凍融對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的惡劣性質(zhì)破壞

凍融對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的惡劣性質(zhì)破壞8.1引言8.2水泥石中孔隙溶液的凍結(jié)8.3受凍破壞機(jī)理8.4混凝土凍融過(guò)程中宏觀特性的變化8.5高強(qiáng)度高性能混凝土的抗凍融性能8.6混凝土早期抗凍害性能8.7融雪劑（除冰鹽）對(duì)混凝土凍害時(shí)表層剝離的影響

混凝土的凍融與硫酸鹽溶液同時(shí)作用下的復(fù)合劣化8.9凍融循環(huán)作用下混凝土表面顏色的變化8.10混凝土抗凍融/除冰鹽凍融的影響因素8.11抗凍融/融冰鹽凍融的試驗(yàn)方法8.12在工程建設(shè)上要注意的問(wèn)題8.13具有高抗凍性或高抗除冰鹽性能混凝土的技術(shù)前提8.14凍害—原因與對(duì)策8.8混凝土在凍融與硫酸鹽溶液同時(shí)作用下的復(fù)合劣化8.8.1試驗(yàn)概況1.使用材料水泥：普通硅酸鹽水泥細(xì)集料：山沙，表觀密度為2.6g/cm3，吸水率2.05%，細(xì)度模量為。粗集料：石灰石碎石，Dmax=25mm，表觀密度為2.85g/cm3，吸水率為0.98%減水劑：超塑化劑SP引氣劑：AE引氣劑2.混凝土配合比8.8.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析不同硅酸鹽溶液濃度對(duì)不同水灰比混凝土，在5和10℃溫度下進(jìn)行浸責(zé)試驗(yàn)。結(jié)果如圖所示：（1）硫酸鹽溶液浸漬使混凝土質(zhì)量降低百分率，當(dāng)水灰比相同的時(shí)候，硫酸鹽溶液濃度提高，混凝土的質(zhì)量減少率增大；（2）對(duì)不同水灰比的混凝土，浸漬的硫酸鹽溶液濃度相同時(shí)，混凝土質(zhì)量降低百分率大體相同；（3）但當(dāng)硫酸鹽溶液濃度提高時(shí)，不管試驗(yàn)的溫度是多少，水灰比低的混凝土降低的百分率更大。8.9凍融循環(huán)作用下混凝土表面顏色的變化本節(jié)中將介紹以色差計(jì)檢測(cè)在凍融試驗(yàn)中混凝土表明的明度、色度，混凝土在凍融過(guò)程中，有兩種狀態(tài)下的剝離：（1）粗集料粒子外露的剝離（2）細(xì)集料外露的剝離8.9.1試驗(yàn)概況1.原材料水泥：普通硅酸鹽水泥爐底渣：表觀密度為2.8g/cm3，吸水率0.4%，細(xì)度模量為。碎石：石灰石碎石，Dmax=20mm，表干密度為2.68g/cm3，吸水率為1.24%混合沙：天然河砂與爐底渣混合而成。表觀密度為3，吸水率3.03%，細(xì)度模量為。高效減水劑：甲基丙烯酸聚合物為主要成分的高效減水劑引氣劑：以天然樹(shù)脂酸鹽為主要成分的AE劑2.混凝土配比本試驗(yàn)所用混凝土配合比見(jiàn)下表：4.用色差計(jì)量測(cè)混凝土表面的顏色首先用色差計(jì)測(cè)定氣干狀態(tài)下試件側(cè)面的顏色。每個(gè)試件的2個(gè)側(cè)面分別測(cè)定2個(gè)點(diǎn)，用平均值進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用表色系L*、a*、b*表示L*表示白黑的明度a*表示紅綠的色度b*表示黃藍(lán)的色度下表為使用混凝土中集料表干狀態(tài)的色度。對(duì)試件由于剝離而導(dǎo)致的斷面面積的減少率采用卡尺測(cè)定。8.9.2試驗(yàn)結(jié)果分析1.混凝土的顏色受粗集料支配時(shí)（1）相對(duì)動(dòng)彈性模量在水中養(yǎng)生的試件比在空氣中養(yǎng)生的試件降低明顯，但到300次凍融循環(huán)時(shí)，兩者基本相同。（2）質(zhì)量減少百分率當(dāng)凍融循環(huán)超過(guò)100次以后，空氣中養(yǎng)護(hù)的試件，質(zhì)量減少百分率迅速增大，到300次凍融循環(huán)時(shí)，幾乎為水中養(yǎng)生試件的一倍。（3）斷面積減少百分率與質(zhì)量減少百分率相同，經(jīng)300次凍融循環(huán)以后，空氣中養(yǎng)生的試件隨著表面的剝離，粗集料露出試件表面，比水中養(yǎng)生試件的斷面減少百分率大。（4）凍融循環(huán)次數(shù)和氣干狀態(tài)的明度L*、色度a*和b*的關(guān)系a*，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而稍有下降，在空氣中養(yǎng)生的試件更加明顯。a*的減少，顏色近似綠色。b*，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而稍有下降，在空氣中養(yǎng)生的試件更加明顯。a*的減少，顏色近似藍(lán)色。2.細(xì)集料的顏色支配混凝土的顏色時(shí)（1）伴隨著爐底渣對(duì)細(xì)集料置換率的增加，耐久性指數(shù)降低。（2）隨著置換率的增加，斷面積減少率的絕對(duì)值也增大。（3）由于凍融作用而發(fā)生剝離，使?fàn)t底渣的粒子表面外露，但也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)隨著爐底渣的增加而使質(zhì)量減少百分率增大，混凝土表面使?fàn)t底渣的明度接近于黑色。8.9.3結(jié)論在凍融實(shí)驗(yàn)中，將混凝土表面色以明度L*、色度a*和b*表示，并進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)的結(jié)果，得到了以下結(jié)論：1.將混凝土的剝離量作為表面色的變化，這種評(píng)價(jià)方法是可能的。2.必須選擇使用集料的明度L*、色度a*和b*相應(yīng)的指標(biāo)。3.劣化程度即使對(duì)耐久性方面還沒(méi)有成為大問(wèn)題，但對(duì)相應(yīng)的剝離量作為美觀的數(shù)值上的評(píng)價(jià)是可能的8.10混凝土抗凍融/除冰鹽凍融的影響因素一般來(lái)講，外部因素對(duì)混凝土抗凍性影響不是最重要的。但是最適宜的混凝土配合比、適宜的制造技術(shù)、施工技術(shù)等對(duì)提高混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融的影響最重要的。8.10.1混凝土配合比的影響1.水灰比水灰比對(duì)混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融的影響是混凝土中的孔隙體系。其與抗凍融性能有很重要的關(guān)系?；炷恋耐杆裕搽S著毛細(xì)管孔隙的提高而增大。特別是那些連通的毛細(xì)管孔隙，會(huì)使混凝土的透水性明顯的上升。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整水灰比，使毛細(xì)管孔隙達(dá)到最小，這就有可能提高混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融的性能。2.集料

混凝土中使用的集料，其種類和品質(zhì)對(duì)混凝土的抗凍融/抗除冰鹽凍融的性能影響很大。不適宜應(yīng)用的集料，會(huì)使混凝土發(fā)生剝落和生成貫通性的裂縫。

集料抗凍融/抗除冰鹽凍融的影響因素主要有：集料的孔隙率、強(qiáng)度、粒徑和組成。（1）集料的飽水程度和吸水量，起著中心的作用。除了集料的總孔隙率之外，集料中孔隙大小的分布也很重要。（2）一般來(lái)說(shuō)，具有高強(qiáng)度的集料，其抗凍融/抗除冰鹽凍融的效果也是好的。（3）粗集料粒徑大者比粒徑小者抗凍融性能差，因?yàn)榱酱蟮募闲纬杀容^大的水壓力3.引氣劑為了提高混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融的性能，常常人為地在混凝土中引入一定量氣泡。但其副作用是使混凝土強(qiáng)度降低。一般情況下，引氣量1%，抗壓強(qiáng)度降低—。4.水泥建設(shè)材料研究所，近年來(lái)對(duì)水泥石中相轉(zhuǎn)移的作用，其結(jié)果概況如下：（1）硅酸鹽水泥1）凍融作用水泥的抗凍融性能，不是直接依賴于C3A的含量，對(duì)你對(duì)凍融性能的影響也許是Afm相中含鐵與不含鐵時(shí)的穩(wěn)定性不同，也與凍融開(kāi)始時(shí)Afm的量有關(guān)。2）除冰鹽的凍融作用證明Afm相轉(zhuǎn)移成Aft相，弗里德?tīng)桘}、Afm和Monochlorid的混晶以及復(fù)鹽。在這個(gè)過(guò)程中，低溫下對(duì)含氯化物的物相，Aft相明顯增加。而對(duì)于濃的氯化物溶液中，作為新相生成物，弗里德?tīng)桘}與溫度有依賴性。3）對(duì)混凝土抗凍融/抗除冰鹽作用的效果由于這種相轉(zhuǎn)移對(duì)混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融的影響，幾乎沒(méi)有相應(yīng)的評(píng)價(jià)文件。（2）礦渣水泥1）凍融作用在純粹的凍融作用中，體積變形是個(gè)問(wèn)題。也就是說(shuō)，除了表面剝離之外，還有內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)破壞。2）除冰鹽凍融作用在承受很嚴(yán)重的除冰鹽凍融作用時(shí)，含AE劑的礦渣含量高的水泥混凝土，對(duì)抗凍鹽的作用也沒(méi)有很好的效果，水泥的水化程度不同，抗除冰鹽的凍融能力不同。抗除冰鹽凍融也水中凍融不同，除冰鹽凍融實(shí)質(zhì)上是評(píng)價(jià)混凝土表面的劣化。即使很嚴(yán)重的表面剝蝕，對(duì)一般混凝土來(lái)說(shuō)也不見(jiàn)得發(fā)生內(nèi)部劣化?；炷量钩}凍融性能，幾乎所有的方法都是根據(jù)質(zhì)量損失或剝離量來(lái)確定。3）碳化的影響混凝土劣化前沿，從礦渣水泥混凝土的碳化范圍過(guò)渡到未碳化的范圍時(shí)，確實(shí)劣化程度降低了。在碳化的混凝土表面及內(nèi)部，出現(xiàn)了嚴(yán)重的剝離。但未受到碳化的混凝土內(nèi)部，則對(duì)除冰鹽凍融作用具有充分的抵抗性。8.10.2技術(shù)的影響對(duì)混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融技術(shù)影響的主要因素，混凝土的養(yǎng)生占有特別的位置。養(yǎng)生的作用是確?；炷林兴嗨M(jìn)行所必要的水分。由于養(yǎng)生不充分，早期失水，降低了水化程度，其結(jié)果是，強(qiáng)度低或靠近表面范圍，產(chǎn)生特別高的孔隙率。尤其是毛細(xì)管孔隙增多，對(duì)混凝土的抗凍融/抗除冰鹽凍融產(chǎn)生負(fù)面的影響?；炷恋恼駬v和運(yùn)輸對(duì)混凝土內(nèi)部氣泡的形成和穩(wěn)定有很大的影響。甚至由于搗實(shí)不充分，混凝土產(chǎn)生局部缺陷，如麻面、水泥漿離析和集料下面的水隙等，對(duì)抗凍融/抗除冰鹽凍融產(chǎn)生負(fù)面的影響。8.10.3混凝土環(huán)境的影響（1）關(guān)于凍融/除冰鹽凍融作用時(shí)的劣化強(qiáng)度，其常常受到溫度的影響。特別是：最低溫度、冷卻溫度、凍融循環(huán)次數(shù)。（2）對(duì)于凍融/除冰鹽凍融。在供用期內(nèi)混凝土有多少次暴露于除冰鹽凍融作用下是很重要的。（3）水分的供給，這是決定混凝土中的水含量，給予凍融/除冰鹽凍融劣化以最大的影響。8.11抗凍融/除冰鹽凍融的試驗(yàn)方法抗凍融或者抗除冰鹽凍融的試驗(yàn)方法有兩種：

間接法和直接法間接法是通過(guò)硬化混凝土的氣泡間隔系數(shù)來(lái)確定其抗凍性能直接法：確定混凝土的抗凍融/抗除冰鹽凍融的性能，大多采用直接法。（1）CDF法抗除冰鹽凍融試驗(yàn)該方法既考慮了凍融/除冰鹽凍融作用時(shí)的物理化學(xué)過(guò)程的基礎(chǔ)研究，也概況了全部實(shí)地監(jiān)測(cè)的成果，特別是對(duì)控制恒溫條件下的高要求，故本方法試驗(yàn)結(jié)果離散型較小。（2）CIF抗凍融試驗(yàn)方法CIF意為毛細(xì)管吸收，內(nèi)部破壞和凍融試驗(yàn)方法。試驗(yàn)介質(zhì)為淡水，反應(yīng)混凝土在淡水作用下的抗凍性。具體如下圖所示：（3）瑞典SS137244抗凍融/抗除冰鹽凍融試驗(yàn)方法（RILEM推薦平板法）按本標(biāo)準(zhǔn)確定混凝土的抗凍融/抗除冰鹽凍融的性能分成A、B兩種方法：A:有除冰鹽存在的條件下模擬反復(fù)凍融的抵抗性B：在淡水中的凍融循環(huán)，確定混凝土的抗凍融性能本標(biāo)準(zhǔn)作為判斷面的制作方法有四種，如下圖所示：選取的試件共有室內(nèi)養(yǎng)護(hù)和鉆取芯樣試件兩種類型，試件厚度50mm，時(shí)間（150cmХ150cmХ150cm）21d齡期時(shí)切成試驗(yàn)試塊。切斷之后，放在溫度20℃、65%的恒溫室中存放7d，在此期間，試件用橡膠質(zhì)的材料覆蓋，厚度約5mm，一次試件與28d齡期時(shí)給予凍融負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)。在恒溫室中繼續(xù)保持7d，試驗(yàn)面用3mm厚的水層覆蓋72h。方法A時(shí)，在凍融開(kāi)始15min時(shí)，將水溶液變換為3%的NaCl溶液。方法B時(shí)，在淡水中進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，原來(lái)浸泡時(shí)間的水溶液照樣應(yīng)用于試驗(yàn)。試件的側(cè)面和底面被20cm的隔熱的聚苯乙烯包裹著，為了防止試驗(yàn)液蒸發(fā)，在上表面有塑料蓋。為了確定混凝土對(duì)除冰鹽凍融作用的耐久性，每天1次，在+20℃——18℃直接進(jìn)行凍融循環(huán)。經(jīng)歷凍融循環(huán)7、14、28、42和56次之后，測(cè)定混凝土的剝離量。這時(shí)讓試液過(guò)濾掉，集中剝離下來(lái)的碎屑。為了清除試驗(yàn)面松動(dòng)連著的部分，用毛刷清掃，用水沖洗。接著又在表面注入新的試驗(yàn)液。剝離量在溫度105℃下烘干至恒重。（5）我國(guó)混凝土抗凍性能的試驗(yàn)方法目前主要有快凍法和慢凍法，還沒(méi)有鹽凍法慢凍法簡(jiǎn)稱為氣凍水融，冰以N次凍融循環(huán)后混凝土強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。快速法抗凍融試驗(yàn)以耐久性系數(shù)表示。8.12在工程建設(shè)上要注意的問(wèn)題8.12.1高抗凍融性能或高抗除冰鹽性能混凝土的基本使用范圍1.高抗凍融混凝土一般，常常處于潤(rùn)濕或飽水狀態(tài)的混凝土，受到凍融作用的構(gòu)件—反復(fù)受干濕循環(huán)部分的室外構(gòu)件。例如水壩、水門、冷卻塔2.高抗除冰鹽凍