混凝土凍融損傷的影響因素與防治策略

1、混凝土凍融損傷的影響因素與防治策略作者：金虎姜春林來源：科技創(chuàng)新導(dǎo)報2011年第31期金虎1姜春林2(1.延邊勘測設(shè)計有限責(zé)任公司 吉林延吉133002; 2.中國城建第十一工程局吉林長春 130000)摘要:混凝土凍融損傷造成了其耐久壽命的降低，進(jìn)而嚴(yán)重影響了混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用， 本文介紹了混凝土凍融損傷理論、影響因素及防治策略。關(guān)鍵詞:混凝土 凍融損傷 影響因素 防治策略中圖分類號:TU7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號：1674-098X(2011)11(a)-0046-011 凍融損傷混凝土的凍結(jié)破壞過程是比較復(fù)雜的物理變化過程。混凝土是由硬化的水泥漿體和骨料組 成的含毛細(xì)孔的復(fù)合材料，為了獲

2、得澆筑混凝土所必須的和易性，其拌和水量總多于水泥水化所 需的水量,多余的水就滯留在混凝土中，形成占有一定體積的連通毛細(xì)孔。于是常溫下硬化混凝 土就是由未水化的水泥、水泥水化產(chǎn)物、集料、水、空氣共同組成的氣一液一固三相平衡體系， 當(dāng)混凝土處于負(fù)溫時，其內(nèi)部孔隙中的水分將發(fā)生從液相到固相的轉(zhuǎn)變。因此那些連通的毛細(xì)孔 就是導(dǎo)致混凝土遭受凍害的主要因素。但是目前關(guān)于混凝土凍融破壞機(jī)理眾說紛紜。在這方面 T. c. Powers和R. A. Helmuth等人的研究工作為混凝土的凍融破壞機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。到 目前為止，提出的混凝土凍融破壞理論有很多種。但目前公認(rèn)程度較高的，仍是由美國學(xué)者 T. c.

3、Powers提出的膨脹壓理論和滲透壓理論，他認(rèn)為吸水飽和的混凝土在凍融過程中遭受的 破壞力主要有以下兩部分:膨脹壓力和滲透壓力。2影響混凝土抗凍性的主要因素混凝土的抗凍性與其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、水飽和程度、受凍齡期、混凝土的強(qiáng)度等許多因素有關(guān)。 而混凝土的孔結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度又主要取決于集料、水泥品種及其水灰比、有無外加劑及養(yǎng)護(hù)方法等。2.1水泥品種及集料質(zhì)量試驗(yàn)表明，水泥的化學(xué)組成、細(xì)度和品種對混凝土的抗凍融破壞無顯著影響，除非混凝土早 期受凍。因在早期，水泥品種組成影響到混凝土的水化程度，從而影響可凍結(jié)水的量和早期強(qiáng)度。 因此冬季施工混凝土應(yīng)該用早強(qiáng)型的硅酸鹽混凝土。普通硅酸鹽水泥混凝土的抗凍性優(yōu)于混合

4、水泥混凝土,更優(yōu)于火山灰水泥混凝土,這是因?yàn)榛旌纤嘈杷看笏隆；炷良蠈ζ淇箖鲂缘挠绊懼饕w現(xiàn)在集料吸水量的影響及集料本身抗凍性的影響。一 般的碎石及卵石都能滿足混凝土抗凍性的要求。但如用已被水飽和的集料拌制混凝土，由于周圍 硬化漿體滲透性較低，集料的水分不易排出，當(dāng)集料的飽水程度超過91.7%時,凍結(jié)時會使集料 本身和周圍漿體破壞。因此在拌制抗凍性要求高的混凝土?xí)r，不能使用含水量高的集料。輕集料 混凝土的抗凍性則與集料的性質(zhì)有很大關(guān)系，集料可能成為凍融破壞的薄弱環(huán)節(jié)。另外集料的最 大粒徑也對混凝土抗凍性產(chǎn)生影響。2.2強(qiáng)度一般認(rèn)為，混凝土強(qiáng)度越高,則抵抗環(huán)境破壞的能力越強(qiáng)，因而耐久性也

5、越高。但在受凍融破 壞情況下,強(qiáng)度與耐久性不一定成正比。例如，低強(qiáng)度的引氣混凝土可能比高強(qiáng)度的非引氣混凝 土抗凍性高得多，從而更耐久。只有在相同含氣量或相同平均氣泡間距的情況下，強(qiáng)度越高，抗凍 性越高。2.3水灰比水灰比是混凝土抗凍性的重要因素，其直接影響混凝土的孔隙率及孔結(jié)構(gòu)。隨著水灰比的增 大，不僅可凍結(jié)水量增多，而且強(qiáng)度較低，因而混凝土的抗凍性必然降低。水灰比小于0.35,水化 完全的混凝土，即使不引氣，也有較高的抗凍性，因?yàn)槌ニY(jié)合水和凝膠孔不凍水外，可凍結(jié) 水量很少了。水灰比大的混凝土，其內(nèi)部的毛細(xì)孔孔徑也大且形成連通的毛細(xì)孔體系，因而其中 起緩沖作用的儲備孔很少，受凍后極易產(chǎn)生

6、較大的膨脹壓力，反復(fù)循環(huán)后必然使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu) 破壞。因此對有凍融破壞可能的混凝土，應(yīng)該嚴(yán)格控制水灰比，必要時應(yīng)加入引氣劑及抗凍劑。 我國鋼筋混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定了用于不同環(huán)境條件下的混凝土最大水灰比與 最小水泥用量。2.4含氣量和氣泡間距含氣量和平均氣泡間距是混凝土抗凍性的又一重要指標(biāo)?；炷良尤胍龤鈩┬纬傻奈⒓?xì)氣 孔對提高混凝士抗凍性尤為重要。因?yàn)檫@些互不連通的微細(xì)氣孔在混凝土受凍初期能使毛細(xì)孔 中的靜水壓力減少，起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過程中這些孔隙可阻止或抑制水泥漿中微 小冰體的生成。除了必要的含氣量外，要提高混凝土的抗凍性，還必須保證氣孔在砂漿中分布均 勻。研究證明，

7、為充分防止混凝土遭受凍害，平均氣泡間距應(yīng)小于0.25mm。摻加引氣劑或引氣型 減水劑，控制水灰比及骨料粒徑等可以調(diào)整混凝土含氣量及氣孔分布。2.5混凝土的飽水狀態(tài)混凝土的凍害與其孔隙的飽水程度緊密相關(guān)。一般認(rèn)為含水量小于孔隙總體積的91.7%就 不會產(chǎn)生凍結(jié)膨脹壓力，該數(shù)值稱為極限飽水度?；炷恋娘査疇顟B(tài)主要與混凝土結(jié)構(gòu)的部位及 其所處自然環(huán)境有關(guān)。最不利的部位是水位變化區(qū)，此處混凝士經(jīng)常處于干濕交替變化條件下， 受凍時極易破壞。另外，由于混凝土表層的含水率通常大于其內(nèi)部的含水率，且受凍時表層溫度 均低于內(nèi)部溫度，故凍害往往是由表層開始逐步深入發(fā)展的。2.6混凝土受凍齡期混凝土的抗凍性隨齡期的

8、增長而增高。因?yàn)辇g期越長，水泥水化越充分，混凝土強(qiáng)度越高，抵 抗膨脹的能力越大。這一點(diǎn)對早期受凍的混凝土更為重要。試驗(yàn)可知，初次受凍時齡期小于8h 的混凝土經(jīng)幾次循環(huán)即已損壞。因此，防止混凝土早期受凍至關(guān)重要。2.7 外加劑及摻合料的影響減水劑、引氣劑及引氣減水劑等外加劑均能提高混凝土的抗凍性。引氣劑能增加混凝土的 含氣量且使氣泡均勻分布,而減水劑則能降低混凝土的水灰比，從而減少孔隙率，最終都能提高混 凝土的抗凍性。粉煤灰摻合料對混凝土抗凍性的影響，則主要取決于粉煤灰本身的質(zhì)量與摻量。 研究證實(shí),摻入適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，只要保持混凝土等強(qiáng)、等含氣量,就不會對其抗凍性有不利影 響。3提高混凝土抗凍

9、性的措施由于混凝土抗凍性主要取決于其孔隙率、孔結(jié)構(gòu)及孔的水飽和程度。因此提高混凝土抗凍 性也主要應(yīng)從降低混凝土孔隙率、改善混凝土孔結(jié)構(gòu)入手。向混凝土中引入大量均勻的微小封 閉氣泡能夠有效地改善混凝土的耐久性,特別是抗凍性，同時能防止混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中，對各種 有害物質(zhì)的滲入起到阻斷作用。因此，向混凝土中摻入引氣劑已成為提高耐久性的基本措施。3.1摻用引氣劑或減水劑及引氣型減水劑根據(jù)對京津地區(qū)立交橋的調(diào)查可知，不加引氣劑的混凝土使用15年即出現(xiàn)表面剝落等凍害 現(xiàn)象，而加引氣劑的混凝土則無凍害。3.2嚴(yán)格控制水灰比、提高混凝土密實(shí)性水灰比是影響混凝土密實(shí)性的主要因素。因此為了提高混凝土的抗凍性也必須從降低水灰 比入手。較為有效的方法是摻加減水劑，特別是高效減水劑。工程實(shí)踐證明，摻入水泥重量的 0.5%1.5%的高效減水劑可以減少用水量15%25%，使混凝土強(qiáng)度提高20%50%,從而也 提高了混凝土