凍融對混凝土結(jié)構(gòu)的惡劣性質(zhì)破壞

凍融對混凝土結(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受凍破壞機理8.4混凝土凍融過程中宏觀特性的變化8.5高強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）對混凝土凍害時表層剝離的影響

混凝土的凍融與硫酸鹽溶液同時作用下的復(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/融冰鹽凍融的試驗方法8.12在工程建設(shè)上要注意的問題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—原因與對策8.8混凝土在凍融與硫酸鹽溶液同時作用下的復(fù)合劣化8.8.1試驗概況1.使用材料水泥：普通硅酸鹽水泥細集料：山沙，表觀密度為2.6g/cm3，吸水率2.05%，細度模量為。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實驗結(jié)果與分析不同硅酸鹽溶液濃度對不同水灰比混凝土，在5和10℃溫度下進行浸責試驗。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，當水灰比相同的時候，硫酸鹽溶液濃度提高，混凝土的質(zhì)量減少率增大；（2）對不同水灰比的混凝土，浸漬的硫酸鹽溶液濃度相同時，混凝土質(zhì)量降低百分率大體相同；（3）但當硫酸鹽溶液濃度提高時，不管試驗的溫度是多少，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)中將介紹以色差計檢測在凍融試驗中混凝土表明的明度、色度，混凝土在凍融過程中，有兩種狀態(tài)下的剝離：（1）粗集料粒子外露的剝離（2）細集料外露的剝離8.9.1試驗概況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：以天然樹脂酸鹽為主要成分的AE劑2.混凝土配比本試驗所用混凝土配合比見下表：4.用色差計量測混凝土表面的顏色首先用色差計測定氣干狀態(tài)下試件側(cè)面的顏色。每個試件的2個側(cè)面分別測定2個點，用平均值進行評價。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*表示黃藍的色度下表為使用混凝土中集料表干狀態(tài)的色度。對試件由于剝離而導致的斷面面積的減少率采用卡尺測定。8.9.2試驗結(jié)果分析1.混凝土的顏色受粗集料支配時（1）相對動彈性模量在水中養(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，兩者基本相同。（2）質(zhì)量減少百分率當凍融循環(huán)超過100次以后，空氣中養(yǎng)護的試件，質(zhì)量減少百分率迅速增大，到300次凍融循環(huán)時，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，顏色近似藍色。2.細集料的顏色支配混凝土的顏色時（1）伴隨著爐底渣對細集料置換率的增加，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值也增大。（3）由于凍融作用而發(fā)生剝離，使爐底渣的粒子表面外露，但也沒有發(fā)現(xiàn)隨著爐底渣的增加而使質(zhì)量減少百分率增大，混凝土表面使爐底渣的明度接近于黑色。8.9.3結(jié)論在凍融實驗中，將混凝土表面色以明度L*、色度a*和b*表示，并進行計量檢測的結(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，這種評價方法是可能的。2.必須選擇使用集料的明度L*、色度a*和b*相應(yīng)的指標。3.劣化程度即使對耐久性方面還沒有成為大問題，但對相應(yīng)的剝離量作為美觀的數(shù)值上的評價是可能的8.10混凝土抗凍融/除冰鹽凍融的影響因素一般來講，外部因素對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?，也隨著毛細管孔隙的提高而增大。特別是那些連通的毛細管孔隙，會使混凝土的透水性明顯的上升。通過適當調(diào)整水灰比，使毛細管孔隙達到最小，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）一般來說，具有高強度的集料，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，因為粒徑大的集料形成比較大的水壓力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度降低。一般情況下，引氣量1%，抗壓強度降低—。4.水泥建設(shè)材料研究所，近年來對水泥石中相轉(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，對你對凍融性能的影響也許是Afm相中含鐵與不含鐵時的穩(wěn)定性不同，也與凍融開始時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，弗里德爾鹽、Afm和Monochlorid的混晶以及復(fù)鹽。在這個過程中，低溫下對含氯化物的物相，Aft相明顯增加。而對于濃的氯化物溶液中，作為新相生成物，弗里德爾鹽與溫度有依賴性。3）對混凝土抗凍融/抗除冰鹽作用的效果由于這種相轉(zhuǎn)移對混凝土抗凍融/抗除冰鹽凍融的影響，幾乎沒有相應(yīng)的評價文件。（2）礦渣水泥1）凍融作用在純粹的凍融作用中，體積變形是個問題。也就是說，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重的除冰鹽凍融作用時，含AE劑的礦渣含量高的水泥混凝土，對抗凍鹽的作用也沒有很好的效果，水泥的水化程度不同，抗除冰鹽的凍融能力不同?？钩}凍融也水中凍融不同，除冰鹽凍融實質(zhì)上是評價混凝土表面的劣化。即使很嚴重的表面剝蝕，對一般混凝土來說也不見得發(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渡到未碳化的范圍時，確實劣化程度降低了。在碳化的混凝土表面及內(nèi)部，出現(xiàn)了嚴重的剝離。但未受到碳化的混凝土內(nèi)部，則對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)生的作用是確保混凝土中水泥水化進行所必要的水分。由于養(yǎng)生不充分，早期失水，降低了水化程度，其結(jié)果是，強度低或靠近表面范圍，產(chǎn)生特別高的孔隙率。尤其是毛細管孔隙增多，對混凝土的抗凍融/抗除冰鹽凍融產(chǎn)生負面的影響?；炷恋恼駬v和運輸對混凝土內(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，對抗凍融/抗除冰鹽凍融產(chǎn)生負面的影響。8.10.3混凝土環(huán)境的影響（1）關(guān)于凍融/除冰鹽凍融作用時的劣化強度，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/除冰鹽凍融的試驗方法抗凍融或者抗除冰鹽凍融的試驗方法有兩種：

間接法和直接法間接法是通過硬化混凝土的氣泡間隔系數(shù)來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該方法既考慮了凍融/除冰鹽凍融作用時的物理化學過程的基礎(chǔ)研究，也概況了全部實地監(jiān)測的成果，特別是對控制恒溫條件下的高要求，故本方法試驗結(jié)果離散型較小。（2）CIF抗凍融試驗方法CIF意為毛細管吸收，內(nèi)部破壞和凍融試驗方法。試驗介質(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/抗除冰鹽凍融試驗方法（RILEM推薦平板法）按本標準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準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)護和鉆取芯樣試件兩種類型，試件厚度50mm，時間（150cmХ150cmХ150cm）21d齡期時切成試驗試塊。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齡期時給予凍融負載進行試驗。在恒溫室中繼續(xù)保持7d，試驗面用3mm厚的水層覆蓋72h。方法A時，在凍融開始15min時，將水溶液變換為3%的NaCl溶液。方法B時，在淡水中進行凍融循環(huán)試驗，原來浸泡時間的水溶液照樣應(yīng)用于試驗。試件的側(cè)面和底面被20cm的隔熱的聚苯乙烯包裹著，為了防止試驗液蒸發(fā)，在上表面有塑料蓋。為了確定混凝土對除冰鹽凍融作用的耐久性，每天1次，在+20℃——18℃直接進行凍融循環(huán)。經(jīng)歷凍融循環(huán)7、14、28、42和56次之后，測定混凝土的剝離量。這時讓試液過濾掉，集中剝離下來的碎屑。為了清除試驗面松動連著的部分，用毛刷清掃，用水沖洗。接著又在表面注入新的試驗液。剝離量在溫度105℃下烘干至恒重。（5）我國混凝土抗凍性能的試驗方法目前主要有快凍法和慢凍法，還沒有鹽凍法慢凍法簡稱為氣凍水融，冰以N次凍融循環(huán)后混凝土強度損失率和質(zhì)量損失率作為評判標準?？焖俜箖鋈谠囼炓阅途眯韵禂?shù)表示。8.12在工程建設(shè)上要注意的問題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