冻融对混凝土结构的劣化破坏

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1、第八章 冻融对混凝土结构的劣化破坏12022-10-68.1 引言8.2 水泥石中孔隙溶液的冻结8.3 受冻破坏机理8.4 混凝土冻融过程中宏观特性的变化8.5 高强度高性能混凝土的抗冻融性能8.6 混凝土早期抗冻害性能8.7 融雪剂（除冰盐）对混凝土冻害时表层剥离的影响 混凝土的冻融与硫酸盐溶液同时作用下的复合劣化8.9 冻融循环作用下混凝土表面颜色的变化8.10 混凝土抗冻融/除冰盐冻融的影响因素8.11 抗冻融/融冰盐冻融的试验方法8.12 在工程建设上要注意的问题8.13 具有高抗冻性或高抗除冰盐性能混凝土的技术前提8.14 冻害原因与对策2022-10-628.8 混凝土在冻融与硫酸

2、盐溶液同时作用下的复合劣化8.8.1 试验概况1.使用材料水泥：普通硅酸盐水泥细集料：山沙，表观密度为2.6 g/cm3，吸水率2.05%，细度模量为。粗集料：石灰石碎石，Dmax=25mm，表观密度为2.85 g/cm3，吸水率为0.98%减水剂：超塑化剂SP引气剂：AE引气剂2022-10-632.混凝土配合比2022-10-648.8.2 实验结果与分析不同硅酸盐溶液浓度对不同水灰比混凝土，在5和10温度下进行浸责试验。结果如图所示：2022-10-65（1）硫酸盐溶液浸渍使混凝土质量降低百分率，当水灰比相同的时候，硫酸盐溶液浓度提高，混凝土的质量减少率增大；（2）对不同水灰比的混凝土，

3、浸渍的硫酸盐溶液浓度相同时，混凝土质量降低百分率大体相同；（3）但当硫酸盐溶液浓度提高时，不管试验的温度是多少，水灰比低的混凝土降低的百分率更大。2022-10-662022-10-672022-10-688.9 冻融循环作用下混凝土表面颜色的变化本节中将介绍以色差计检测在冻融试验中混凝土表明的明度、色度，混凝土在冻融过程中，有两种状态下的剥离：（1）粗集料粒子外露的剥离（2）细集料外露的剥离2022-10-698.9.1 试验概况1.原材料水泥：普通硅酸盐水泥炉底渣：表观密度为2.8 g/cm3，吸水率0.4%，细度模量为。碎石：石灰石碎石，Dmax=20mm，表干密度为2.68 g/cm3

4、，吸水率为1.24%混合沙：天然河砂与炉底渣混合而成。表观密度为3，吸水率3.03%，细度模量为。高效减水剂：甲基丙烯酸聚合物为主要成分的高效减水剂引气剂：以天然树脂酸盐为主要成分的AE剂2022-10-6102.混凝土配比本试验所用混凝土配合比见下表：2022-10-6112022-10-6124.用色差计量测混凝土表面的颜色首先用色差计测定气干状态下试件侧面的颜色。每个试件的2个侧面分别测定2个点，用平均值进行评价。采用表色系L*、a*、b*表示L*表示白黑的明度a*表示红绿的色度b*表示黄蓝的色度下表为使用混凝土中集料表干状态的色度。对试件由于剥离而导致的断面面积的减少率采用卡尺测定。2

5、022-10-6132022-10-6148.9.2 试验结果分析1.混凝土的颜色受粗集料支配时（1）相对动弹性模量 在水中养生的试件比在空气中养生的试件降低明显，但到300次冻融循环时，两者基本相同。（2）质量减少百分率 当冻融循环超过100次以后，空气中养护的试件，质量减少百分率迅速增大，到300次冻融循环时，几乎为水中养生试件的一倍。（3）断面积减少百分率 与质量减少百分率相同，经300次冻融循环以后，空气中养生的试件随着表面的剥离，粗集料露出试件表面，比水中养生试件的断面减少百分率大。（4）冻融循环次数和气干状态的明度L*、色度a*和b*的关系 a*，随着冻融循环次数的增加而稍有下降，

6、在空气中养生的试件更加明显。a*的减少，颜色近似绿色。b*，随着冻融循环次数的增加而稍有下降，在空气中养生的试件更加明显。a*的减少，颜色近似蓝色。2022-10-6152.细集料的颜色支配混凝土的颜色时（1）伴随着炉底渣对细集料置换率的增加，耐久性指数降低。（2）随着置换率的增加，断面积减少率的绝对值也增大。（3）由于冻融作用而发生剥离，使炉底渣的粒子表面外露，但也没有发现随着炉底渣的增加而使质量减少百分率增大，混凝土表面使炉底渣的明度接近于黑色。2022-10-6168.9.3 结论在冻融实验中，将混凝土表面色以明度L*、色度a*和b*表示，并进行计量检测的结果，得到了以下结论：1.将混凝

7、土的剥离量作为表面色的变化，这种评价方法是可能的。2.必须选择使用集料的明度L*、色度a*和b*相应的指标。3.劣化程度即使对耐久性方面还没有成为大问题，但对相应的剥离量作为美观的数值上的评价是可能的2022-10-6178.10 混凝土抗冻融/除冰盐冻融的影响因素一般来讲，外部因素对混凝土抗冻性影响不是最重要的。但是最适宜的混凝土配合比、适宜的制造技术、施工技术等对提高混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融的影响最重要的。2022-10-6188.10.1 混凝土配合比的影响1.水灰比 水灰比对混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融的影响是混凝土中的孔隙体系。其与抗冻融性能有很重要的关系。混凝土的透水性，也随着毛细

8、管孔隙的提高而增大。特别是那些连通的毛细管孔隙，会使混凝土的透水性明显的上升。通过适当调整水灰比，使毛细管孔隙达到最小，这就有可能提高混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融的性能。2.集料 混凝土中使用的集料，其种类和品质对混凝土的抗冻融/抗除冰盐冻融的性能影响很大。不适宜应用的集料，会使混凝土发生剥落和生成贯通性的裂缝。集料抗冻融/抗除冰盐冻融的影响因素主要有：集料的孔隙率、强度、粒径和组成。（1）集料的饱水程度和吸水量，起着中心的作用。除了集料的总孔隙率之外，集料中孔隙大小的分布也很重要。（2）一般来说，具有高强度的集料，其抗冻融/抗除冰盐冻融的效果也是好的。（3）粗集料粒径大者比粒径小者抗冻融性能差

9、，因为粒径大的集料形成比较大的水压力2022-10-6193.引气剂 为了提高混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融的性能，常常人为地在混凝土中引入一定量气泡。但其副作用是使混凝土强度降低。一般情况下，引气量1%，抗压强度降低。4.水泥建设材料研究所，近年来对水泥石中相转移的作用，其结果概况如下：（1）硅酸盐水泥1）冻融作用 水泥的抗冻融性能，不是直接依赖于C3A的含量，对你对冻融性能的影响也许是Afm相中含铁与不含铁时的稳定性不同，也与冻融开始时Afm的量有关。2）除冰盐的冻融作用 证明Afm相转移成Aft相，弗里德尔盐、Afm和Monochlorid的混晶以及复盐。在这个过程中，低温下对含氯化物的物相

10、，Aft相明显增加。而对于浓的氯化物溶液中，作为新相生成物，弗里德尔盐与温度有依赖性。3）对混凝土抗冻融/抗除冰盐作用的效果 由于这种相转移对混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融的影响，几乎没有相应的评价文件。2022-10-620（2）矿渣水泥1）冻融作用在纯粹的冻融作用中，体积变形是个问题。也就是说，除了表面剥离之外，还有内部的组织结构破坏。2）除冰盐冻融作用在承受很严重的除冰盐冻融作用时，含AE剂的矿渣含量高的水泥混凝土，对抗冻盐的作用也没有很好的效果，水泥的水化程度不同，抗除冰盐的冻融能力不同。抗除冰盐冻融也水中冻融不同，除冰盐冻融实质上是评价混凝土表面的劣化。即使很严重的表面剥蚀，对一般混凝土

11、来说也不见得发生内部劣化。混凝土抗除冰盐冻融性能，几乎所有的方法都是根据质量损失或剥离量来确定。3）碳化的影响混凝土劣化前沿，从矿渣水泥混凝土的碳化范围过渡到未碳化的范围时，确实劣化程度降低了。在碳化的混凝土表面及内部，出现了严重的剥离。但未受到碳化的混凝土内部，则对除冰盐冻融作用具有充分的抵抗性。2022-10-6212022-10-6228.10.2 技术的影响对混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融技术影响的主要因素，混凝土的养生占有特别的位置。养生的作用是确保混凝土中水泥水化进行所必要的水分。由于养生不充分，早期失水，降低了水化程度，其结果是，强度低或靠近表面范围，产生特别高的孔隙率。尤其是毛细管

12、孔隙增多，对混凝土的抗冻融/抗除冰盐冻融产生负面的影响。混凝土的振捣和运输对混凝土内部气泡的形成和稳定有很大的影响。甚至由于捣实不充分，混凝土产生局部缺陷，如麻面、水泥浆离析和集料下面的水隙等，对抗冻融/抗除冰盐冻融产生负面的影响。2022-10-6238.10.3 混凝土环境的影响（1）关于冻融/除冰盐冻融作用时的劣化强度，其常常受到温度的影响。特别是：最低温度、冷却温度、冻融循环次数。（2）对于冻融/除冰盐冻融。在供用期内混凝土有多少次暴露于除冰盐冻融作用下是很重要的。（3）水分的供给，这是决定混凝土中的水含量，给予冻融/除冰盐冻融劣化以最大的影响。2022-10-6248.11 抗冻融/

13、除冰盐冻融的试验方法抗冻融或者抗除冰盐冻融的试验方法有两种：间接法和直接法间接法是通过硬化混凝土的气泡间隔系数来确定其抗冻性能直接法：确定混凝土的抗冻融/抗除冰盐冻融的性能，大多采用直接法。2022-10-625（1）CDF法抗除冰盐冻融试验该方法既考虑了冻融/除冰盐冻融作用时的物理化学过程的基础研究，也概况了全部实地监测的成果，特别是对控制恒温条件下的高要求，故本方法试验结果离散型较小。（2）CIF抗冻融试验方法CIF意为毛细管吸收，内部破坏和冻融试验方法。试验介质为淡水，反应混凝土在淡水作用下的抗冻性。具体如下图所示：2022-10-626（3）瑞典SS13 72 44抗冻融/抗除冰盐冻融

14、试验方法（RILEM推荐平板法）按本标准确定混凝土的抗冻融/抗除冰盐冻融的性能分成A、B两种方法：A:有除冰盐存在的条件下模拟反复冻融的抵抗性B：在淡水中的冻融循环，确定混凝土的抗冻融性能本标准作为判断面的制作方法有四种，如下图所示：2022-10-627选取的试件共有室内养护和钻取芯样试件两种类型，试件厚度50mm，时间（150cm150cm150cm）21d龄期时切成试验试块。切断之后，放在温度20、65%的恒温室中存放7d，在此期间，试件用橡胶质的材料覆盖，厚度约5mm，一次试件与28d龄期时给予冻融负载进行试验。在恒温室中继续保持7d，试验面用3mm厚的水层覆盖72h。方法A时，在冻融

15、开始15min时，将水溶液变换为3%的NaCl溶液。方法B时，在淡水中进行冻融循环试验，原来浸泡时间的水溶液照样应用于试验。试件的侧面和底面被20cm的隔热的聚苯乙烯包裹着，为了防止试验液蒸发，在上表面有塑料盖。为了确定混凝土对除冰盐冻融作用的耐久性，每天1次，在+2018直接进行冻融循环。经历冻融循环7、14、28、42和56次之后，测定混凝土的剥离量。这时让试液过滤掉，集中剥离下来的碎屑。为了清除试验面松动连着的部分，用毛刷清扫，用水冲洗。接着又在表面注入新的试验液。剥离量在温度105下烘干至恒重。2022-10-6282022-10-629（5）我国混凝土抗冻性能的试验方法目前主要有快冻

16、法和慢冻法，还没有盐冻法慢冻法简称为气冻水融，冰以N次冻融循环后混凝土强度损失率和质量损失率作为评判标准。快速法抗冻融试验以耐久性系数表示。2022-10-6308.12 在工程建设上要注意的问题8.12.1 高抗冻融性能或高抗除冰盐性能混凝土的基本使用范围1.高抗冻融混凝土一般，常常处于润湿或饱水状态的混凝土，受到冻融作用的构件反复受干湿循环部分的室外构件。例如水坝、水门、冷却塔2.高抗除冰盐冻融混凝土在一般冻融负荷及除冰盐作用下的构件完全暴露于室外的构件，部分室内结构物。例如滑行路、汽油站停车场等2022-10-6318.12.2 冰融/除冰盐冻融混凝土结构物的主要劣化状态1.抗冻融劣化

17、内部组织结构损伤，形成微笑裂缝根据试验判断基准：轴向拉伸、动弹性模量降低2.抗除冰盐冻融劣化 表面剥落试验判断基准：质量减少、Non-AE混凝土时，内部结构损失2022-10-6328.12.3 混凝土内部微小气泡通过使用引气剂，使新拌混凝土中引入气泡，有效保证混凝土抗冻融/抗除冰盐冻融的安全性。如下图所示：2022-10-6338.13 具有抗冻性或高抗除冰盐性能混凝土的技术前提1.原材料1）应选用允许的、质量有保证的材料2）对水泥的品种和强度等级要有一定的限制3）使用能满足高要求基准的集料4）掺合料：具有高抗冻性或高抗除冰盐性能的混凝土中，一般掺入矿渣或硅粉5）混凝土拌合用水：引气混凝土只能用自来水拌合2022-10-6342022-10-6358.14 冻害原因和对策总结归纳如下图所示：2022-10-636