1 a n g 口 认 为 , F A具 有减少含气量 的作用 , 如果具有足够的含气量和气泡间距 系数较小 , 水胶 比对抗冻性影 响不大 。 游有鲲 、 缪 昌文等【2 9 】 对 粉煤灰高性能混凝土抗冻耐久性 的研究发 现对 于水胶 比在 O 2 5 0 2 7 范围内的混凝土, 最佳的粉煤灰掺量为 3 0 。 4 混
23、凝土冻融破坏与其他因素耦合作用的研究 4 1 冻融与盐溶液耦 合 若混凝土的孔 隙水 中溶解有盐 , 则在结冰过程 中混凝 土 内部产生的渗透压力增大 , 饱水度提高 , 结冰压力增大 , 将加剧破坏作用; 盐产生的过冷水处在不稳定状态 , 使得其 最终在毛细孔中结 冰时增加破坏力 ; 盐分可在混凝土表面 形成浓度梯度 , 受冻时分层加冰 , 两层之间膨胀不 同而产生 应力, 因此而产生混凝土剥落。 所以, 盐冻的破坏力更大圆 。 C h a t t e r j i 3 - 3 1 研究 了盐溶液 的结 冰 以及对混凝 土冻融 的影响 , 指 出含盐溶液混凝土受冻后强度小于含水混凝土 受冻后强
24、度 , 盐浓度越高强度越小 ; 不 同溶液 浸泡混凝土 饱水度不 同, 盐溶液饱水度 比水饱水度 大 , 未饱和混凝土 仍然可 以冻坏 。 Ma c l n n i s 等圈, Ma r c h a n d等3 3 1 , 研究 了盐溶 液浓度对混凝土盐冻性能的影响 , 指出, 3 左右浓度的N a C 1 溶液冻融破坏最严重 , 并非盐溶液浓度越高冻融破坏越大 , Na C 1 溶液在混凝土 中的临界饱和度为 9 1 。 美国 V a l e n z a i i r - 究 了混凝土的除冰盐冻破坏 , 指出 , 3 左右溶质浓度 的盐溶液对混凝土表面剥落最为严重 , 而与溶质种类无关。 C
25、w i r z e n等口 研究了非引气 H P C的集料一 水泥浆体界面传 输 区域 ( I T Z ) 在 3 N a C 1 溶 液 中的盐 冻影 响 , 认为 I T Z界 面厚度为 5 5 0 Ix m之间 , I T Z界面 中水灰 比、 C H数量和孔 隙率比浆体基体中大, 增强了孔溶液中的渗透传输作用从 而抗冻性降低, 加入 s F可改善 I T Z性能使其厚度变窄从而 提高非引气 H P C抗冻融性能。 幕儒 1o ,弼 等研究了混凝土在质量分数为 3 5 的氯化 钠溶液 、 5 0 的硫酸钠溶液 中的抗冻性 。 结果表明 , 不 同的 盐溶液对混凝土抗冻性有不同的影响。 对
- 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 破坏 研究进展 思考
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【ho****t】。
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【ho****t】,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。