混凝土冻融破坏机理及影响混凝土抗冻性能的主要因素.pdf

1 5 6 内 蒙 古 水 利 2 0 1 2年第 5期( 总第 1 4 1期) 【 混 凝 土 】 混凝 土冻融破 坏机理及影 响混凝土抗 冻性 能的主要 因素 房 志华 ， 谢殿 华 ， 白金 ( 内蒙古辽河工程 局股份有 限公司， 内蒙古 翁牛特 0 2 4 0 0 5 ) 摘要 混凝土冻融循环破坏会降低混凝 土建筑物的使 用寿命 ， 造 成经济损 失甚至发生安全事 故。文章从分析混凝土冻融破坏机理入手， 找 出了影响混凝土抗冻性能的主要因素， 为提 高混凝土的 抗 冻性提 供 了技 术途径 。 关键词 混凝土冻融破坏机理 ； 保证抗冻性 ； 技术措施 中图分类号 ： T V 4 3 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 1 5 6 0 1 1 混凝土冻融破坏机理 混凝土是一种由水泥砂浆和粗骨料组成的含毛细 孑 L 的复合材料。为了获得浇筑混凝土时所需要的和易 性 ， 混凝土中加入的拌和水 总要多于水 泥所需的水化 用水 。这部分多余水便以游离水的形式滞 留于混凝土 中， 形成 占有一定体积的连通毛细孔 。这些连通 的毛 细孔就是导致混凝土遭受冻害的主要原因。 目前学术界 比较公认的混凝土冻融破坏机理是美 国学者 T C P o w e r s e 提出的膨胀压和渗透压理论。该 理论认为 ： 吸水饱和的混凝土在冻融过程中， 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 ， 由水转变成冰时， 体积 膨胀 9 ， 因受毛细孑 L 壁约束而产生膨胀压力 ， 从而在 毛细孔周 围的微观结构中产生拉应力。其二是当毛细 孑 L 水冻结成冰时 ， 由凝胶孔 中过冷水在混凝 土微观结 构 中的迁移和重分布而产生的渗透压。由于表面张力 的作用 ， 昆 凝土毛细孑 L 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 q C以下 ， 因 而由冰和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。另外 ， 凝胶孑 L 水 向毛细孔渗透的结果 ， 必然会使毛细孔 中冰 的体积不 断增大 ， 形成更大的膨胀压力 。当混凝土受冻时 ， 这两 种压力会损伤混凝 土的微观结构 。当然 ， 一 次作用造 成的损伤远不足以使混凝土的宏观力学性能发生可以 觉察的变化 ， 只有 当经过反复多次的冻融循环后 ， 损伤 ( 微裂缝) 逐步积 累， 不断扩大 ， 发展成互相连通 的大 裂缝 ， 使混凝土的强度逐渐降低 ， 最后甚至完全丧失。 如果混凝 土的含水量 小于其 饱和含水 量 的 9 1 7 ， 那么当混凝土受冻 时， 毛细孔水的结冰膨胀可被 非含水孑 L 体 吸收 ， 不会形成损伤混凝土微观结构的膨 胀压。因此 ， 饱水状态是混凝 土遭受冻融剥蚀破坏的 必要条件之一。另一必要条件是外界气温 的正负变 化， 能使混凝土毛细孑 L 中的水发生反复 的冻融循环 。 这两个必要条件 ， 决定 了混凝 土的冻融破坏是从表面 开始的层层剥蚀破坏。 冻融对水_T混凝土结构的破坏作用的大小 ， 取决 于混凝土的抗冻性能强弱 、 饱水程度高低 、 最低环境气 温 、 冻融速率 、 最大冻深和年冻融循环次数等因素。影 响混凝土抗冻性能强弱的主要因素有 ： 混凝土 的水灰 比、 含气量 、 水泥品种 、 骨料质量 、 外加剂和掺合料等。 2 影响混凝 土抗冻性 的主要 因素 2 I 混凝土含气量对其抗冻性的影响 2 I 1 含 气量 定义 混凝 土结 构耐 久性设 计 规范( G B T 5 0 4 7 6 - 2 0 0 8 ) 给出的定义是 ： 混凝土 中气泡体积与混凝 土总 体积 的比值。对于采用 引气工艺的混凝土 ， 气泡体积 包括掺入引气剂后形成的气泡体积和混凝土拌合过程 中挟带的空气体积。 2 1 2 含 气量标 准 含气量标准是指 国家或行业对不同抗冻标号 、 不 同级配 、 不同环境条件下 的混凝土所规定的含气量下 限值。 混凝 土结 构耐 久性 设计 规 范( G B T 5 0 4 7 6 - 2 0 0 8 ) 对混凝土含气量作 了相应规定。含气量必须通 过试验确定。在混凝土配比单上注明。 2 1 3含 气量检 测方 法 混 凝 土结 构耐 久性设 计规 范( G B T 5 0 4 7 6 - 2 0 0 8 ) 规定 ： 含气量从运至施工现场 的新拌混凝土 中取样用含气量测定仪 ( 气压法) 测定 ， 允许绝对误差 为 1 0 ， 测定方法应符合现行国家标准 普通混凝 土拌合物性能试验方法标准 G B T 5 0 0 8 0 ； 气泡间隔 系数为从硬化混凝土中取样( 芯) 测得 的数值 ， 用直线 泵送施工中温度裂缝 的有效控制刘亚男 1 5 7 【 混 凝 土 】 泵送混凝土施工中温度裂缝的有效控制 刘 亚 男 ( 天津市海拓水利工程有 限公 司， 天津 3 0 0 4 8 0 ) 摘 要 文章分析 了混凝土施工 中温度裂缝的产生原因， 针对不同情况提 出处理方法。 ( 关键词 泵送混凝土； 温度裂缝 ； 控制 中图分类号 ： T V 5 2 3 文章标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 2 ) 0 50 1 5 7 0 2 0 前 言 随着建筑技术的不断发展 ， 泵送混凝 土施工技术 得到普及和应用。泵送混凝土不仅能改善混凝土的施 工性能 ， 对薄壁密筋结构少振捣或不振捣施工 ， 具有提 高抗渗性 、 改善耐久性的特点。同时， 泵送 昆凝土骨料 级配的限制 ， 胶凝材料 的大量使用 ， 产生 大量的水化 热 ， 造成温度裂缝普遍存在 ， 在一定程度_上影响结构 的 抗渗性和耐久性 ， 应当引起足够的重视。 1 温度裂缝产生机理及特征 混凝土浇筑后 ， 在硬化过程中， 水泥水化产生大量 的水化热 。由于混凝土的体积较大 ， 大量的水化热 聚 积在混凝土内部而不易散发 ， 导致 内部温度急剧上升 ， 而混凝土表面散热较快 ， 使得混凝土结构 内外出现较 大的温差 ， 这些温差造成 内部与外部热胀冷缩的程度 不同， 使混凝土表面产生一定 的拉应力。当拉应力超 过混凝土的抗拉强度极限时 ， 混凝土表 面就会产 生裂 缝 ， 这种裂缝多发生在混凝土施工 中后期。在混凝土 的施工中， 当温差变化较大， 或者是混凝土受到寒潮的 袭击时 ， 会导致混凝土表面温度 急剧下 降， 而产生 收 缩 ， 表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束 ， 将产生很 大的拉应力而产生裂缝 ， 这种裂缝通 常只在混凝 土表 面较浅的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律 ， 大面积结构裂 缝常纵横交错。梁板类长度尺寸较大 的结构 ， 裂缝多 平行于短边。深入和贯穿性 的温度裂缝一般与短边方 向平行或接 近平 行 ， 裂缝沿着长边分段 出现 ， 中间较 密。裂缝宽度大小不一 ， 受温度变化影响较为明显 ， 冬 季较宽 ， 夏季较窄。高温膨胀 引起的混凝土温度裂缝 通常是中间粗 、 两端细 ， 而冷缩裂缝的粗细变化不太明 显 ， 此种裂缝 的出现会 引起 钢筋 的锈蚀 ， 混凝 土的碳 化 ， 降低混凝土 的抗冻融 、 抗疲劳及抗渗能力等。 导线法测定 ， 根据抛光混凝土截面上气泡面积推算 三 维气泡平均间隔， 推算方法可按 国家 现行标 准 水工 混凝土试验规程 D L T 5 1 5 0的规定执行 。 混凝土含气量通过专门仪器含气量测定仪进 行 检测 。 2 1 4含 气量 的影响 因素 引气剂掺量越大 ， 混凝土的含气量也越大。 在引气剂品种和掺量相 同时， 硅酸盐水泥混凝土的含 气量高于火山灰水泥混凝土的含气量。在引气剂掺 量相同时， 含有大量 0 3 0 6 mn q 颗粒的砂样拌制的 混凝土含气量较大 。在同骨灰 比、 同水灰 比时 ， 含气 量随砂率 的增大而提高 。水泥用量和坍落度保持不 变的情况下 ， 骨料粒径越大 ， 含气量越小 ； 在搅拌初 期( 约 5 6 ra i n ) 内， 混凝土的含气量随搅拌 时间的延 长而明显增加 ； 而后期 ( 6 rai n以后 ) 随着搅拌时间的 延长混凝土的含气量有开始明显减小 。混凝土停放 时间对混凝土含气量的影响不大。在相同的振捣时 间下， 混凝土受振捣的频率越高， 含气量越低。随着 混凝土温度的提高 ， 其含气量会显著降低 。 2 2 混凝土水灰比对其抗冻性的影响 引气混凝 土的抗冻性能随着水灰 比的加大而降 低。规范对不 同抗冻指标的混凝土规定 了不 同的水灰 比的上限值 2 3 混凝土中粉煤灰掺量对其抗冻性的影响 混凝土的抗冻性随着粉煤灰掺量的增加而降低。 规范对不同抗冻标号的混凝土规定了粉煤灰掺量的上 限值。 ( 编校： 郭宝丽 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 20 81 1 作者简介 ： 房志华( 1 9 6 3一) ， 副高级工程师， 现从事水利水 电工程施 工管理 工作 。