对水工混凝土抗冻性影响因素的分析.pdf

陈伟等： 对水工混凝土抗冻性影响因素的分析 1 2 5 对水工混凝土抗冻性影响因素 的分析 陈伟 ， 马耀辉 ， 隋洪波 ( 1 黑龙江省寒地建筑科学研究院 ， 哈尔滨1 5 0 0 8 0； 2 黑龙江省水利科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 混凝土的抗冻性问题是水利工程最为关注的问题 ， 文中通过试验对水工混凝土抗冻性影响因素 进行分析， 达到避免其不利因素发生的目的， 满足水工混凝土设计抗冻性。 【 关键词l 混凝土； 抗冻性； 水胶比； 质量损失率 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 1 2 5 0 2 混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗气 候变化、 化学侵蚀、 磨损或任何其它破坏过程的能力， 长期 保持强度和外观完整性的能力， 是指结构在规定的使用年 限内， 在各种环境条件作用下， 不需要额外的费用加固处理 而保持其安全性、 正常使用和可接受的外观能力 J 。目前 对钢筋混凝土结构的耐久性研究一般从环境层次、 材料层 次、 构件层次和结构层次四个方面来进行， 而对材料层次和 构件层次的研究比较多些， 如图 1 所示 。 简单的说混凝土材料的耐久性指标一般包括 ： 钢筋锈 蚀、 化学腐蚀、 冻融破坏、 碱集料破坏。混凝土的抗冻性作 为混凝土耐久性的一个重要内容， 在寒冷地区工程中是急 待解决的重要问题之一。黑龙江省处于严寒地带 ， 致使不 少建筑物发生了冻融破坏现象， 尤其水工混凝土建筑物， 几 乎 1 0 0 工程局部或大面积的遭受不同程度的冻融破坏， 特 别一些新建工程才运行几年就出现了很大的冻融破损 ， 给 社会造成巨大的损失及为安全运行带来隐患。 1 混凝土冻融机理 混凝土是由胶体、 晶体、 未水化颗粒、 游离状态 自由水 和气孔等组成的非均质体的结构 J 。严寒和寒冷地区的混 凝土受冻融破坏的基本条件是混凝土处在水饱和状态下， 吸水饱和的混凝土在其冻融l的过程中， 遭受的破坏应力主 要由两部分组成。 其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温 下发生物态变化， 由水转变成冰， 体积膨胀 9 ， 因受毛细孔 壁约束形成膨胀压力， 从而在孔周围的微观结构中产生拉 应力； 其二是当毛细孔水结成冰时， 由凝胶孔中过冷水在混 凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由于表面 张力的作用， 混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小 而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在 一7 8 以下， 因而 由 冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引 起水分迁移而形成渗透压力。当混凝土受冻时， 这两种压 力会损伤混凝土内部微观结构， 当经过反复多次的冻融循 环以后， 损伤逐步积累不断扩大， 发展成互相连通的裂缝 ， 使混凝土的强度逐步降低， 最后甚至完全丧失。从实际中 不难看出， 处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏 的 问题 ， 所 以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之 一 ，另一必要条件是外界气温正负变化 ， 使混凝土孔隙中的 水反复发生冻融循环， 这两个必要条件， 决定了混凝土冻融 破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。 提高水工混凝土抗冻性的技术措施主要有正确设计配 合比， 合理选用原材料外， 还要严格按施工规范技术要求施 工， 保证施工质量。长期工程实践与室内研究表明， 在抗冻 耐久性混凝土配合比设计上， 掺用良好的引气剂， 限制水灰 比大小是十分重要的 J 。引气剂是具有憎水作用的表面活 性物质。它可以明显地降低混凝土拌合水的表面张力， 使 混凝土内部产生大量的微小稳定的气泡。这些气泡能使混 凝土可冻水结冰时产生 的膨胀得到缓解， 不使混凝土遭到 破坏， 起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内 部毛细管与外界的通路， 使外界水分不易侵入， 减少了混凝 土的渗透性。这些气泡还能起到润滑作用， 改善混凝土和 易性， 减少沉降泌水和分层离析。因此 ， 掺用引气剂， 使混 凝土内部具有足够的含气量， 改善了混凝土内部的孔结构， 可以大大提高混凝土的抗冻性。另外限制水灰比， 水灰比 大小是影响混凝土各种性能( 强度、 耐久性) 等的重要因素。 2 试验材料及方法 ( 1 ) 原材料： 水泥为哈尔滨产天鹅牌 P 0 3 2 5水泥， 其物理指标见表 1 ； 粗集料为碎石， 5 2 5 ra m连续级配 ， 其物 理指标见表2 ； 细集料为级配 良好的中砂 ， 其物理指标见表 3 ； 外加剂为黑龙江省水利科学研究院研制的 s BM系列外 加剂， 试验配合比设计见表4 。 1 2 6 低温建筑技术 2 0 1 2年第 4期( 总第 1 6 6期 ) 表 2 粗 骨 料 试 验 指 标 表 3 细 骨 料 试 验 指 标 表 4 试 验 配 合 比 配 料 表 5 各组试件试验结果 Nl 1 3 5 8 9 7 5 2 7 8 7 N2 2 4 5 7 9 6 5 8 7 2 4 N3 0 7 4 9 7 8 1 9 7 8 8 4 4 7 5 7 3 4 N 4 0 3 1 9 8 9 0 7 8 9 6 2 2 1 8 6 6 2 9 6 7 8 4 4 2 1 7 3 2 N5 0 0 8 9 9 5 0 2 3 9 7 4 0 71 9 2 3 1 2 4 8 7 3 2 6 8 0 I N6 0 2 7 9 7 7 0 6 5 9 6 3 1 4 7 9 1 3 1 8 5 8 8 5 3 2 7 8 2 注： 为质量损失率； P为相对动弹模量。 ( 2 ) 实验方法。S L 3 5 2 2 0 0 6依据 水工混凝土试验 规程 中混凝土抗冻性检验方法， 试件为 1 0 0 mm1 0 0 m m 4 0 0 m m棱柱体， 每种混凝土需成型一组养护 9 0 d ， 试验前泡 水4 d ， 试验设备为混凝土全自动快速冻融试验机， 冻结温度 在 一1 8 2 ， 融化温度在5 2 ， 一个循环 24 h ， 冻融在 饱水状态下进行， 评定指标为相对动弹模量、 失重率， 2 5个 循环测一次相对动弹模量和失重率 ， 试件动弹模量下降达 6 0 或失重率达 5 时停止试验 ， 试验结果 见表 5 。 3结语 在胶凝材用量、 砂率 、 原材料等相对固定条件下， 水胶 比越小， 混凝土越致密 ， 其中孔隙与毛细管越少， 渗水通道 越少 ， 混凝土抗冻性能也越高； 混凝土中加人引气剂后， 大 幅度提高了混凝土的抗冻性。因此， 在水工混凝土工程 中 一 定要重视水胶比、 引气剂对混凝土抗冻性能的影响。 参考文献 1 牛获涛 混凝土结构的耐久性与寿命测 M】 第一版 北京： 科学出版社 ， 2 0 0 3： 2 2 金伟良， 赵羽习 混凝土结构耐久性 M 第一版 北京： 科 学 出版社 ， 2 0 0 2： 9 3 张春学， 刘福林 水工混凝土抗冻融性的探讨 J 东北水利 水 电 2 0 0 7 ， ( 9 ) 4 关英俊， 范沈抚 提高水工混凝土抗冻性技术措施 J J 混凝 土 ， 1 9 9 0。 ( 5 ) 收稿日期 2 0 1 2 0 2 1 0 作者简介 陈伟( 1 9 7 9一) ， 女， 河南永城县人， 工程师， 工 程硕士 ， 现 从事建筑信息管理 _ 作。