冻融破坏机理（精选八篇）
冻融破坏机理 篇1
1 国内外关于混凝土冻融破坏机理的研究状况
混凝土的冻融破坏, 是国内外研究较早, 较深入的课题。从20世纪40年代开始, 美国、原苏联、欧洲、日本等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究, 提出了多种破坏理论: (1) 水的离析成层理论, A.R.Collins认为:混凝土的冻融破坏是由表及里, 孔隙水分层结冰, 冰晶增大而形成一系列平行的冷冻薄层, 最后造成混凝土层状剥离破坏。 (2) 水压力理论, T.C.Powers 1945年提出的, 他认为混凝土遭受冻融破坏的应力, 来源于孔隙水结冰时的体积膨胀和结冰过程中孔隙水的迁移压力, 当冰压力和水的迁移压力大于混凝土的抗拉强度时, 就产生了破坏。 (3) 渗透压理论, T.C.Powers和Helmuth在研究渗透压的基础上提出来的, 他们认为混凝土冻结时, 毛细孔水的冰点与孔径有关, 孔径越小, 冰点越低, 当大毛细孔中水结冰时, 空隙中水的离子浓度将提高, 蒸气压将下降, 这时小毛细孔中未结冰的水就可能向大毛细孔中渗透而形成压力。这种渗透压力大于混凝土抗拉强度时, 混凝土就受到破坏。 (4) 充水系数理论, 一些学者认为, 混凝土能否发生冰冻破坏, 关键决定于混凝土的充水系数, 即混凝土中毛细孔中水的体积与孔体积之比, 当充水系数大于0.92时, 混凝土就可能发生冰冻破
表1混凝土的构造水平坏。 (5) 临界饱水值理论, 1 9 7 5年瑞士G Fagerlund提出的, 他认为混凝土产生冻融破坏有一个临界饱水值Scr, 当混凝土充水程度S小于Scr时, 混凝土不会产生冻融破坏。 (6) 现象学理论, 按系统分析的原则, 将混凝土划分为不同的构造水平如表1。
由表1可看出1至3构造水平组成相似, 都由一种密实骨架和一种毛细孔—多孔胶结料组成, 可用一个模型来研究它们的性能。各构造水平之间有着密切的联系, 较高水平的一种组分就是较低水平的体系。第4构造水平是上述各种冻害理论的结构层次, 主要分析在物理和物理化学分析过程中内应力形成原因, 而内应力使组分和整个结构发生自变形。上述关于冻融破坏机理的研究, 有助于找到提高混凝土抗冻性的措施。
2 提高混凝土抗冻性的措施—配制高密实度的高性能混凝土
2.1 合理选择水泥品种、强度等级
水泥类材料的强度和工程性能, 是通过水泥砂浆的凝结、硬化形成的, 水泥石一旦受损, 混凝土的抗冻性就被破坏。因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能选择水化热低, 干缩性小, 抗冻性好的水泥, 并结合具体情况选择水泥强度等级。
2.2 控制混凝土的水灰比
水灰比是决定混凝土组织致密性, 也即是决定孔结构特性的基本因素, 水分的冻结与混凝土细孔径具有相关性。水灰比越低, 在好的养护条件下, 混凝土越致密抗冻性也越好。
2.3 选择抗冻性好的骨料
混凝土的水灰比相同, 养护条件相同使用的骨料不同, 抗冻性也不同。骨料对抗冻性的作用, 主要是吸水率的影响, 有人提出, 对骨料的质量要求主要规定其吸水率和安定性。在混凝土冻融过程中, 受到很大的温度变动的作用, 从冻害机理出发考虑骨料时, 骨料与硬化水泥浆的热膨胀特性不同, 因此骨料表面的粘结性能也是很重要的。
2.4 使用优质的矿物掺和料——粉煤灰
掺粉煤灰对混凝土抗冻性的影响有以下3方面, 活性效应固定了氢氧化钙, 使之
不致于因浸析而扩大冰冻劣化所产生的孔隙。形态效应能使混凝土用水量减少, 明显有利于减少孔隙和毛细孔。填充效应可使截留空气量和泌水量减少, 并使孔隙细化, 有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀, 从而大大改善混凝土的抗冻性能。
还可以复掺, 即粉煤灰、硅粉和矿渣粉等复合使用, 能补偿单掺之不足, 是单组分充分发挥各自的效应。并由于各组分颗粒形态、细度、化学组成均有不同, 有可能相互激发, 相互补充, 对水泥石的孔结构产生复合效应, 这种复合效应有待作进一步的研究。
2.5 使用性能良好的外加剂
使用外加剂提高混凝土抗冻性能的方法包括使用高效减水剂, 以大幅度降低水灰 (胶) 比提高混凝土的强度和致密性, 且能够获得所需要的施工性。使用高效引气剂使混凝土中产生孔径小、间隔均匀的封闭气孔, 提高混凝土的抗冻融性, 并对有害应力具有缓冲性等。
2.6 设计混凝土配合比时应充分考虑抗冻性要求
混凝土配合比设计在满足强度、工作性的同时, 应考虑尽量减少水泥用量和用水量, 降低水化热, 减少收缩裂缝, 提高密实度采用合理的引气剂和减水剂, 改善混凝土内部结构, 掺入足量的混合料, 提高混凝土的抗冻性。
此外, 保证混凝土必要的含气量, 严格控制混凝土的施工质量及良好的养护条件, 也是提高混凝土抗冻性的重要措施。
今后, 关于混凝土抗冻性的全面研究, 将结合更微观与宏观的层次, 不仅从材料科学的角度加以分析, 还会考虑与力学交叉。总之, 通过对混凝土抗冻机理的进一步研究, 我们会找出更加完善的方法来提高混凝土的抗冻性, 这对节约材料、能源和资金均有重要意义。
摘要：阐述国内外关于混凝土的冻融破坏机理, 结合当前研究成果, 介绍提高混凝土抗冻性的措施。
关键词：混凝土,冻融破坏机理,提高,抗冻性,措施
参考文献
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冻融破坏机理 篇2
【关键词】建筑工程；混凝土；影响因素
Concrete carbonation and freeze-thaw damage mechanism and prevention measures analysis
Wang Jie
（Real Construction and Installation Co.， Ltd. Hebei Far Handan Hebei 056000）
【Abstract】This paper discusses the concrete hydraulic structures carbonation， freeze-thaw damage mechanism and prevention measures.
【Key words】Factors；Concrete；Construction projects
1. 混凝土碳化机理
水泥中的矿物以硅酸三钙和硅酸二钙含量较多，约占总重的75%，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%，水泥石的强度主要取决于水化硅酸钙，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。混凝土具有毛细管——孔隙结构的特点，这些毛细管——孔隙包括混凝土成型时残留下来的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和集料接触处的孔穴等等。此外，还可能存在着由于水泥石的干燥收缩和温度变形而引起的微裂缝。普通混凝土的孔隙率一般不少于8～10%。混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。
混凝土碳化有增加混凝土强度和减少渗透性的作用，这可能是因为碳化放出的水分促进水泥的水化及碳酸钙沉淀减少了水泥石的孔隙之故。但混凝土碳化后，其碱性降低，加快钢筋腐蚀。混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2+CO2CaCO3+H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。
混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用（干湿变化、温度变化、冻融变化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。对混凝土的抗冻性不能单纯理解为抵抗冻融的性质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发生表层削落，结构疏松等破坏现象，如浙江省的富春江水电站，湖南省的桃江水库等，都发生过不同程度的冻融破坏。所以对混凝土的冻融破坏的研究显得尤为重要。对混凝土冻融破坏的机理，目前的认识尚不完全一致，按照公认程度较高的，由美国学者T.C.Powerse提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，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-78℃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。
另外凝胶不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，只有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。
2. 混凝土碳化影响因素
水工建筑物混凝土碳化的影响因素较多，有内在因素，也有外界因素。
2.1 影响混凝土碳化的内在因素。
2.1.1 水泥品种。 不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。
2.1.2 集料品种和级配。 集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。
2.1.3 磨细矿物掺料的品种和数量。 如具有活性水硬性材料的掺料，其不能自行硬化，但能与水泥水化析出的氢氧化钙或者与加入的石灰相互作用而形成较强较稳定的胶结物质，使混凝土碱度降低。在水灰比不变采用等量取代的条件下，掺料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。endprint
2.1.4 水泥用量。 增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化性能增强，碳化速度随水泥用量的增大而减少。
2.1.5 水灰比。 在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。
2.1.6 施工质量。 施工质量差表现为振捣不密实，造成混凝土强度低，蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化。
2.1.7 养护质量。 混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。
2.2 影响混凝土碳化的外界因素。
2.2.1 酸性介质。 酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。混凝土中钢筋锈蚀的另一个重要和普通的原因是氯离子（CL-）作用。氯离子在混凝土液相中形成盐酸，与氢氧化钙作用生成氯化钙，氯化钙具有高吸湿性，在其浓度及湿度较高时，能剧烈地破坏钢筋的钝化膜，使钢筋发生溃灿性锈蚀。
2.2.2 温度和光照。 混凝土温度骤降，其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。阳面混凝土温度较背阳面混凝土温度高，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其与氢氧化钙反应提供了有利条件，阳光的直接照射，加速了其化学反应和碳化速度。
2.2.3 含水量和相对湿度。 周围介质的相对湿度直接影响混凝土含水率和碳化速度系数的大小。过高的湿度（如100%），使混凝土孔隙充满水，二氧化碳不易扩散到水泥石中，过低的湿度（如25%），则孔隙中没有足够的水使二氧化碳生成碳酸，碳化作用都不易进行；当周围介质的相对湿度为50～70%，混凝土碳化速度最快。因此，混凝土碳化速度还取决于混凝土的含水量及周围介质的相对湿度。实际工程中混凝土结构下部的碳化程度较上部轻，主要是湿度影响的结果。
2.2.4 冻融和渗漏。 在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。
3. 混凝土碳化的简易测试
采用化学测试法。即先凿掉混凝土保护层，然后滴入或涂抹酚酞剂，看混凝土是否变色（碳化），若发现有碳化情况，则可迅速地测试出其碳化深度。
3.1 酚酞剂的配制。 根据实践试验结果得出，用99%的酒精加1%的酚酞液，所配制的酚酞剂呈浅色；用96%的酒精加4%的酚酞液，所配制的酚酞剂呈深色。二者均可用来测试混凝土的碳化情况。
3.2 混凝土碳化判定及其深度检测。 首先将所需检测的混凝土表面打凿到需要的测试深度，然后把表面清理干净，涂抹或滴入已配制好的酚酞剂。当酚酞剂涂抹或滴入混凝土内1～2分种后，便有反应。若混凝土变红色，则混凝土未碳化；若混凝土不变色，则混凝土已碳化。因为酚酞剂内含有大量酒精，容易挥发，所以在测试和观察时速度要快，要尽快量出混凝土内碳化与非碳化的界面尺寸，以便得到准确的碳化深度。
3.3 混凝土碳化检测值的取得。 由于水工建筑中混凝土结构物的部位不同，其碳化程度也不尽相同，所以在进行混凝土碳化测试时，一定要多测几次，以其平均值为混凝土碳化检测值。
3.4 测试混凝土碳化凿开面的处理。 在混凝土碳化测试工作完成后，对检测混凝土碳化的凿开面应用环氧树脂砂浆或环氧混凝土作填补封闭处理。
4. 混凝土碳化的防止措施
混凝土碳化有混凝土“癌症”之说，关键是应采取防止措施。
4.1 设计方面。 根据水工建筑物中不同的结构形式和不同的环境因素，分别对混凝土的保护层采取不同的厚度，应尽量避免一律采用2～3cm。
4.2 施工方面。 混凝土质量好坏，施工是关键。一是要认真选择建筑材料。水泥选用抗碳化能力强的硅酸盐水泥；集料选用质地硬实和级配良好的砂和石料；施工中除砂要筛、石要洗外，还要特别注意剔除集料中的有害物质。二是在混凝土中可掺入优质适宜的外加剂，如减水剂、阻水剂等，以改善混凝土的某些性能，提高其强度和密实性、抗渗性、抗冻性。三是要严格控制混凝土的水灰比，要求是小水灰比，低塌落度，要把水的用量控制在满足配料和施工需要的最低范围内，尽量减少混凝土的自由水。四是振捣和养护，振捣一定要充分并严格按照规定标准进行，必要时可作表面处理；养护一定要及时，一旦混凝土达到初凝时，就应立即进行养护，并坚持按不同水泥品种所要求的时间养护，控制好环境的温度和湿度，以使混凝土在适宜的环境中进行养护。五是钢筋混凝土保护层厚度，施工时要将钢筋用事先预制好的高标号砂浆垫块垫好，使钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求。六是施工缝要做到少留或不留，必须要留的，应作好接缝处的工艺处理。
4.3 使用方面。 对于水工建筑物在使用上不要随意改变原设计的使用条件。因为水工建筑物使用条件的改变，直接关系到外界气体、温度、湿度等因素变化所引起的混凝土内部某些情况的变化，尤其是对于混凝土构件的容易碰撞部位，更应当设置包角和隔层保护。endprint
4.4 管理方面。 对于水工建筑中混凝土构件的管理，主要是定期检查、加强维护。对于容易产生碳化的混凝土构件，则应派专人定期观察及测试温度、湿度，检查裂缝情况和碳化深度，并作好详细记录。若发现混凝土表面有开裂、剥落现象时，则应及时利用防护涂料对混凝土表面进行封闭或采取使混凝土表面与大气隔离措施，绝对不允许其裂缝继续扩大，必要时可作混凝土补强处理。
5. 混凝土冻融破坏影响因素及防治
5.1 混凝土冻融破坏影响因素。 混凝土冻融破坏的影响因素是多方面的。一是组成混凝土的主要材料性质的影响，如；水泥的品种、水泥中不同矿物成份对混凝土的耐久性影响较大，又如骨料的影响，除了骨料本身的质量对混凝土的抗冻性的影响以外，骨料的渗透性和吸湿性对混凝土的抗冻性也有决定性的作用，由于湿度和强度的变化，会产生含针状物岩石体积的变化，这将会损坏已硬化的水泥砂浆和混凝土表面，同时骨料的化学性能对混凝土的耐久性也将产生一定的影响；二是外加剂的影响，在混凝土施工过程中掺入引气剂或减水剂对改善混凝土的内部结构，改善混凝土的内部孔隙结构可起到缓冲冻胀的作用，大大降低冻胀应力，提高混凝土的抗冻性；三是施工工艺影响，配合比、混凝土的施工、硬化条件等都与混凝土的耐久性有密切的关系，同时混凝土中的单位用水量是影响混凝土抗冻性的一个重要因素。此外混凝土的表面、边角和工作缝部位处于最不利的工作条件，所以混凝土模板种类、性质和表面加工情况以及工作缝的处理对混凝土的耐久性也有很大的影响；四是防止受水位变化影响，寒冷季节水位变化会引起混凝土的严重冻融破坏需采取有力措施防止；五是严格控制施工质量，混凝土施工质量的好坏，将影响它的抗冻性，因此必须把好质量关，不允许出现蜂窝、麻面，力求密实，表面光滑。
5.2 混凝土冻融破坏的防治。
对于混凝土冻融破坏的防治，结合我们的施工实践，总结出了如下几点：
5.2.1 预防措施。一是在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物成份和不同性能的水泥、骨料和外加剂，从材料方面确保混凝土的耐久性；二是严格混凝土制作配合比，一定要根据结构类型和所处的环境条件，试验确定关键参数，主要是降低混凝土的水灰比，水泥水化所需水分仅为其重量的25%左右，若水量增加，多余的水就游离析出，产出孔隙，饱和后易受冻胀破坏；另外掺入引气型外加剂是提高混凝土抗冻性最有效的途径之一；三是人为地优化建筑物混凝土构件周围的环境条件，以减少或改善致使混凝土冻融的各种不利因素。
5.2.2 治理措施。（1）水泥砂浆修补，适用于轻微的表层破坏；（2）预缩砂浆修补，所谓预缩砂浆是指经拌和好之后再归堆放置30～90mih后才使用的干硬性砂浆，此种方法适高速水流区混凝土表面的损坏；（3）喷浆修补，多用于混凝土冻融破坏化较严重的部位；喷混凝土修补，是指经施高压将混凝土拌料以高速运动注入被修补的部位，其密度及抗渗性较一般混凝土好，且具有快速，高效的特点；（4）环氧材料修补，一般有环氧基液、环氧砂浆和环氧混凝土等，这种材料具有较高的强度和抗蚀、抗渗能力，并与混凝土结合力较强，但价格较贵，施工工艺复杂，材料配比严格，此法可与其它修补方法配合使用，效果更佳；总之我们应当根据水工建筑物所处的环境、位置和冻融破坏的程度以及原混凝土构件制作的主要材料性能综合选用不同的修补方法，才能获得较好的效果。
6. 结束语
冻融破坏机理 篇3
我国北方寒冷地区的混凝土建筑物和构筑物,在冬季都遭受不同程度的冻融破坏。目前,对混凝土抗冻性能的研究,国内外已开展了一些研究工作,但主要集中在对混凝土抗冻指标方面的研究,而针对冻融循环对混凝土力学性能影响的研究不多。
目前,关于混凝土冻融破坏机理,国内外在理论方面还没有达到共识。从1940年开始,国内外学者相继对混凝土冻融破坏机理展开了研究。有美国的鲍尔斯提出的静水压假说和渗透压假说;前苏联学者基于力学概念,提出的现象学观点等,这些研究基本都是经假设和推导而得出结论,从纯物理的模型出发的。
由于混凝土冻融循环的试验方法和条件不同,试验数据具有一定的离散性。目前,关于冻融循环对混凝土力学性能影响的研究,只有少量文献对冻融循环后的普通混凝土进行了多轴应力状态的试验研究[9,10],大多数研究还是针对混凝土在单轴应力状态下进行的。因此,开展冻融循环后混凝土多轴力学性能研究,对于准确分析处于复杂应力状态的混凝土结构在恶劣环境因素下的力学性能尤为重要。
2影响混凝土抗冻性能的主要因素
1)含气量和引气剂的影响。
含气量对混凝土抗冻性有直接影响。在混凝土中,掺入适当的引气剂,可使混凝土的抗冻性提高8倍～10倍左右;
2)水灰比。
随着水灰比的增加,混凝土的抗冻性能逐渐降低,因为水灰比直接影响混凝土的孔隙率及孔结构;
3)平均气泡间距的影响。
平均气泡间距越大,则导致混凝土毛细孔中的静水压和渗透压越大,造成混凝土的抗冻性越低;
4)掺加料。
除引气剂外,减水剂对混凝抗冻性也有一定影响;
5)饱水状态。
混凝土含水量大,则受冻时易于破坏。因为混凝土冻融破坏与其孔隙的饱水程度密切相关;
6)水泥品种。
水泥品种不同,则熟料部分的相对体积和硬化速度有所不同,将直接影响混凝土的抗冻性能。
3混凝土冻融破坏机理
目前,对混凝土抗冻性能的研究,国内外已进行了一些试验研究工作[1,2,3,4,5,6,7,8]。早期开展研究的有美国的鲍尔斯,他提出的破坏理论是静水压假说和渗透压假说。他通过对水泥净浆结构的抗冻性能的研究,建立了比较完整的混凝土冻融破坏理论体系,受到国际学术界的高度重视。进入20世纪70年代,混凝土抗冻性能的研究又有了一些进展,加拿大和德国的科学家用热力学理论,分析固、液、气三相共存平衡的条件,根据自然界的客观规律指出事物发展的必然性,来揭示混凝土冻融破坏机理。前苏联学者从力学概念出发,提出了现象学观点。混凝土冻融破坏机理在很大程度上指导了混凝土材料抗冻性的研究,对提高混凝土抗冻性能起到了重要作用。但迄今为止,国内外在冻融破坏理论方面还没有达成共识。
4混凝土抗冻性能研究现状
从国内外发表的相关文献看,对混凝土抗冻性能的研究,大多是针对混凝土抗冻安全设计等级而展开的,没有考虑混凝土的强度指标。按照我国现行标准,对混凝土抗冻等级的规定是同时满足相对动弹模值不小于60%和质量损失率不超过5%时的冻融次数。文献[2]的试验发现,经125次冻融循环后,当相对动弹模值接近60%时,普通混凝土抗压强度仅为冻融循环前的39%,强度降低很多。文献[3]的试验发现,经300次冻融循环后,加气混凝土的相对动弹模值为61%时,抗压强度仅为冻融循环前的49.5%。因此,应该对冻融循环后混凝土力学性能的变化引起足够的重视。
水工及海工中的混凝土结构大部分处于复杂应力状态。文献[9][10]对冻融循环后混凝土进行了双轴压和三轴压下的力学性能试验研究。文献[9]的试验研究发现,在相同冻融循环次数后,双轴压混凝土的抗压强度较单轴压极限强度提高,提高程度取决于应力比的大小,在应力比为1∶0.5时,极限抗压强度提高幅度最大,为单轴抗压强度的1.5倍左右。
文献[10]的试验研究发现,在相同冻融循环次数后,三轴压混凝土的抗压强度值大大提高,尤其在应力比为0.1∶0.5∶1时,极限抗压强度为单轴抗压强度的3倍～6倍。因此,设计中考虑冻融循环后多轴压混凝土强度比单轴压混凝土强度提高的特点,可大大节省材料。
5结语
国内外对冻融循环后混凝土破坏机理和影响因素的研究取得了一些成果,但是在冻融破坏的理论方面还没有达到共识。关于冻融循环对混凝土力学性能影响的研究,只有少数科研院所开展了冻融循环后混凝土的多轴力学试验研究,大多数文献还是针对混凝土在单轴应力状态下而进行的。因此,开展冻融循环后混凝土力学性能的试验研究,对丰富混凝土抗冻性能理论具有重要意义。
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冻融破坏机理 篇4
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10㎝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。
3 影响混凝土抗冻性能的主要因素
3.1 混凝土的孔结构
混凝土的抗冻性能与混凝土的孔结构有着密切的关系。在混凝土中孔是水存在的空间, 只有当水存在时, 在较低温度下才有可能结冰, 从而体积膨胀, 使混凝土产生破坏。在饱水状态下, 孔越多, 冰冻将越严重。但是, 在某一温度下, 并不是所有孔中的水都结冰。因此, 混凝土的抗冻性不仅取决于孔隙率, 还取决于孔分布。在相同孔隙率条件下, 小孔越多, 可冻水越少, 因而冻融对混凝土的破坏作用越小。
3.2 混凝土的气泡结构
在混凝土中, 气泡是一种封闭的孔, 这种孔中一般不含水, 因此, 不会结冰。但是, 当水结冰时所产生的压力使得未冻结水可能向气泡中迁移, 以减小结冰区的压力。因此, 混凝土中的气泡可以缓解结冰区的压力, 提高混凝土的抗冻性。
3.3 混凝土的饱水程度
当混凝土饱水程度低于某一临界值时, 混凝土并不发生冻融破坏。水结成冰体积膨胀9%, 因此, 从理论上讲发生冻融破坏的临界含水量为91.7℅, 但混凝土的情况比较复杂, 饱水临界值往往要高于91.7%。
3.4 集料
集料的孔隙率影响了水的扩散阻力, 集料的饱水程度影响了它的容水空间。特别是采用较大粒径的集料, 冻结时向外排出多余水分的通路较长, 产生的压力较大, 因而更易造成破坏。对于一些多孔轻质集料, 孔隙中的水本身就可以冻结。它的孔隙率越大, 饱水程度越高, 它自身的抗冻性越差, 因而导致混凝土的抗冻性能降低。不过集料颗粒中也含有大量空气, 有些也可能起着空气泡的保护作用, 因而轻集料混凝土也可能有相当良好的抗冻性。
3.5 水灰比
一般地, 混凝土的水灰比越大, 孔隙率越大, 可能填充的水分越多, 对混凝土抗冻不利的可能性越大。
3.6 混凝土的龄期
随着混凝土龄期的增加, 水泥不断水化, 可冻结水逐渐减少。同时, 水中溶解的盐的浓度增加, 因而冰点下降, 抗冻性能提高。
3.7 尺寸效应
混凝土受冻时寒冷总是从其表面逐渐向内侵袭, 因而冻害也总是由表及里地进行。外层的物质破坏后, 次一层的物质才会接着破坏。因此, 在相同条件下, 混凝土构件的尺寸越小, 冻融破坏的速率越快。
4 提高混凝土抗冻性能的主要措施
4.1 严格控制水灰比
一般来说, 水灰比越大, 混凝土的孔隙率越大, 而且较大孔的数量越多, 可冻孔越多, 混凝土的抗冻性越差。因此, 对于有抗冻性要求的混凝土, 在满足其他条件的前提下, 应严格控制其水灰比, 一般不超过0.55。
4.2 掺入引气剂
掺入引气剂是提高混凝土抗冻性最常用的方法。在混凝土中引入均匀分布的气泡对改善其抗冻性能有显著的作用, 但必须要有合适的含气量和气泡尺寸。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。但若掺入适量的引气剂, 水灰比为0.5时, 混凝土也能经受300次冻融循环。
4.3 掺入适量的优质掺合料
掺入适量的优质掺合料, 如硅灰、Ⅰ级粉煤灰等, 可以改善孔结构, 使孔细化, 导致冰点降低, 可冻孔数量减少。此外, 掺入适量的优质掺合料, 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。
4.4 采用树脂浸渍混凝土
用树脂浸渍混凝土, 可使大多数孔径降低到5 nm以下, 使可冻孔数量减少, 混凝土抗冻性提高。试验结果表明, 在其他条件相同的情况下, 未经浸渍的混凝土经过100次冻融循环后, 质量损失达29.6%, 经过150次冻融循环后试件就崩溃了。而经浸渍的混凝土经过700多次的冻融循环后, 试件完好, 其质量损失仅有0.375%。
4.5 加入颗粒状空心集料
一些研究表明, 在混凝土中加入少量10 μm～60 μm的空心塑料球, 可以提高混凝土的抗冻性。还有一些空心颗粒也有这样的作用。其原理是用这些空心颗粒来代替引气混凝土的气泡系统。
5 结语
混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的过程, 而且受许多因素的影响。随着相关理论和试验技术的发展, 我们应该更加深入地、多角度地解释混凝土的冻融破坏机理。对症下药, 严格控制混凝土的配合比、拌制质量、施工工艺、养护方法和加入一些新型材料来提高混凝土的抗冻性能。
参考文献
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防止混凝土冻融破坏的措施 篇5
混凝土的冻融破坏是水工建筑物老化病害的主要问题之一, 严重影响了建筑物的长期使用和安全运行, 为使这些工程继续发挥作用和效益, 各部门每年都耗费巨额的维修费用, 而这些维修费用为建设费用的1~3倍。在北方寒冷地区工程中是急待解决的重要问题之一。
1 用外加剂改善抗冻耐久性
1.1 引气剂
提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有增水作用的表面活性物质, 它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能, 使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解, 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, 使外界水份不易浸入, 减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用, 改善混凝土和易性。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, 大大提高混凝土的抗冻耐久性。
混凝土的含气量、临界气泡间距、水灰比、骨料、临界饱水度和降温速度等因素综合决定了混凝土的抗冻耐久性能。水泥熟料中C3A的含量的增加会提高其混凝土的抗冻耐久性, 但会降低混凝土抵抗盐冻能力。引气能显著提高混凝土的抗冻融性, 然而, 长期处于冻融循环的混凝土的抗冻能力则取决于天气的恶劣程度及冻融周期的频率。提高水工混凝土抗冻耐久性的技术措施, 耐冻混凝土必须正确进行配合比设计, 掺优质引气剂, 减小水灰比, 合理选用原材料, 还要严格按施工规范技术要求施工, 加强养护。
混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性的根本所在。混凝土的抗冻耐久性随孔结构性质变化而变化, 当孔间距系数小于250μm时, 混凝土抗冻耐久性指数基本能达到60%以上, 即可经受300次快速冻融循环试验。满足混凝土抗冻耐久性要求的孔间距系数的重要概念:即当孔间距小于临界孔间距 (<250μm) 时混凝土是抗冻的。只要引气量合适, 普通混凝土均能获得较高的抗冻耐久性。引气混凝土中气泡平均尺寸及其间距随水灰比的增大而加大, 同时水泥浆中可冻水的百分率也相应加大, 从而导致混凝土抗冻耐久性的显著下降, 因此, 不能忽视对水灰比的限制。
合理的气泡结构是混凝土抗冻耐久性得以真正改善的关键, 然而, 气泡体系形成、稳定与气泡结构的建立密不可分, 因此高度重视气泡体系稳定性的问题就显得更加重要。影响混凝土中气泡体系形成与稳定性的因素有混凝土各组成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及外界条件, 如环境温度、搅拌、运输和浇灌技术等。针对不同环境条件、不同工程要求的混凝土, 必须进行适应性试验, 才能使得硬化混凝土具有设计所要求的含气量和合理的气泡结构, 增进了混凝土工程界对引气剂应用技术的认识。
混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性及其它性质的根本所在。掺引气剂可以改善混凝土孔结构性质, 因此, 测试硬化混凝土孔结构性质是研究混凝土抗冻耐久性能的有效途径和方法之一。
引气剂的掺入虽然是提高混凝土抗冻耐久性最有效的手段, 但引气剂的掺入同时会引起混凝土其它性能降低, 如强度、耐磨蚀能力等。
1.2 减水剂
目前, 减水剂的应用也成为混凝土不可缺少的组份, 使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比 (水胶比) , 提高混凝土的强度和致密性, 使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高, 从而提高混凝土的抗冻耐久性。在混凝土中掺入高效减水剂可取得的技术经济效果如下: (1) 保持和易性不变, 可减水25%, R28%提高90%, 抗渗性提高4~5倍; (2) 保持和易性不变, 节约水泥25%, R28提高26%, 抗渗性提高2倍; (3) 保持用水量和水泥用量不变, R28提高27%, 抗渗性提高3倍。
在保证混凝土拌和物所需流动性的同时, 尽可能降低用水量, 减少水灰比, 使混凝土的总孔隙, 特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后, 会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中, 包裹着许多拌和水, 从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性, 就必须在拌和时相应地增加用水量, 这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列, 使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下, 不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态, 还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜, 同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来, 因而达到减水的目的。当水灰比降低到0.38以下时, 消除毛细管孔隙的目标便可以实现, 而掺入高效减水剂, 完全可以将水灰比降低到0.38以下。
2 用活性矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性
普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足, 是混凝土不能抗冻耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的, 在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。
2.1 硅粉的掺入
近年来, 硅粉混凝土也已应用于混凝土工程各个领域, 其抗冻耐久性问题已引起人们的普遍重视, 硅粉作为混凝土混合材已经得到了广泛的应用。
非引气混凝土当水/ (水泥+硅粉) =0.25, 不管硅粉的掺量如何, 皆具有良好的抗冻耐久性。引气硅粉混凝土不管水灰比多少, 硅粉掺量15%以下时都具有较高的抗冻耐久性。非引气硅粉混凝土的抗冻耐久性与基准混凝土比较, 在胶结材总量相同, 塌落度不变的条件下, 非引气硅粉混凝土的抗冻能力高。在相同含气量的情况下, 掺15%的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土, 气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果, 但硅粉的产量有限而且成本较高。
2.2 矿渣的掺入
磨细矿渣与混凝土内水泥水化生成的Ca (OH) 2结合具有潜在的活性, 但磨细矿渣对提高混凝土的抗冻融性目前也不少研究。随着矿渣掺量的增加, 其混凝土的抗冻融性能愈差, 但掺合比例合适时, 抗冻性能与普通混凝土相比有较大改善。
2.3 粉煤灰的掺入
粉煤灰混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低, 和相同强度等级的普通混凝土相比较, 28d龄期的粉煤混凝土试件抗冻耐久性试验结果偏低, 随着粉煤灰混凝土技术的深入研究和发展, 引气粉煤灰混凝土的抗冻耐久性研究已越来越多地引起人们的关注。粉煤灰的掺量和水灰比影响了高掺量粉煤灰混凝土的孔结构, 并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加, 但随时间的延长, 孔隙率会下降。这是因为粉煤灰的掺入改善了混凝土的孔尺寸, 但最大掺量不得超过70%。水胶比在0.25~0.27范围内, 随着粉煤灰内掺量的提高, 不掺引气剂, 混凝土抗冻耐久性随粉煤灰增加而增加。当掺引气剂后, 混凝土抗冻耐久性有先升后降的趋势, 既存在最佳的粉煤灰掺量为30%。相对于许多混凝土而言, 粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化能力。当超细粉煤灰与硅灰相掺时, 提高抗冻耐久性的效果尤为显著, 其冻融循环300次以后, 动弹性模量与重量基本无变化, 而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。由此可见, 双掺或多掺矿物的复合效应可以提高混凝土抗冻耐久性。
3 结论
由以上综述可以看出, 掺入活性的矿物掺和料是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一, 采用多种矿物掺合料复掺能否提高混凝土抗冻耐久性、其复合叠加效应能否实现及采用的最优配合比要进行大量的试验, 有着广泛的工程应用价值和重要的学术意义。
摘要：根据混凝土冻融破坏的机理, 并结合施工经验, 通过对混凝土抗冻性能的各种影响因素的综合分析, 探讨通过混凝土原材料选择、优化配合比和加强混凝土生产、施工过程的控制, 提高混凝土抗冻能力。
关键词：混凝土,抗冻,配合比
参考文献
[1]袁润章.胶凝材料学[M].武汉:武汉工业大学出版杜.[1]袁润章.胶凝材料学[M].武汉:武汉工业大学出版杜.
[2]A.E谢依金, 10.B.霍夫斯基, M.и.勃鲁谢尔.水泥混土的结构与性能[M].北京:中国建筑工业出版社.[2]A.E谢依金, 10.B.霍夫斯基, M.и.勃鲁谢尔.水泥混土的结构与性能[M].北京:中国建筑工业出版社.
[3]黄人能, 沈威等.新拌混凝土的结构和流变特征[M].北京:中国建筑工业出版社.[3]黄人能, 沈威等.新拌混凝土的结构和流变特征[M].北京:中国建筑工业出版社.
冻融破坏机理 篇6
关键词：坎儿井,冻融,蒸汽补给,砂土,竖井口
0 引言
新疆坎儿井至今已有2000 多年的历史[1],目前有水坎儿井有500 多条,仍浇灌着大片绿洲良田,发挥着极大的社会效益和经济效益[2],2006年新疆坎儿井被列为全国重点文物保护单位。
坎儿井是在第四纪地层中自流引取地下水进行灌溉的水利工程设施。坎儿井的构造见图1,主要有三部分: 竖井、暗渠和明渠。
竖井与地面相交的部位称为竖井口,暗渠距地表5 ~ 90m不等。因距地表较深,暗渠内水温常年保持在7℃ 左右[3],而1 月初戈壁气温为- 26℃ 左右,从暗渠沿竖井上升的湿热空气在竖井口附近遇到戈壁低温环境,会在竖井口附近的砂土中冷凝成冰,气候转暖这部分砂土则会发生冻融破坏,破坏的砂土坠落后堵塞暗渠直至坎儿井干涸。
坎儿井井口砂土受冻融循环影响较其它高原冻土有较大区别,一般高原冻土受水的影响是半静止的,而坎儿井井口砂土则一直存在湿热蒸汽的补给。
目前坎儿井干涸速度为3 ~ 5 条/年,为保护这类 “活态”文化遗产,通过室内试验模拟有湿热蒸汽补给的砂土冻融循环,从试样冻融后孔隙率的变化规律、水分迁移规律探讨坎儿井干涸的主要病害之一———井口砂土冻融破坏的机制,为坎儿井的保护加固提供理论依据。
Viklander[4]提出了基于冻融作用的残余孔隙比概率,即松散土和密实土经过若干冻融循环后会趋向一个稳定的孔隙比,冻融循环和土的孔隙变化有着密切关系,同时也对土的骨架、组构等产生影响; 张英等[5]对青藏铁路沿线粉质粘土进行了压汞试验,认为孔隙特征变化是土结构性发生改变的重要体现。并将土样孔隙分为大孔隙和小孔隙,冻融循环对小孔隙影响较小,对大孔隙影响较大; 肖东辉等[6]研究了冻融循环作用下兰州黄土孔隙率变化规律,发现随着冻融次数的增加,土体孔隙中大孔径先减少后增多,小孔径则先增多后减少,最后集中在5 ~ 10μm范围内; 穆彦虎等[7]通过补水冻融试验对压实黄土进行了微观研究,结果表明: 随着冻融次数的增加,土样内部冰晶的生长及冷生结构的形成导致土样中孔隙体积增加,土颗粒受到挤压并形成新的土骨架结构; 王天亮等[8]以青藏铁路那曲物流中心路基填料为研究对象,发现在外界水源补给的条件下,多次冻融后试样的含水率明显高于初始含水率15% ,且试样内部含水率发生了重分布,各试样的补水量随冻融次数的增加而减少; 赵刚等[9]对重塑的粉质粘土进行了冻融过程中的水分迁移研究,结果表明: 土样冻结后在试样中间会出现含水量明显增大的土层,出现的位置受初始含水量的影响不明显; 王家澄等[10]在对饱和砂土进行反复冻融时发现,试验过程中水分由下往上渗入,使冰层以下土柱含水量大于冰层以上土柱含水量,且冰层以上已冻土中的含水量变化很小,仅增加1% ~ 3% ,而冰层以下土层中水分受真空渗透机制的牵引,土柱由下往上含水量增加。
1试验方案设计
1.1试验材料
试验土样取自新疆哈密二堡镇塔库坎儿井井口,取土深度距地表d = 0. 2 ~ 1. 2m,距竖井内壁距离r = 0. 2 ~ 1. 2m,取样位置及编号见图2,该取土范围为竖井口土体易坍塌范围。
土样为中砂土,颗粒成分见表1,物理性质见表2。
注: 取样时间: 2014 年1 月7 日8: 30AM; 戈壁地表温度: - 26℃ ,井盖底部温度: 7℃ ; M点坐标假定为( 0,0) ,取样点为M点的相对坐标
1. 2 试验目的
研究不同蒸汽补给压力、不同冻结温度条件下,土样冻融循环后孔隙率和水分迁移的变化规律,进一步探讨坎儿井井口砂土受冻融循环影响的破坏机制。
1. 3 试验设计
( 1) 试验设备
(1)冻融循环试验机由吐哈油田实验室冻融循环试验机改装而成( 见图3 ) ,原试验机型号为XT5405FSC,将原供水装置改装为压力可调的蒸汽补给装置。
蒸汽补给装置末端增加蒸汽盘与透水石面接触,可让蒸汽均匀地补给土样,蒸汽补给装置压力0 ~ 5MPa,连续可调,精度0. 01MPa。
1. 蒸汽补给器; 2. 蒸汽盘; 3. 透水石; 4. 土样盒; 5. 土样;6. 制冷块; 7. 排气孔; 8. 加载器; 9. 位移传感器;10. 温度传感器; 11. 循环水进出口
改进的冻融循环试验机上端补给蒸汽,模拟坎儿井竖井内壁的湿热蒸汽补给,下端调节制冷块温度,模拟坎儿井井口戈壁环境温度变化。
(2)孔隙率用Auto Pore Ⅳ9510 全自动压汞仪测试,孔径测量范围300nm ~ 1000μm,进、退汞体积精度0. 1μL。
压汞法是利用汞对一般固体不润湿的特点,通过不同压力将汞压入土体孔隙中,根据不同压力和进汞量得到土体孔隙量,基于该方法[11]在研究固体材料孔隙特性方面的可行性和可靠性而被广泛使用。
(3)试样高度变化用上述冻融循环试验机自带的位移传感器和数据采集仪记录, 量程范围0. 01 ~ 50mm。
(4)含水率用烘干法测量,仪器含烘箱、电子天平。
( 2) 试验方法
(1)制备试样: 为使试验更具针对性并消除所取土样可能有已发生冻融现象的影响,根据土样物理性质制备重塑土,见表3。
注: 融解温度均为20℃ ; Y1、Y2、Y3 各28 个试样
制备试样时,将试样烘干后按试验方案设计含水率的要求加入蒸馏水搅拌均匀,试样高度15cm、直径10cm。
(2)试验步骤: 第一步,将试样放入冻融循环试验机,调节试验机温度为5℃,让试样恒温8h。由温度传感器测得试样内部各点温度一致后可开始下一步试验; 第二步,按表3 试验方案在不同冻结温度和不同蒸汽补给压力条件下进行冻融试验,一次冻、融周期历时24h,冻结和融化各12h。每个冻融周期结束时记录试样高度和试样内部各点温度,共20 个冻融周期; 第三步,将第0、2、4、6、10、15、20 个冻融周期结束时取出的每组4 个试样,其中2 个测其孔隙率,另外2 个分别将其切成30mm厚的切片,测试土样不同高度的含水率。
2 试验结果分析
2. 1 土样孔隙率变化规律
孔隙率是指土中孔隙体积与总体积之比,是表示土密实度的重要指标[12,13]。在20 次冻融循环过程中,试样孔隙率总体上表现出先增大后减小的变化规律,见图4。
从图4 ( a) 可见,在相同冻结温度和蒸汽压力情况下,初始含水率大的试样其相应冻融次数下的孔隙率越大。在前4 ~ 6 次冻融中试样孔隙率增加较快并达到最大值,而在随后的冻融循环中试样孔隙率逐渐减小且变化程度减缓。
图4 ( b) 也表现出类似规律,但孔隙率变化较快和最大值出现在冻融的第6 ~ 11 次。说明在同样的初始含水率条件下,冻结温度越高、蒸汽补给压力越小,试样孔隙率最大值出现的越迟。
图4 ( a) 、 ( b) 中,经过20 次冻融试验后的砂土孔隙率均较冻融前有增大现象,增大最多的为Y1 试样在- 5℃ 冻结温度、1MPa蒸汽补给压力条件下,其孔隙率冻融前为40. 36% ,20 次冻融后为46. 41% ,增大了14. 99% 。
为便于研究,定义孔隙率变化率n*为:
式中,i = 1,2,…,20 为冻融循环次数; ni、n0分别表示第i次冻融和未冻融的砂土孔隙率。
图4 ( a) 、( b) 数据反映的砂土孔隙率变化率n*见图5。
从图5 可见,各试样在前15 次冻融过程中,孔隙率变化率的变化幅度较大,在15 ~ 20 次冻融循环过程中其变化幅度趋于平缓。
在- 5℃ 冻结温度和1MPa蒸汽补给压力条件下,总的变化规律是试样的初始含水率Y1 > Y2 >Y3,其孔隙率变化率随冻融次数的增加也表现出Y1 > Y2 > Y3 ( 即图5 实线) ; 在- 1℃ 冻结温度和0. 3MPa蒸汽补给压力条件下,也基本有同样变化规律( 即图5 虚线) ,但其变化程度明显低于图中相应实线,说明不同冻结温度和蒸汽补给压力对砂土冻融破坏的影响程度是不同的。
砂土在20 次冻融循环试验过程中,孔隙率出现先增大后减小再趋于稳定的现象。分析认为,砂土本身孔隙率较大,在蒸汽补给吸湿后,土颗粒间的水冻结成冰使孔隙体积膨胀增大,前10 次左右的冻融不足以使砂土微观颗粒骨架发生破坏,所以出现了孔隙率增大的表现。在10 次冻融之后,土颗粒之间的联结能力变弱,土颗粒间的冰晶融化时,砂土骨架坍塌压密,使其孔隙率减小。本次试验为了与工程实际更相符,在试验过程中未施加外力,所以多次融化收缩的孔隙体积并未抵消冻结膨胀的孔隙体积,最后表现为冻融后的孔隙率总是大于冻融前的孔隙率。
结合上述试验结果可判断出,冻结温度越低、蒸汽补给压力越大,则冻融循环时砂土微观骨架变化越剧烈,坎儿井竖井内壁蒸汽压力大小排序为A1 > A2 > A3,冻结温度排序为A1 < B1 < C1 ( 见图2 和表2) 。所以井壁侧砂土受冻融循环的影响较远离井壁砂土大,与大气接触的地表砂土受冻融循环的影响较下层砂土大。
2. 2 土样水分迁移规律
土体中水分迁移作用是导致土体冻胀的主要根源[14~16]。不同条件下冻融前后各试样不同深度的含水率分布见图6,在20 次冻融试验后,总体有如下规律: (1)试样含水率最大值均出现在距离试样顶面3 ~ 6cm处; (2)试样内部各层含水率均大于各试样初始含水率; (3)试样上部0 ~ 9cm各层含水率均大于试样下部9 ~ 15cm各层含水率。
从图6 ( a) 、( b) 中可以看出,在相同初始含水率情况下,冻结温度越低、蒸汽补给压力越大,试样经20 次冻融后含水率变化越大即吸湿能力越强。图6 ( a) 显示,试样Y1 在- 1℃ 冻结温度、0. 3MPa蒸汽补给压力下,经20 次冻融后距离试样顶面3 ~ 6cm处试样含水率达到37. 09% ; 图6 ( b)显示,试验Y1 在- 5℃ 冻结温度、1MPa蒸汽补给压力下,同样深度处含水率最大达到38. 30% 。
图6 ( b) 、( c) 、 ( d) 分别为不同初始含水率的3 个试样在相同冻结温度和相同蒸汽补给压力条件下冻融前后试样内部含水率分布图。试样Y1 从初始含水率34% 最大变化到38. 3% 、Y2 从29% 最大变化到36. 25% 、 Y3 从25% 最大变化到37. 82% 。分析表明,初始含水率越小,在相同冻融条件下,试样吸湿能力越强。
各取样点砂土天然含水率大小顺序为A1 > A2> A3、B1 > B2 > B3、C1 > C2 > C3。按照上述试验结论,初始含水率越小,试样吸湿能力越强,但试验分析也表明,不同初始含水率的试样经多次冻融后其最大含水率范围基本在36. 25% ~ 38. 3% 之间,相对于试样初始含水率25% ~ 34% 的变化范围要小得多,因此分析认为不同初始含水率的砂土在多次冻融后其含水率会趋于一个变化较小的范围内。所以认为坎儿井井口砂土含水率大小对冻融破坏的影响不大。
3 结论
( 1) 在有蒸汽补给的20 次冻融循环过程中,砂土孔隙率总的变化规律是先增大后减小。在相同初始含水率条件下,冻结温度越高、蒸汽补给压力越小,砂土孔隙率最大值出现的越迟。
( 2) 经过20 次冻融循环后,砂土孔隙率均较冻融前有所增大。增大最多的试样Y1 在-5℃冻结温度、1MPa蒸汽补给压力条件下,冻融前孔隙率为40. 36% ,冻融后孔隙率为46. 41%,增大了14. 99%。
( 3) 20 次冻融循环后,试样含水率最大值均出现在距离试样顶面3 ~ 6cm处,试样上部含水率要大于试样下部含水率且都大于初始含水率。
( 4) 初始含水率相同时,冻结温度越低、蒸汽补给压力越大,试样冻融时吸湿能力越强。冻结温度和蒸汽补给压力相同时,初始含水率越小,冻融后试样吸湿能力越强,但总体上看,含水率都趋于一个较小的变化范围。
( 5) 坎儿井竖井井壁砂土受冻融循环的影响较远离井壁砂土大,与大气接触的地表砂土受冻融循环的影响较下层砂土大。受冻融循环影响大的砂土部位应为保护加固的重点。
浅谈混凝土的冻融破坏及抗冻措施 篇7
关键词：混凝土抗冻性能,破坏机理,抗冻措施
随着混凝土建筑物的增多, 混凝土的抗冻性能要求也日益提高, 尤其在北方冬季较长, 温度较低的状况下, 建筑物对混凝土的抗冻性能要求非常高。对于一些重要的混凝土结构工程, 混凝土的防冻以及冬季施工的要求也尤为重要。
混凝土受冻害损伤可以区分为两种情况:1) 剥落脱皮是由于冻融引起的混凝土表面材料的损伤;2) 内部损伤是表面没有可见效应而在混凝土内部产生的损害, 它导致混凝土性质改变 (如动弹性模量降低) 。至于新拌混凝土受冻害损伤后则会导致混凝土冻胀破坏。混凝土的冻害会对建筑物造成巨大的危害, 所以防治混凝土受冻害损伤在冬季施工中具有重大意义[1,2]。
1 混凝土受冻害损伤有关原因[3]
1.1 新拌水泥混凝土受冻害损伤的原因
新拌混凝土的强度低、空隙率高、含水多, 极易发生冻胀破坏。冻胀破坏的外观特征是材料体内出现若干的冰夹层, 彼此平行而垂直于热流方向。其过程为:结构物表面降温冷却时, 冷流向材料体内延伸, 在深处某水平位置开始冻结, 一般从较粗大孔穴中水分开始, 冰晶形成后从间隙吸水, 发育增长, 且是不可逆转的过程, 水分从材料未冻水或从外部水源补给, 并进行宏观规模的移动。第一层孔穴中冰冻后, 在冰晶生长的过程中, 材料质体受到拉应力σt, 如果超过抗拉强度即破坏。
1.2 成熟混凝土受冻害损伤有关原因
混凝土构件中的孔径分为3个范畴, 即凝胶孔、毛细孔及气泡, 在某一固定负温下混凝土构件中水分只有一部分是可冻水, 可冻水产生多余体积直接衡量冰冻破坏威力。
可冻水 (即冰) 主要集中在水泥石及骨料颗粒的毛细孔中, 凝胶水由于表面的强大作用不大可能就地冻结, 气泡水易冻结。混凝土构件中各种孔径的空隙可认为连续分布, 分布在这些空隙中的水在降温过程中将按顺序逐步冻结, 不可能同时冻结。冻水一般是温度的逆函数, 温度愈低, 可冻水愈多。
连续的毛细管沟网络体系破坏过程:随着水化进展凝胶体生成, 网络的联系被破坏, 分成个别孤立的毛细孔 (水在其中冻结的容器) , 而凝胶连同其特征性凝胶孔和少数细小毛孔就构成透水器壁。随着水化深入, 材料质地致密及温度的下降, 将有更多细小空间的水参与冰冻, 作为器壁的凝胶的渗水性也不断减小。
当冰冻多余水受水压力推动向附近气泡 (逃逸边界) 排除时, 材料本身将受到推移水分前进的反作用力导致受拉破坏。材料组织愈致密水流宣泄不及时, 疏导不畅引起的动水压力增大。
水泥浆中包含的一般是盐类稀溶液, 一旦冰冻后变为纯冰和浓度更高的溶液;随着温度下降, 浓度不断提高。另一方面邻近凝胶中水分始终保持不冻, 其溶液浓度保持原有的水平, 于是在毛细孔溶液和凝胶水之间出现浓度差。其结果毛细孔中水分增加, 和冰接触的溶液稀释, 冰晶逐渐生长、长大。当毛细孔穴充满冰和溶液时, 冰晶进一步生长必将产生膨胀压力, 导致破坏。
另一方面在水压的情况下, 水分冻结膨胀, 多余水在压力推动下外流, 流向可能消纳水分的未冻地点;作为水流的结果压力消失, 析冰情况正好相反。未冻地点的水移动一定距离后, 最后以冰冻结束, 作为水流运动的结果产生压力。
以上两点可以综合为:第一阶段毛细孔中始发的冰冻, 向所有方向产生的水压力, 引起内应力;第二阶段较大毛细孔中水分首先生成冰晶, 可从小孔中吸引未冻结水使自身增长, 产生静应力。
骨料作为一个组分, 如果冰冻膨胀同样会成为导致混凝土破裂的应力来源;为了保证混凝土完好, 必须要求骨料和水泥净浆两者都不破坏。由于引气混凝土的广泛使用, 水泥净浆的抗冻性较易保证;从这个意义上来说, 骨料抗冻性更具有突出意义。在特殊情况岩石吸水率极低 (如重量吸水在0.5%以下的石英岩) , 可冻水极少, 冰水无渗应力出现;根据施工经验应避免使用高度吸水骨料, 小颗粒石粒可以得到较大抗冻保证[4]。
综上所述, 混凝土材料的抗冻性是以下三方面的变函数, 即:
1) 材料的性质:强度、变形、空隙情况;2) 气候条件:冻融循环次数、最低温度、降温速度、降水量、空气相对湿度等;3) 材料使用方式:降水量、自由水及跨越材料的蒸汽压梯度与温度梯度。
区分这三方面变函数将构成研究这一问题的一个根本方式的转变, 这样就有可能正确预言材料在指定环境中的抗冻能力。
2 抗冻理论在工程上的应用
1) 采取掺用防冻剂以降低新拌水泥混凝土的内部水溶液冰点以及干扰冰晶生长, 有效保护未成熟混凝土不受冻胀破坏, 在负温条件下能够继续水化。2) 采取掺用引气剂, 引气不仅在表面无冰时减轻大体积冰诱导冰冻的出现, 并且在过程中也减轻了冰挤出的损害, 消纳更多的毛细孔中冰冻所产生的多余体积, 有助于保护成熟混凝土免于伤害。3) 配合比设计采取高效减水剂尽量降低水灰比并经过充分水化, 就有可能做出实际上不包含可冻水的饱和混凝土构件。不包含毛细水 (或数量很少) 的混凝土构件, 由于凝胶中空间极微细, 结晶的始发十分困难, 并不发生冻结, 故施工中尽量不使用粉煤灰作为外掺料加入混凝土。4) 选用岩石吸水率较低 (如重量吸水在0.5%以下的岩石) , 可冻水极少, 骨料表现安全, 不受冰冻伤害, 同时使用小颗粒石粒可以得到较大抗冻性保证。5) 改善混凝土的气候条件以及使用方式, 在地面以上的混凝土结构的冬季施工中, 采取棉毡包裹等有效的蓄热保温措施, 以此延长混凝土养护周期, 保证成熟混凝土充分水化, 尽量降低构件毛细水含量, 防止成熟混凝土受冻。
3 冻融破坏的修补措施
混凝土的冻融剥蚀进程一般比较缓慢, 初期阶段易被忽视, 直到显露出明显特征才被发现。冻融剥蚀破坏发生后, 首先要明确在特定工程条件下引发和控制冻融剥蚀发生、发展的主要因素, 分清其中的可消除因素, 根据工程维护管理资料确定或估计冻蚀的发展速度 (年剥蚀深度) , 分析冻蚀现状 (深度和范围) 以及今后可能的发展或诱发其他病害对建筑物的安全性、适用性、耐久性和美观的影响及危害严重程度, 最后判断修补处理的必要性及轻重缓急或采取相应的防护措施[8,9]。对遭受冻融破坏的混凝土结构, 目前均按照“凿旧补新”原则进行修补, 亦即将已遭受冻融破坏的混凝土全部凿除, 回填具有高抗冻性能的优质修补材料, 在某些情况下还可采取防水, 止住渗漏和排水等补救处理措施。
4 冻融破坏的修补材料
1) 高抗冻性混凝土。2) 聚合物水泥砂浆。3) 预缩水泥砂浆。此外, 冻融破坏的修补工艺也是非常重要的影响因素。良好的处理方法能够大大改善混凝土的抗冻性能, 满足较高的抗冻性要求。
5 结语
混凝土在长期的冻融下, 非常容易遭到破坏, 致使构件表面产生剥落, 从而大大影响了混凝土结构正常的使用功能。本文从混凝土的相变化以及冻融破坏产生的原因出发, 分析了影响混凝土抗冻性能的种种因素, 以及改善混凝土抗冻性的措施。
参考文献
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冻融破坏机理 篇8
我国地域辽阔, 在寒冷冬季的北方地区, 尤其东北三省、内蒙古、以及西北五省等省市自治区, 气温均在零度以下。而混凝土在零度以下的环境中易发生冻融破坏, 这些地区的混凝土结构破坏基本上均与冻融相关[1]。
2008年初, 我国长江以南大部分地区持续冰冻灾害, 由于持续的冰冻天气, 混凝土输电塔出现不同程度的结冰现象, 在长江以南地区出现这样的现象让人难以预料。无论是冬季严寒的北方, 还是特殊情况下的南方, 冻融破坏的现象在全国各地均有存在, 并且对混凝土耐久性造成了极大的影响。研究冻融破坏对混凝土的影响, 对混凝土耐久性研究具有重要意义。
2 混凝土冻融破坏机理研究状况
混凝土的冻融破坏, 是一系列物理变化的结果。从大约二十世纪中叶开始, 美国与欧洲等科技较为领先的国家或地区均注重研究混凝土冻融破坏机理, 并且提出了多种混凝土冻融破坏理论[2]。在此领域以T.C.Powers为代表的理论成为最基本的混凝土冻融破坏理论。截止目前, 混凝土的冻融破坏基本理论[3]有膨胀压、渗透压、水的离析成层等理论, 但目前学术界认可度比较高的, 仍然是膨胀压理论和渗透压理论。
2.1 膨胀压力理论
混凝土一般是在集料中掺入适当比例的水与水泥, 并且引入适当的外加剂所共同组成的。一方面无论是何种集料, 在其内部总会或多或少地存在一定的孔隙;另一方面混凝土在拌合、浇筑、振捣和成型过程中, 也会残留一定的孔隙。混凝土的这些孔隙中经常含有水, 当温度低于零度时, 毛细孔中的水会生成冰。由于水冻结成冰体积会增大约9%, 随着外界环境温度的逐渐降低, 越来越多的水逐渐变成体积膨胀的冰, 未结冰的水持续受压, 由于四周密闭而无处流动, 使得混凝土毛细孔中逐渐产生越来越大的内应力。此内应力积累到一定程度, 便会逐渐平衡混凝土内部所能承受的最大涨裂应力, 进而使混凝土因涨裂产生破坏。
2.2 渗透压力理论
有研究指出[3], 在混凝土孔隙中, 即便达不到完全饱和, 也会引起混凝土的冻融破坏, 仅以零度以下水结冰时体积膨胀9%的膨胀压力理论无法准确论述复杂的混凝土冻融破坏现象。T.C.Powers在混凝土冻融破坏领域进行深入研究后发现, 混凝土孔隙中的水凝结成冰时, 所生成的冰并不向外排出, 而是向着冷源方向推进。鉴于此情况, T.C.Powers等人对混凝土的冻融破坏提出了渗透压理论。该理论认为, 在结冰的条件下, 混凝土孔隙中的水分首先有部分凝结成固态的冰, 由于本来位于混凝土孔隙中的水被冻结成冰, 使得混凝土孔隙中的溶液浓度发生变化, 凝胶孔中的自由水便会向毛细孔移动, 进而引起混凝土毛细孔的扩散作用而形成了渗透压力, 毛细孔中的水在冻结体积逐渐膨胀的作用下导致混凝土发生涨裂破坏。
3 不同类型水对冻融的影响
虽然以上两种理论都是混凝土冻融破坏中认可度较高的理论, 但这两种理论均属于基本理论, 对混凝土冻融过程中具体的因素都描述过于简单。本文作者认为, 在混凝土冻融破坏中, 混凝土中各种水的影响作用尤为重要, 不能简单一笔带过, 而应该做深入比较研究。
混凝土在成型养护过程中由于水化反应消耗水分引起混凝土体积减小, 这也就是常见的混凝土养护完成后经常出现细小裂纹的原因。在混凝土发生水化的过程中, 有一部分水参与混凝土的水化反应而被消耗掉, 另一部分水残留在混凝土之中形成结晶水、吸附水、毛细孔水和游离水[4]。
3.1 混凝土中不同类型水对冻融的影响
3.1.1 结晶水
化合物中所结合的水分子称为结晶水, 在常见的晶体物质中, 会以一定比例结合着部分水。这部分水与其他成分之间成简单的比例, 属于物质组成的一部分, 是不可能结冰的, 所以结晶水的存在对混凝土冻融没有影响。
3.1.2 吸附水
吸附水也称为凝胶水, 其中一些水被吸附在混凝土浆体的外面, 另一些水停留在混凝土颗粒之间的空隙中。通常情况下凝胶孔尺寸比较小, 在-70℃以下才能凝结成冰。一般常见环境根本达不到如此低的温度, 因此这部分水被认为在一般情况下不存在结冰问题, 进而说明吸附水不会对混凝土的冻融破坏造成影响。
3.1.3 毛细孔水
在混凝土实际拌合时, 其用水量一般都会与理论计算值存在细微差异, 此时发生水化反应后剩余的水便会滞留于毛细孔之中, 使混凝土内产生相互连通的毛细孔。广泛存在于毛细孔中的这些毛细孔水是可冻的, 并且随着毛细孔的逐渐缩小, 毛细孔水的冰点也随着逐渐降低, 这些存在于混凝土中的毛细孔水很容易发生以上所提到的膨胀与渗透破坏, 这也就是混凝土产生冻融破坏的主要因素。
3.1.4 游离水
游离水也就是以水分子状态存在于混凝土各类型固体颗粒之间的自由水。由于游离水是以分子状态存在于混凝土固体颗粒之间, 当环境温度达到结冰温度后, 游离水便会结冰产生冻融破坏。故游离水的存在, 对混凝土的冻融破坏也有很大的影响。
3.2 引起混凝土产生冻融破坏的水分析研究
由以上的对比可以发现, 冻融作用引起的破坏主要是由存在于混凝土中的毛细孔水和游离水在外界环境达到结冰温度时, 由水凝结生成冰所造成的, 而结晶水和吸附水由于自身存在的特点, 对冻融几乎不产生任何影响。
T.C.Powers[5]在20世纪四十年代提出了混凝土中由于毛细孔水结冰膨胀, 在混凝土中所产生的膨胀内应力计算公式如下所示:
P=η (1.09-1/s) μc (λ/3) k
式中:η-粘性系数;s-饱水度;μc-冻结速率;k-渗透率。
该理论公式充分说明了孔径较大的毛细孔水对混凝土冻融破坏有着直接的影响。渗透率与孔隙率直接相关, 混凝土受到冻融破坏的严重程度, 与毛细孔中饱水程度有很大的关系。不同类型的水对混凝土冻融破坏有着不同的影响, 所以我们在研究混凝土冻融破坏时, 应高度重视并区分各种不同类型水对混凝土冻融破坏的影响。
4 结束语
冻融破坏对混凝土的影响主要由存在于混凝土之中的水在结冰温度之下凝结成冰, 使混凝土之中产生膨胀力与渗透力, 进而导致混凝土在此应力的作用下产生破坏。但并不是混凝土中所有类型的水都会对混凝土产生冻融破坏, 只有存在于毛细孔中的毛细孔水与骨料之间的游离水才可对混凝土产生冻融破坏。混凝土长年累月存在于冻融交替的环境中, 由于内应力涨裂所产生的裂缝将会不断扩大, 最终连接贯通, 使混凝土产生剥离的耐久性破坏。
通过混凝土中不同水存在的形式对混凝土冻融破坏的影响研究, 可以充分利用混凝土冻融破坏的特点, 有针对性地在混凝土设计与施工过程中尽量减少毛细孔水与游离水的含量, 不但能满足混凝土的基本性能指标要求, 更可以大幅提高混凝土的耐冻融性能, 对实际工程具有极大的指导意义。
摘要：文章论述了混凝土冻融破坏问题的重要性, 着重研究影响混凝土冻融破坏因素中不同类型的水对混凝土冻融破坏的影响, 总结对混凝土冻融破坏的认识, 为解决实际工程中冻融对混凝土的影响提供相关借鉴。
关键词：混凝土,冻融破坏,耐久性
参考文献
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