畢業(yè)論文混凝土抗凍耐久性研究.土木工程檢測(cè)1班.霍英亮

1、 . 鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目 對(duì)混凝土的抗凍耐久性的研究 學(xué)生 霍英亮 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 土木工程檢測(cè)技術(shù)2010級(jí)（1）班 指導(dǎo)教師 夏芳 城市軌道交通學(xué)院 2013年6月對(duì)混凝土的抗凍耐久性的研究摘要本論文針對(duì)北方寒冷地區(qū)混凝土凍融破壞問(wèn)題,扼要綜述了國(guó)外混凝土抗凍耐久性技術(shù)的研究動(dòng)態(tài),敘述了利用礦物摻合料和復(fù)合摻入是改善混凝土抗凍耐久性的有效措施?；炷聊途眯允侵附Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費(fèi)用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)(GB50010-2002)中，明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。但現(xiàn)

2、行設(shè)計(jì)規(guī)只劃分成兩個(gè)極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，而將耐久性能的要求列入正常使用極限狀態(tài)之中。且以構(gòu)造要求為主?；炷恋哪途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能不僅包括結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。關(guān)鍵字：混凝土 耐久性 凍融破壞 礦物摻合料目錄緒論1一、混凝土的耐久性研究21、混凝土的耐久性容21.1混凝土的主要腐蝕性31.1.1混凝土的抗侵入性和抗?jié)B性3二、混凝土凍融破壞的機(jī)理4三、影響混凝土抗凍耐久性的因素5四、提高混凝土抗凍耐久性的措施64.1外加劑74.2摻合料74. 2.1 硅粉的摻入 74. 2 .2礦渣的摻入 84.

3、 2.3 粉煤灰的摻入 84. 2.4消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素94. 2.5保證混凝土的強(qiáng)度9五、目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法10六.高強(qiáng)混凝土抗凍融技術(shù)現(xiàn)狀10七、結(jié)語(yǔ)11參考文獻(xiàn)12一、混凝土的耐久性研究1、混凝土的耐久性研究容包括：鋼筋銹蝕、化學(xué)腐蝕、凍融破壞、堿集料破壞。混凝土的抗凍性作為混凝土耐久性的一個(gè)重要容，在北方寒冷地區(qū)工程中是急待解決的重要問(wèn)題之一。與鋼材和木材相比,混凝土或鋼筋混凝土抵抗環(huán)境作用的能力較強(qiáng),常被認(rèn)為是耐久的材料,但實(shí)際情況并不總是如此.環(huán)境作用下的材料劣化現(xiàn)象主要是鋼筋腐蝕和混凝土腐蝕.埋在混凝土中的鋼筋通常不會(huì)銹蝕,這是由于混凝土顯堿性,會(huì)在

4、鋼筋表面形酡一層氧化的保護(hù)膜防止銹蝕發(fā)展.主要有兩種情況可以破壞鋼筋表面的氧化膜,并在氧氣與水分的參與下使鋼筋發(fā)生持續(xù)的銹蝕:一種情況是大氣中的CO2從混凝土表面向里入侵并與混凝土中的堿性物質(zhì)氫氧化鈣起化學(xué)作用生成中性的碳酸鈣,使混凝土強(qiáng)度降低,當(dāng)碳化發(fā)展到鋼筋表面,破壞了鈍化膜得以形成的條件,鋼筋就會(huì)發(fā)生腐蝕;一種情況是周?chē)h(huán)境中的氯離子從混凝土表面逐漸侵入到混凝土部,當(dāng)?shù)竭_(dá)鋼筋表面處的氯離子濃度積累到一定值(臨界濃度)后也會(huì)破壞鈍化膜,氯鹽引起鋼筋混凝土銹蝕發(fā)展速度很快,遠(yuǎn)比碳化銹制混凝土?xí)r使用海砂或摻入鹽類(lèi)外加劑(如冬季施工時(shí)使用氯鹽防凍劑)快.11.1混凝土主要腐蝕有凍融破壞和化學(xué)腐蝕

5、。飽水的混凝土在凍融環(huán)境中容易發(fā)生開(kāi)裂剝落等損壞,主要原因在于混凝土中的毛細(xì)孔隙水受凍后膨脹并產(chǎn)生壓力。飽水程度不高的混凝土因孔隙的飽水程度不斷積累.配制混凝土?xí)r加入化學(xué)引劑可在混凝土體產(chǎn)生大量的封閉微細(xì)氣泡,是防止混凝土凍融破壞的最有效手段.冬矢噴灑除冰鹽能促使混凝土飽水,除冰鹽還能使混凝土中的水泥漿體在受凍時(shí)產(chǎn)生很高的滲透壓力和水壓力,使混凝土面層起皮剝落。 混凝土的化學(xué)腐蝕主要來(lái)自周?chē)w和土體中含有硫酸鹽、碳酸等鹽類(lèi)和酸類(lèi)化學(xué)物質(zhì)的侵蝕.硫酸三鈣起作用形成硫鋁酸鈣(鈣礬石),這兩種反應(yīng)均造成體積膨脹,使混凝土開(kāi)裂破壞.當(dāng)硫酸鹽在混凝土孔隙水中的濃度不斷增加并過(guò)度飽和而結(jié)晶時(shí),也會(huì)產(chǎn)生非

6、常大的壓力使混凝土開(kāi)裂.這種情況常發(fā)生在鹽堿地區(qū),當(dāng)?shù)叵滤?、水中的硫酸鹽滲入混凝土部并通過(guò)孔隙水的毛細(xì)作用上升到地表以上時(shí),在相對(duì)干燥的環(huán)境下,孔隙水中的硫酸鹽濃度不斷積累并發(fā)生結(jié)晶。海洋環(huán)境下當(dāng)混凝土接觸海水并頻繁處于干濕交替的狀態(tài)時(shí),也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似情況.硅酸鹽水泥混凝土的抗酸能力較差,當(dāng)接觸的水呈酸性(pH值小于6.5)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題?；炷吝€會(huì)受到自身的化學(xué)腐蝕,其中較為常見(jiàn)的一種是混凝土的堿一骨料反應(yīng).當(dāng)配制混凝土?xí)r使用了含有活性礦物成分的砂石骨料,后者會(huì)與混凝土的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成某種某種膠凝體,遇水后體積膨脹可使混凝土發(fā)生脹裂破壞.以上所說(shuō)的種種劣化過(guò)程,都需要有水的參與或以水作為

7、媒介.為了阻止水分、氧分二氧化碳等氣體和鹽酸等有害物質(zhì)侵入混凝土部，最根本的措施就是要增加混凝土材料自身的抗侵入性或抗?jié)B性,并增加鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度,以延緩有害物質(zhì)到達(dá)鋼筋位置的時(shí)間。2傳統(tǒng)的混凝土由水泥、砂、石加水拌和而成,水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),水化后形成的固體水泥漿體由水化硅酸鈣(C-S-H凝膠)、氫氧化鈣和少量的水化鋁硫酸鈣與未水化的水泥顆粒組成,并將砂石膠緒在一起。水化硅酸鈣占固體漿體的60%以上,強(qiáng)度高,性能也較穩(wěn)定.氫氧化鈣約占25%,強(qiáng)度較低,遇水易析出并易遭外界酸堿的侵蝕,是水化產(chǎn)物中的簿弱環(huán)節(jié),但氫氧化鈣使混凝土呈堿性,有利于混凝土中的鋼筋不受銹蝕.硬化后的水泥漿體中還含

8、有大量的毛細(xì)孔隙,大小可從0.01-5微米,其尺寸分布與體積取決于水泥漿體的水灰比與水化程度.毛細(xì)孔隙原為拌和水占據(jù)的空間,水泥水化后的體積約可增加一倍,隨著齡期增長(zhǎng),水化不斷完善,毛細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)得以改善.在水化良好的低水灰比漿體中,毛細(xì)孔隙尺寸在0.01-0.1微米的圍,而在高水灰的早期漿體中,毛細(xì)孔隙被認(rèn)為對(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性有害.對(duì)普通混凝土來(lái)說(shuō),水泥漿體的強(qiáng)度和抗?jié)B性一般要比砂石差得多,而漿體與石子之間的界面結(jié)構(gòu)更為薄弱.為了增加混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性,最主要的手段是要減少拌和水的用量,改善水泥漿體和界面的微結(jié)構(gòu),降低毛細(xì)孔隙尺寸.另外,在低用水量的前提下,還應(yīng)在混凝土中加入粉煤灰、磨細(xì)礦渣礦

9、渣等礦物摻和料與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)作用(火山灰反應(yīng))后生成的產(chǎn)物可進(jìn)一步改善混凝土的微結(jié)構(gòu),并消耗部分的不利于混凝土強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性的氫氧化鈣.加入大摻量礦物摻和料還能有效抑制硫酸鹽、酸、堿-骨料反應(yīng)等化學(xué)腐蝕,并能顯著提高混凝土抗氯鹽侵入的能力。9 而高性能混凝土具有豐富的技術(shù)容，盡管同業(yè)對(duì)高性能混凝土有不同的定義和解釋?zhuān)舜司J(rèn)為高性能混凝土的基本特征是按耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證拌和物易于澆筑和密實(shí)成型，不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫，硬化后有足夠的強(qiáng)度，部孔隙結(jié)構(gòu)合理而有低滲透性和高抗化學(xué)侵蝕。基于上述特點(diǎn)，高性能混凝土成為我國(guó)近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。10 高

10、性能混凝土的核心是保證耐久性。耐久性對(duì)工程量浩大的混凝土工程來(lái)說(shuō)意義非常重要，若耐久性不足，將會(huì)產(chǎn)生極嚴(yán)重的后果，甚至對(duì)未來(lái)社會(huì)造成極為沉重的負(fù)擔(dān)。據(jù)美國(guó)一項(xiàng)調(diào)查顯示，美國(guó)的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價(jià)值約為6萬(wàn)億美元，每年所需維修費(fèi)或重建費(fèi)約為3千億美元。美國(guó)50萬(wàn)座公路橋梁中20萬(wàn)座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國(guó)共建有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修；而對(duì)二戰(zhàn)前后興建的混凝土工程，在使用30-50年后進(jìn)行加固維修所投入的費(fèi)用，約占建設(shè)總投資的40%-50%以上?；乜粗袊?guó)，我國(guó)50年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年。如果

11、平均壽命按30-50年計(jì)，那么在今后的10-30年間，為了維修這些建國(guó)以來(lái)所建的基礎(chǔ)設(shè)施，耗資必將是極其巨大的。而我國(guó)目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達(dá)2萬(wàn)億人民幣以上。照此來(lái)看，約30-50-年后，這些工程也將進(jìn)入維修期，所需的維修費(fèi)用和重建費(fèi)用將更為巨大。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費(fèi)用。111.1 混凝土的抗侵入性或抗?jié)B性主要取決于毛細(xì)孔隙的孔徑分布和孔隙率等孔結(jié)構(gòu)特征.不同的侵蝕物質(zhì)往往以擴(kuò)散、滲透、吸收等不同傳輸機(jī)理通過(guò)混凝土中連通的毛細(xì)孔隙侵入到混凝土部.擴(kuò)散是流體中的自由分子或離子通過(guò)無(wú)序遠(yuǎn)動(dòng)從高濃度區(qū)到低濃度區(qū)的凈流動(dòng),其驅(qū)動(dòng)力是濃

12、度差;滲透是在壓力差的驅(qū)動(dòng)下而產(chǎn)生的流體運(yùn)動(dòng);而吸收則是毛細(xì)孔隙表面力引起的液體傳輸。此外,還有一些機(jī)理引起侵蝕介質(zhì)在混凝土毛細(xì)孔隙的傳輸,如分子力的吸附和電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的離子遷移. 3二氧化碳、氧氣和水蒸氣等分子主要通過(guò)空氣中的擴(kuò)散機(jī)理傳輸,其在混凝土中的擴(kuò)散過(guò)程與混凝土的含水量或濕度有很大關(guān)系.如果混凝土長(zhǎng)期濕潤(rùn)或處于水下,混凝土毛細(xì)孔隙飽水,氣體分子就不容易擴(kuò)散到混凝土部,這種環(huán)境條件下的混凝土很難碳化;相反,如果環(huán)境濕度不高或比較干燥,毛細(xì)孔隙的水分少而部分中空,二氧化碳擴(kuò)散快,碳化速度也快.受雨淋的混凝土與有遮蔽的相比,前者的濕度相對(duì)較大,碳化速度較慢。但是混凝土碳化的化學(xué)反應(yīng)需要有一定

13、水分,如環(huán)境條件過(guò)于干燥,碳化也不會(huì)發(fā)生。另一方面,如果沒(méi)有足夠的水分和氧氣供給,鋼筋即使因混凝土碳化而脫鈍,也不會(huì)發(fā)生持續(xù)的銹蝕.所以對(duì)鋼筋而言,最易發(fā)生銹蝕的環(huán)境條件是干濕交替. 強(qiáng)度和耐久性是混凝土的兩大基本特性，也是混凝土科學(xué)的兩個(gè)主要的研究體系。隨著混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)能源節(jié)約的認(rèn)識(shí)，其耐久性問(wèn)題越來(lái)越受到重視 我國(guó)地域遼闊，地跨溫?zé)岫?，海岸線(xiàn)漫長(zhǎng)，面臨的條件比較嚴(yán)酷，出現(xiàn)問(wèn)題也比較突出。有些工程處于水位交變區(qū)域（如海港碼頭處于潮汐變化段），使用2070年均因反復(fù)凍融導(dǎo)致破壞，嚴(yán)寒地區(qū)不少水工建筑使用不到10年需要大修，華南、華東的海港碼頭處于淺浪區(qū)的梁

14、板底部（高柱碼頭、重力式沉箱碼頭），由于鋼筋銹蝕，發(fā)生順筋開(kāi)裂剝落相當(dāng)嚴(yán)重普遍。曾經(jīng)調(diào)查18座僅用725年的海港碼頭結(jié)構(gòu)，其中因鋼筋腐蝕而破壞或不耐久的占80%，原為全優(yōu)工程的北倫港10萬(wàn)噸級(jí)礦石中轉(zhuǎn)碼頭已經(jīng)普遍順筋開(kāi)裂需要大修。我國(guó)現(xiàn)有建筑老化現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)重，截止20世紀(jì)末，據(jù)統(tǒng)計(jì)23.4億平方米的工業(yè)與民用建筑進(jìn)入老齡期，處于提前退役狀態(tài)，其中一個(gè)重要原因是20世紀(jì)50年代為了加快施工，冬季采用了氯鹽類(lèi)防凍劑，對(duì)鋼筋銹蝕嚴(yán)重。因此，混凝土的凍融破壞是我國(guó)建筑物老化病害的主要問(wèn)題之一，嚴(yán)重影響了建筑物的長(zhǎng)期使用和安全運(yùn)行，為使這些工程繼續(xù)發(fā)揮作用和效益，各部門(mén)每年都耗費(fèi)巨額的維修費(fèi)用，而這些

15、維修費(fèi)用為建設(shè)費(fèi)用的13 倍。美國(guó)投入混凝土基建工程的總造價(jià)為16 萬(wàn)億美元，據(jù)估計(jì)今后每年用于混凝土工程維修和重建的費(fèi)用估計(jì)達(dá)3000 億美元。二、混凝土凍融破壞的機(jī)理混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用稱(chēng)為凍融破壞。凍融破壞一般發(fā)生在寒冷地區(qū)經(jīng)常與水接觸的混凝土結(jié)構(gòu)工程，如處于水位變化區(qū)域的海工、水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)物，城市配套設(shè)施水廠水池的建筑物，與水接觸的混凝土道路路面以與房屋建筑的墻面、勒腳等混凝土凍融破壞的表現(xiàn)是凍膨開(kāi)裂和表面剝蝕脫落兩個(gè)方面。混凝土的凍融破壞機(jī)理是一個(gè)尚未完全研究清楚的問(wèn)題，一般認(rèn)為是水在負(fù)溫下結(jié)冰后體積膨脹產(chǎn)生靜水壓力和水分遷移引起的滲透壓力導(dǎo)致了混凝土的凍

16、融破壞。水結(jié)冰時(shí)體積膨脹約為9%，如果毛細(xì)孔中的含水率達(dá)到某一臨界值，水的結(jié)冰膨脹就會(huì)產(chǎn)生很大的靜水壓力?；炷撩?xì)孔冰的蒸氣壓，這個(gè)蒸氣壓差推動(dòng)未凍水向凍結(jié)區(qū)遷移，由此形成的壓力即為滲透壓力。凍結(jié)區(qū)水結(jié)冰后，使未凍溶液中鹽的濃度增大(環(huán)境中的鹽、水泥水化產(chǎn)生的可溶鹽和外加劑帶入的鹽），與周?chē)合嘀宣}的濃度差別也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滲透壓力。當(dāng)靜水壓力超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土中微裂縫的擴(kuò)展，多次凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。根據(jù)靜水壓假說(shuō)，硬化后混凝土的空隙有凝膠孔、毛細(xì)孔、空氣泡等。凝膠孔的孔徑很小，一般為（1520）×10-10m；毛細(xì)孔的孔徑一般為0.0110m之間，而且往往互相連通

17、；空氣泡是在混凝土攪拌與振搗時(shí)由大氣中吸入或摻引氣劑產(chǎn)生，一般為封閉球狀。混凝土在水中時(shí)，毛細(xì)孔處于水飽和狀態(tài)，而空氣泡壁雖也吸附水分，但在常壓下很難達(dá)到飽和?；炷量兹芤褐杏捎谌苡锈?、鈉、鈣離子等，溶液飽和蒸汽壓比普通水低，水泥漿體中的自由水冰點(diǎn)約為-2-1，孔徑越小，孔水的飽和蒸汽壓越低，冰點(diǎn)也越低，凝膠空的水由于孔徑很小，冰點(diǎn)很低（一般為-80-70），實(shí)際上是不可能結(jié)冰的，結(jié)冰的水只能是毛隙孔中的水，而且往往是從表層的粗孔開(kāi)始逐漸向部細(xì)孔發(fā)展。水結(jié)冰體積膨脹9%。首先粗孔中的水結(jié)冰體積膨脹向外頂壓，使未結(jié)冰的水溶液產(chǎn)生靜水滲透壓力，同時(shí)水結(jié)冰的膨脹作用也對(duì)水泥石固相產(chǎn)生壓力，當(dāng)固相的膨

18、脹壓力與液相的靜水滲透壓力對(duì)混凝土產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，從而造成混凝土的破壞。如果混凝土拌合是摻入引氣劑，混凝土硬化后生成大量獨(dú)立封閉球形氣泡，直徑在25500m,且不易吸水飽和，空氣泡的存在縮短了毛隙孔滲水渠道的距離使受壓迫的孔隙水就近排入其中，減小了靜水滲透壓力，同時(shí)對(duì)固相的膨脹壓力也起到了卸壓緩解作用，從而使混凝土抗凍性大大提高。三、影響混凝土抗凍耐久性的因素 由上述混凝土凍融破壞機(jī)理可知,混凝土抗凍性與空氣泡的間距、降溫速度、抗凍水的含量、材料滲透系數(shù)與結(jié)構(gòu)抵抗破壞能力有關(guān)。其中空氣泡的平均間距是影響混凝土抗凍性的最主要因素，平均氣泡間距越大，則凍融過(guò)程毛細(xì)孔中靜水壓力和

19、滲透壓力越大，是混凝土凍融破壞作用越大；而平均氣泡間距大小與混凝土中含氣量大小、水泥漿體含量與平均氣泡半徑有關(guān)，水泥漿體含量取決于水灰比和水泥用量，平均氣泡半徑主要取決于引氣劑質(zhì)量與攪拌、振搗施工工藝條件，其中水灰比和含氣量是影響氣泡間距的主要因素?；炷恋乃冶仍酱螅紫堵试酱螅炷撂幱谒柡蜖顟B(tài)時(shí)的含水量越大，可凍水的含量越多，結(jié)冰速度越快，氣泡結(jié)構(gòu)越差，平均氣泡結(jié)構(gòu)間距增大?？梢?jiàn)水灰比是影響混凝土抗凍性的主要因素之一。四、提高混凝土抗凍耐久性的措施4.1 外加劑在混凝土中摻用引氣劑，是提高抗凍能力最有效的方法。大量微小氣泡的存在，不僅能隔斷混凝土中毛細(xì)管通道，還對(duì)水分結(jié)冰時(shí)所產(chǎn)生的壓力

20、有緩沖作用。氣泡還可使混凝土彈末有所降低，對(duì)提高混凝土抗裂性有利。因此，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55-2000)規(guī)定抗凍等級(jí)F100與以上的混凝土應(yīng)摻用引氣劑。長(zhǎng)期的工程實(shí)踐與室研究資料表明:提高混凝土抗凍耐久性的一個(gè)十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中摻入一定量的引氣劑。引氣劑是具有增水作用的表面活性物質(zhì)，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面力和表面能，使混凝土部產(chǎn)生大量的微小穩(wěn)定的封閉氣泡。這些氣泡切斷了部分毛細(xì)管通路能使混凝土結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的膨脹壓力得到緩解，不使混凝土遭到破壞，起到緩沖減壓的作用。這些氣泡可以阻斷混凝土部毛細(xì)管與外界的通路，使外界水份不易浸入，減少了混凝土的滲透性。

21、同時(shí)大量的氣泡還能起到潤(rùn)滑作用，改善混凝土和易性。因此，摻用引氣劑，使混凝土部具有足夠的含氣量，改善了混凝土部的孔結(jié)構(gòu)，大大提高混凝土的抗凍耐久性。國(guó)外的大量研究成果與工程實(shí)踐均表明引氣后混凝土的抗凍性可成倍提高。撫研究得出：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性的根本所在?；炷恋目箖瞿途眯噪S孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化而變化，當(dāng)孔間距系數(shù)小于250m 時(shí)，混凝土抗凍耐久性指數(shù)基本能達(dá)到60 %以上，即可經(jīng)受300 次快速凍融循環(huán)試驗(yàn)。這一點(diǎn)與Powers 的臨界孔間距概念相符：早在50 年代，鮑爾斯(T. C. Powers) 等人首先開(kāi)展了摻引氣劑硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)的測(cè)試分析研究，并提出了滿(mǎn)足混凝土抗凍

22、耐久性要求的孔間距系數(shù)的重要概念：即當(dāng)孔間距小于臨界孔間距( < 250m) 時(shí)混凝土是抗凍的。宋擁軍認(rèn)為，只要引氣量合適，普通混凝土均能獲得較高的抗凍耐久性。引氣混凝土中氣泡平均尺寸與其間距隨水灰比的增大而加大，同時(shí)水泥漿中可凍水的百分率也相應(yīng)加大，從而導(dǎo)致混凝土抗凍耐久性的顯著下降，因此，不能忽視對(duì)水灰比的限制。朱蓓蓉，吳學(xué)禮，黃土元認(rèn)為：合理的氣泡結(jié)構(gòu)是混凝土抗凍耐久性得以真正改善的關(guān)鍵，然而，氣泡體系形成、穩(wěn)定與氣泡結(jié)構(gòu)的建立密不可分，因此高度重視氣泡體系穩(wěn)定性的問(wèn)題就顯得更加重要。他們根據(jù)國(guó)外的研究成果和部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論:影響混凝土中氣泡體系形成與穩(wěn)定性的因素有混凝土各組成

23、材料、混凝土配合比、拌合物特性以與外界條件，如環(huán)境溫度、攪拌、運(yùn)輸和澆灌技術(shù)等。針對(duì)不同環(huán)境條件、不同工程要求的混凝土，必須進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，才能使得硬化混凝土具有設(shè)計(jì)所要求的含氣量和合理的氣泡結(jié)構(gòu)，增進(jìn)了混凝土工程界對(duì)引氣劑應(yīng)用技術(shù)的認(rèn)識(shí)。眾多學(xué)者的研究表明：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性與其它性質(zhì)的根本所在。摻引氣劑可以改善混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因此，測(cè)試硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是研究混凝土抗凍耐久性能的有效途徑和方法之一。引氣劑 長(zhǎng)期的工程實(shí)踐與室研究資料表明 :提高混凝土抗凍耐久性的一個(gè)十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中摻入一定量的引氣劑。引氣劑是具有增水作用的表面活性物質(zhì)，它可以明

24、顯的降低混凝土拌合水的表面力和表面能，使混凝土部產(chǎn)生大量的微小穩(wěn)定的封閉氣泡。這些氣泡切斷了部分毛細(xì)管通路能使混凝土結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的膨脹壓力得到緩解，不使混凝土遭到破壞，起到緩沖減壓的作用。這些氣泡可以阻斷混凝土部毛細(xì)管與外界的通路，使外界水份不易浸入，減少了混凝土的滲透性。同時(shí)大量的氣泡還能起到潤(rùn)滑作用，改善混凝土和易性。因此，摻用引氣劑，使混凝土部具有足夠的含氣量，改善了混凝土部的孔結(jié)構(gòu)，大大提高混凝土的抗凍耐久性。國(guó)外的大量研究成果與工程實(shí)踐均表明引氣后混凝土的抗凍性可成倍提高 3 4 5 。 美國(guó)是最早開(kāi)始研究引氣劑的國(guó)家，自 1934 年在美國(guó)堪薩斯州與紐約州道路工程施工中發(fā)現(xiàn)引氣混凝土

25、，至今已有半個(gè)多世紀(jì)。挪威 6 1974 年首次在大壩中使用引氣劑，經(jīng)過(guò)20 年運(yùn)行后，摻引氣劑的混凝土表面完好無(wú)損，而未摻引氣劑的混凝土則已遭受較嚴(yán)重的凍融破壞。我國(guó)這方面的工作始于50 年代。我國(guó)混凝土學(xué)科創(chuàng)始人吳中偉教授，在50年代初期就強(qiáng)調(diào)了混凝土抗凍的重要性，并創(chuàng)先研制了松香熱聚物加氣劑(引氣劑) ， 應(yīng)用 于治淮水利混凝土工程，開(kāi)創(chuàng)了我用引氣劑而提高混凝土抗凍耐久性的先河。撫(1991年) 分析 了摻引氣劑混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗凍耐久性，得出與上述同樣結(jié)論 7 ： 摻用引氣劑，使混凝土達(dá)到足夠的含氣量要求，可改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并明顯改善混凝土的抗凍耐久性。 國(guó)外許多學(xué)者研究了影

26、響混凝土抗耐久性的因素， SEibel ，Sellebold ，Malhotra ， Pigen 等人 8 9 10 研究表明：混凝土的含氣量、臨界氣泡間距、水灰比、骨料、臨界飽水度和降溫速度等因素綜合決定了混凝土的抗凍耐久性能。Stark and Ludwig ( 1993 ) 提出 11 ： 水泥熟料中C 3 A 的含量的增加會(huì)提高其混凝土的抗凍耐久性，但會(huì)降低混凝土抵抗鹽凍能力。Osama A.Mohamed(1998) 研究了水泥品種，引氣劑質(zhì)量與引氣的 方法 對(duì)混凝土抗凍融耐久性影響，得出 12 ：引氣能顯著提高混凝土的論文聯(lián)盟 LWLM 整理抗凍融性，然而，長(zhǎng)期處于凍融循環(huán)的混凝土

27、的抗凍能力則取決于天氣的惡劣程度與凍融周期的頻率。關(guān)英俊，撫 13 (1990) 討論了提高水工混凝土抗凍耐久性的技術(shù)措施，提出耐凍混凝土必須正確進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，摻優(yōu)質(zhì)引氣劑，減小水灰比，合理選用原材料，還要嚴(yán)格按施工規(guī)技術(shù)要求施工，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。 撫 14 (1993) 進(jìn)一步研究得出：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性的根本所在?；炷恋目箖瞿途眯噪S孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化而變化，當(dāng)孔間距系數(shù)小于250m 時(shí)，混凝土抗凍耐久性指數(shù)基本能達(dá)到60 %以上，即可經(jīng)受300 次快速凍融循環(huán)試驗(yàn)。這一點(diǎn)與Powers 的臨界孔間距概念相符：早在50 年代，鮑爾斯(T. C. Powers) 等人首先開(kāi)展了摻

28、引氣劑硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)的測(cè)試分析研究，并提出了滿(mǎn)足混凝土抗凍耐久性要求的孔間距系數(shù)的重要概念：即當(dāng)孔間距小于臨界孔間距( < 250m) 時(shí)混凝土是抗凍的。宋擁軍(1999) 認(rèn)為 15 ，只要引氣量合適，普通混凝土均能獲得較高的抗凍耐久性。引氣混凝土中氣泡平均尺寸與其間距隨水灰比的增大而加大，同時(shí)水泥漿中可凍水的百分率也相應(yīng)加大，從而導(dǎo)致混凝土抗凍耐久性的顯著下降，因此，不能忽視對(duì)水灰比的限制。 朱蓓蓉，吳學(xué)禮，黃土元(1999) 認(rèn)為 16 ：合理的氣泡結(jié)構(gòu)是混凝土抗凍耐久性得以真正改善的關(guān)鍵，然而，氣泡體系形成、穩(wěn)定與氣泡結(jié)構(gòu)的建立密不可分，因此高度重視氣泡體系穩(wěn)定性的問(wèn)題就顯得更

29、加重要。他們根據(jù)國(guó)外的研究成果和部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論:影響混凝土中氣泡體系形成與穩(wěn)定性的因素有混凝土各組成材料、混凝土配合比、拌合物特性以與外界條件，如環(huán)境溫度、攪拌、運(yùn)輸和澆灌技術(shù)等。針對(duì)不同環(huán)境條件、不同工程要求的混凝土，必須進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，才能使得硬化混凝土具有設(shè)計(jì)所要求的含氣量和合理的氣泡結(jié)構(gòu)，增進(jìn)了混凝土工程界對(duì)引氣劑應(yīng)用技術(shù)的認(rèn)識(shí)。 由以上眾多學(xué)者的研究表明：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性與其它性質(zhì)的根本所在。摻引氣劑可以改善混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因此，測(cè)試硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是研究混凝土抗凍耐久性能的有效途徑和方法之一。 引氣劑的摻入雖然是提高混凝土抗凍耐久性最有效的手段，但

30、引氣劑的摻入同時(shí)會(huì)引起混凝土其它性能降低，如強(qiáng)度、耐磨蝕能力等。減水劑目前 ，減水劑的應(yīng)用也成為混凝土不可缺少的組份，使用減水劑可以大幅度降低混凝土的水灰比 (水膠比) ，提高混凝土的強(qiáng)度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高，從而提高混凝土的抗凍耐久性。遲培云，金波，揚(yáng)旭等(2000) 研究了在混凝土中摻入高效減水劑可取得的技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 效果論文聯(lián)盟 LWLM 整理如下 17 ：(1) 保持和易性不變，可減水25 % ，R28 %提高90 % ，抗?jié)B性提高45 倍；(2) 保持和易性不變，節(jié)約水泥25 % ，R28提高26 % ，抗?jié)B性提高2 倍；(3) 保持用水量和水泥用量不變，R28提高

31、27 % ，抗?jié)B性提高3 倍?；钚缘牡V物摻合料改善混凝土抗凍耐久性技術(shù) 研究 動(dòng)態(tài) 混凝土是各種建筑工程上 應(yīng)用 最廣泛、用量最多的人造建筑材料， 目前 ，我國(guó)正處在大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)期，對(duì)混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能，對(duì)于充分利用有限的投資，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，減論文聯(lián)盟 LWLM 整理少 自然 資源的消耗，保護(hù)生態(tài)平衡，有著非常巨大的 經(jīng)濟(jì) 效益和 社會(huì) 效益。 在混凝土的基本組成材料中，水泥的價(jià)格最貴，因此，在滿(mǎn)足對(duì)混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟(jì)。因此，用一些具有活性的摻和料(硅粉、礦渣、粉煤灰) 來(lái)替代

32、一部分水泥正在被廣泛的應(yīng)用4.2 摻合料混凝土是各種建筑工程上應(yīng)用最廣泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我國(guó)正處在大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)期，對(duì)混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能，對(duì)于充分利用有限的投資，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少自然資源的消耗，保護(hù)生態(tài)平衡，有著非常巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在混凝土的基本組成材料中，水泥的價(jià)格最貴，因此，在滿(mǎn)足對(duì)混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟(jì)。因此，用一些具有活性的摻和料(硅粉、礦渣、粉煤灰) 來(lái)替代一部分水泥正在被廣泛的應(yīng)用。4. 2.1 硅粉的摻入 近年來(lái)，硅粉混凝土也已應(yīng)用

33、于混凝土工程各個(gè)領(lǐng)域，其抗凍耐久性問(wèn)題已引起人們的普遍重視，在丹麥、美國(guó)、挪威等國(guó)家，硅粉作為混凝土混合材已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但關(guān)于硅粉混凝土的抗凍耐久性，各國(guó)學(xué)者結(jié)論各異。 日本的Yamato 等人通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)果：非引氣混凝土當(dāng)水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的摻量如何，皆具有良好的抗凍耐久性。加拿大的Malhotra 等人通過(guò)試驗(yàn)得出:引氣硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉摻量15 %以下時(shí)都具有較高的抗凍耐久性。我國(guó)學(xué)者丁雁飛，景進(jìn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討了硅粉對(duì)混凝土抗凍耐久性的影響，得出結(jié)論：非引氣硅粉混凝土的抗凍耐久性與基準(zhǔn)混凝土比較，在膠結(jié)材總量一樣，塌落度不變的條件下，非

34、引氣硅粉混凝土的抗凍能力高。撫得出：在一樣含氣量的情況下，摻15%的硅粉混凝土比不摻硅粉的基準(zhǔn)混凝土，氣孔結(jié)構(gòu)有很大的改善。硅粉對(duì)抗凍耐久性有顯著的效果，但硅粉的產(chǎn)量有限而且成本較高。4. 2 .2礦渣的摻入磨細(xì)礦渣與混凝土水泥水化生成的Ca (OH) 2結(jié)合具有潛在的活性，但磨細(xì)礦渣對(duì)提高混凝土的抗凍融性目前也不少研究。德思，成秀珍通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)論：隨著礦渣摻量的增加，其混凝土的抗凍融性能愈差，但摻合比例合適時(shí)，抗凍性能與普通混凝土相比有較大改善。4. 2.3 粉煤灰的摻入國(guó)外粉煤灰應(yīng)用已有幾十年的歷史。最早研究粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的是美國(guó)加洲理工學(xué)院的R. E.Davis ，1993 年他

35、首次發(fā)表了關(guān)于粉煤灰用于混凝土的研究報(bào)告。到本世紀(jì)五、六十年代，粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，其活性性能被進(jìn)一步研究和推廣，不僅僅是為了節(jié)約水泥，更主要是為了改善和提高混凝土的性能。美國(guó)加洲大學(xué)Mehta 教授指出，應(yīng)用大摻量粉煤灰(或磨細(xì)礦渣) ，是今后混凝土技術(shù)進(jìn)展最有效、也是最經(jīng)濟(jì)的途徑。國(guó)外有關(guān)資料表明：粉煤灰混凝土的抗凍能力隨粉煤灰摻量的增加而降低，和一樣強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比較，28d 齡期的粉煤混凝土試件抗凍耐久性試驗(yàn)結(jié)果偏低，隨著粉煤灰混凝土技術(shù)的深入研究和發(fā)展，引氣粉煤灰混凝土的抗凍耐久性研究已越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注。LinhuaJiang 等學(xué)者通過(guò)研究高摻量粉煤灰混凝土水化

36、作用得出:粉煤灰的摻量和水灰比影響了高摻量粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)，并且隨著摻量和水灰比的增加而孔隙率增加，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，孔隙率會(huì)下降。這是因?yàn)榉勖夯业膿饺敫纳屏嘶炷恋目壮叽?，但最大摻量不得超過(guò)70 %。游有鯤、繆昌文、慕儒等對(duì)粉煤灰高性能混凝土抗凍耐久性的研究表明:水膠比在0. 25 - 0. 27 圍，隨著粉煤灰摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。當(dāng)摻引氣劑后，混凝土抗凍耐久性有先升后降的趨勢(shì)，既存在最佳的粉煤灰摻量為30 %。習(xí)志臻認(rèn)為:相對(duì)于許多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化能力。田倩、偉討論了摻入硅灰、超細(xì)粉煤灰與兩者的復(fù)合物對(duì)

37、抗凍耐久性能的影響以與鋼纖維的阻裂效應(yīng)對(duì)混凝土抗凍耐久性能的作用。實(shí)驗(yàn)證明:當(dāng)超細(xì)粉煤灰與硅灰相摻時(shí)，提高抗凍耐久性的效果尤為顯著，其凍融循環(huán)300 次以后，動(dòng)彈性模量與重量基本無(wú)變化，而鋼纖維的進(jìn)一步復(fù)合有利于混凝土抗凍耐久性的改善。由此可見(jiàn)，雙摻或多摻礦物的復(fù)合效應(yīng)對(duì)混凝土抗凍耐久性的提高是值得研究的課題。4. 2.4 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素：除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學(xué)因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學(xué)收縮和干縮過(guò)大引起的開(kāi)裂，水化性過(guò)熱過(guò)高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲生成，以與混凝土的堿骨料反映等。因此，要提

38、高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、S03、C1- 等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量，加強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮與溫度裂縫產(chǎn)生，以提高混凝土的耐久性。4. 2.5 保證混凝土的強(qiáng)度盡管強(qiáng)度與耐久性是不同概念，但又密切相關(guān),它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的部結(jié)構(gòu)，都與水灰比這個(gè)因素直接相關(guān)。在混凝土能充分密實(shí)條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強(qiáng)度不斷提高。與此同時(shí)，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標(biāo)也隨之提高。在現(xiàn)在的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而

39、且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除部破壞因素的條件下，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強(qiáng)。高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土部孔隙率，減少體積收縮，提高強(qiáng)度，提高耐久性。5 總之混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個(gè)涉與環(huán)境、材料、設(shè)計(jì)、施工等多種因素的復(fù)雜問(wèn)題，要解決好這個(gè)問(wèn)題需要進(jìn)行多方面的工作。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性應(yīng)由正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇以與嚴(yán)格的施工質(zhì)量來(lái)保證，同時(shí)應(yīng)注意對(duì)其在使用階段實(shí)行必要的管理和維護(hù)。只有這樣，才能保證和提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，才能保證我國(guó)建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展五、目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法引氣劑的摻入雖然是提高混凝土抗凍耐久性最有效的手段，但引氣劑的摻入同時(shí)會(huì)引起混凝土其它性能降低，如強(qiáng)度、耐磨蝕能力等。目前，減水劑的應(yīng)用也成為混凝土不可缺少的組份，使用減水劑可以大幅度降低混凝土的水灰比(水膠比) ，提高混凝土的強(qiáng)度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高，從而提高混凝土的抗凍耐久性。遲培云，金波，揚(yáng)旭等研究了在混凝土中摻入高效減水劑可取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果如下：(1) 保持和易性不變，可減水25 % ，R28 %提高90 % ，抗?jié)B性提