《四川建材》2008年第5期 混凝土技术●
【文章编号】:1672-4011(2008) 05-0006-02
浅析混凝土冻融破坏机理及提高混凝土抗冻性能的对策
江俊松, 王泽云
(西华大学建筑与土木工程学院, 四川成都 610039)
【摘 要】:本文简要阐述了混凝土冻融破坏的直观特征和机理; 根据混凝土的冻融破坏机理, 提出了提高混凝土抗冻性能的主要措施。
【关键词】:混凝土; 冻融破坏; 抗冻性; 措施 【中图分类号】:T U35212 【文献标识码】:B
0 引言
2008年1月, 我国南方大部分地区普降暴雪, 由于持
续的冻雨天气, 某些地区的不少电缆铁塔结冰达10φ以上。在南方出现这样的灾害, 实属罕见! 我们所修建的混凝土建筑物、混凝土构筑物在抗冻性能方面的考虑比北方少很多。这次灾害给我们敲响了警钟, 使我们对南方地区的混凝土建筑物、混凝土构筑物的抗冻性能更加关注。
1 混凝土冻融破坏的直观特征
混凝土发生冻融破坏的显著特征是表面剥落, 严重时可能露出石子。(如图a 、b 、c 、d 所示) 在混凝土受冻过程中, 冰冻应力使混凝土中产生裂纹。冰冻所产生的裂纹一般多而细小, 因此, 在单纯冻融破坏的场合, 一般不会看到较粗大的裂缝。但是, 在冻融反复交替的情况下, 这些细小的裂纹会不断地扩展, 相互贯通, 使得表层的砂浆或净浆脱落。当然, 并不是说混凝土的表面剥落就一定是冻融破坏所造成的。因为导致混凝土表面剥落的原因很多, 除了冻融破坏以外, 防冻盐使用不当、干湿交替、抹面较差、养护不良、化学侵蚀、磨损等都可能引起混凝土表面剥落, 所不同的是冻融破坏不仅引起混凝土表面剥落, 而且导致混凝土力学性能的显著降低。大量试验研究表明:随着冻融次数的增加, 混凝土的强度特性均呈下降趋势, 其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度, 即随着冻融次数的增加, 混凝土的抗拉强度和抗折强度迅速下降, 而抗压强度下降趋势较缓。
2 混凝土冻融破坏的机理
混凝土是由集料、水泥和水三部分组成。用作集料的物质, 不论是天然的岩石材料还是人工制造的材料, 都不是完全密实的。每一个颗粒内部都存在各种各样的空隙, 包括裂缝、气孔以及宏观和微观的缺陷等。其中有的是开放性的, 允许外界的水在常温常压条件下进入, 有的则是不允许外界的水在常温常压下进入的封闭空隙。通常在工
地现场的集料都不是完全干燥的, 总是或多或少地含有一
6
些水分。这些水分由于存在的形式和形态不同, 均对混凝土的工作性能有一定的影响。另一方面, 在混凝土的拌制
过程中, 为了保证混凝土具有一定的工作性能, 需要加入的水要多于水泥水化的用水量, 混凝土凝结而形成初始结构时, 这些水仍留在混凝土中, 并占据一定的空间。随着水化的进行和以后的干燥过程, 这些水分逐渐失去, 原来被水占据的空间则成为孔隙。由于水灰比、水化程度、水泥的保水性能、成型条件、养护制度、掺入掺合料等的影响, 使混凝土中形成了不同的孔结构。不同孔径分布的差
异和孔的形态都会显著地影响混凝土的性能。
通常情况下, 我们认为混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的物理变化过程, 而且受许多因素的影响。(诸如:混凝土中孔隙的充水程度、水灰比、水泥品种及集料质量、含气量、环境温度以及反复冻融的次数等。) 因此, 对于混凝土冻融破坏的机理难以得出一致性的定论, 主要有以下一些具有代表性的理论:冰的分离层理论、充水系数理论、渗透压理论、水压力理论、孔结构理论、瑞典学者的极限充水程度理论。上述几种理论从不同角度阐述了混凝土冻融破坏的机理, 尽管这些理论相互之间还有分歧, 但是我们一般可以认为混凝土的冻融破坏是一个由表及里, 先大孔后小孔的物理变化过程。由于水结成冰产生体积膨胀, 在混凝土中形成内压力。当这种内压力超过混凝土所能承受的极限时, 引起混凝土内部孔隙和裂隙不断地发育, 由小变大, 由短变长, 相互贯通, 最终导致混凝土破坏。
《四川建材》2008年第5期 混凝土技术●
【文章编号】:1672-4011(2008) 05-0006-02
浅析混凝土冻融破坏机理及提高混凝土抗冻性能的对策
江俊松, 王泽云
(西华大学建筑与土木工程学院, 四川成都 610039)
【摘 要】:本文简要阐述了混凝土冻融破坏的直观特征和机理; 根据混凝土的冻融破坏机理, 提出了提高混凝土抗冻性能的主要措施。
【关键词】:混凝土; 冻融破坏; 抗冻性; 措施 【中图分类号】:T U35212 【文献标识码】:B
0 引言
2008年1月, 我国南方大部分地区普降暴雪, 由于持
续的冻雨天气, 某些地区的不少电缆铁塔结冰达10φ以上。在南方出现这样的灾害, 实属罕见! 我们所修建的混凝土建筑物、混凝土构筑物在抗冻性能方面的考虑比北方少很多。这次灾害给我们敲响了警钟, 使我们对南方地区的混凝土建筑物、混凝土构筑物的抗冻性能更加关注。
1 混凝土冻融破坏的直观特征
混凝土发生冻融破坏的显著特征是表面剥落, 严重时可能露出石子。(如图a 、b 、c 、d 所示) 在混凝土受冻过程中, 冰冻应力使混凝土中产生裂纹。冰冻所产生的裂纹一般多而细小, 因此, 在单纯冻融破坏的场合, 一般不会看到较粗大的裂缝。但是, 在冻融反复交替的情况下, 这些细小的裂纹会不断地扩展, 相互贯通, 使得表层的砂浆或净浆脱落。当然, 并不是说混凝土的表面剥落就一定是冻融破坏所造成的。因为导致混凝土表面剥落的原因很多, 除了冻融破坏以外, 防冻盐使用不当、干湿交替、抹面较差、养护不良、化学侵蚀、磨损等都可能引起混凝土表面剥落, 所不同的是冻融破坏不仅引起混凝土表面剥落, 而且导致混凝土力学性能的显著降低。大量试验研究表明:随着冻融次数的增加, 混凝土的强度特性均呈下降趋势, 其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度, 即随着冻融次数的增加, 混凝土的抗拉强度和抗折强度迅速下降, 而抗压强度下降趋势较缓。
2 混凝土冻融破坏的机理
混凝土是由集料、水泥和水三部分组成。用作集料的物质, 不论是天然的岩石材料还是人工制造的材料, 都不是完全密实的。每一个颗粒内部都存在各种各样的空隙, 包括裂缝、气孔以及宏观和微观的缺陷等。其中有的是开放性的, 允许外界的水在常温常压条件下进入, 有的则是不允许外界的水在常温常压下进入的封闭空隙。通常在工
地现场的集料都不是完全干燥的, 总是或多或少地含有一
6
些水分。这些水分由于存在的形式和形态不同, 均对混凝土的工作性能有一定的影响。另一方面, 在混凝土的拌制
过程中, 为了保证混凝土具有一定的工作性能, 需要加入的水要多于水泥水化的用水量, 混凝土凝结而形成初始结构时, 这些水仍留在混凝土中, 并占据一定的空间。随着水化的进行和以后的干燥过程, 这些水分逐渐失去, 原来被水占据的空间则成为孔隙。由于水灰比、水化程度、水泥的保水性能、成型条件、养护制度、掺入掺合料等的影响, 使混凝土中形成了不同的孔结构。不同孔径分布的差
异和孔的形态都会显著地影响混凝土的性能。
通常情况下, 我们认为混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的物理变化过程, 而且受许多因素的影响。(诸如:混凝土中孔隙的充水程度、水灰比、水泥品种及集料质量、含气量、环境温度以及反复冻融的次数等。) 因此, 对于混凝土冻融破坏的机理难以得出一致性的定论, 主要有以下一些具有代表性的理论:冰的分离层理论、充水系数理论、渗透压理论、水压力理论、孔结构理论、瑞典学者的极限充水程度理论。上述几种理论从不同角度阐述了混凝土冻融破坏的机理, 尽管这些理论相互之间还有分歧, 但是我们一般可以认为混凝土的冻融破坏是一个由表及里, 先大孔后小孔的物理变化过程。由于水结成冰产生体积膨胀, 在混凝土中形成内压力。当这种内压力超过混凝土所能承受的极限时, 引起混凝土内部孔隙和裂隙不断地发育, 由小变大, 由短变长, 相互贯通, 最终导致混凝土破坏。