冻融循环破坏研究进展课件

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1、混凝土冻融循环破坏（混凝土冻融循环破坏（读书报告读书报告）汇报：费彩会 导师：何世钦冻融循环破坏研究进展1 冻融破坏的定义 混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件。混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危及结构物的安全性。一般认为混凝土的冻融破坏是一个物理作用过程。冻融循环破坏研究进展图1 冻融循环引起的混凝土结构劣化冻融循环破坏研究进展图

2、2 海洋环境下混凝土柱由于混凝土质量的差异而导致的不同劣化现象冻融循环破坏研究进展2、冻融破坏研究的意义我国地域辽阔,有相当大的地区处于严寒地带,不少水工建筑物出现了冻融破坏现象。寒冷地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土结构物或构筑物在冻融循环作用下的冻融破坏是运行过程中的主要病害，世界各国每年都要花费巨额费用维修被腐蚀的混凝土结构。因此对混凝土冻融循环的研究就很有必要。冻融循环破坏研究进展3、冻融破坏的机理 一般认为,冻融破坏主要是因为在某一冻结温度下,水结冰产生体积膨胀,引起各种压力,当压力超过混凝土能承受的应力时,混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐增大,扩展并互相连通,强度逐渐降低,造成

3、混凝土破坏。冻融循环破坏研究进展3.1 目前提出的混凝土冻融破坏理论Diagram膨胀压理论膨胀压理论渗透压理论渗透压理论水的离析层水的离析层理论理论孔结构理论孔结构理论充水系数理论充水系数理论临界饱水值临界饱水值理论理论目前认可度较高的是美国学者提出的膨胀压理论和渗透压理论。破破坏坏理理论论冻融循环破坏研究进展3.2 膨胀压理论认为：在一定负温下混凝土中的毛细孔水发生物态变化,由水变成冰,体积膨胀约 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。这种在负温下因水体积膨胀而产生膨胀压力从而导致的破坏,主要取决于混凝土中水的存在形式及其内部微观孔隙结构和外界正负温度变化

4、等因素。冻融循环破坏研究进展硬化初期混凝土中水的存在形式结晶水结晶水吸附水吸附水毛细孔水毛细孔水游离水游离水不可能结冰自然条件下不可能结冰（低于-78结冰）存在于毛细孔中,这部分水是可结冰的,且毛细孔中水蒸气的冰点随毛细孔半径的减小而下降存在于各种固体颗粒间,是可结冰的。冻融循环破坏研究进展3.3 渗透压理论认为 渗透压力是由孔内冰与未冻水两相的自由能之差引起的。在一定的温度下,由于冰的自由能小于液态水的自由能。在冻结时,凝胶孔中的水流向毛细孔,当水到达毛细孔时,产生冻结,冰的体积增加。当毛细孔水结成冰时,凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中迁移和重分布从而引起渗透压。冻融循环破坏研究进展膨胀压理

5、论与渗透压理论的异同点相同点相同点都认为是内部压力造成混凝土破坏，即水转变为冰的体积膨胀造成都认为是内部压力造成混凝土破坏，即水转变为冰的体积膨胀造成的水膨胀压力和冰的水膨胀压力和冰水蒸汽压差别造成的渗透压力水蒸汽压差别造成的渗透压力。不同点不同点若冻融循环时间非常缓慢，用渗透压理论分析可能比较合适若冻融循环时间非常缓慢，用渗透压理论分析可能比较合适;若冻若冻结很快结很快,用用膨胀压力理论分析可能比较适合膨胀压力理论分析可能比较适合。冻融循环破坏研究进展3.4 影响混凝土冻融破坏的因素内部因素内部因素集料、水泥、外加剂、水灰比、含气量集料、水泥、外加剂、水灰比、含气量外部因素外部因素冻融温度、

6、冻融速率、外加荷载冻融温度、冻融速率、外加荷载施工因素施工因素配合比、养护条件配合比、养护条件冻融循环破坏研究进展混凝土的密实度越大，抗冻性越好。混凝土强度越高，抗冻性越好。混凝土的开口空隙越多，抗冻性越差。水灰比越大，开口空隙越大，抗冻性越差。混凝土的饱水程度达到吸水饱和状态，容易发生冻融破坏。冻融循环破坏研究进展不同水灰比下混凝土中冰及水体积的膨胀量水灰比水灰比结冰量与混凝土体积膨胀量结冰量与混凝土体积膨胀量（%）水的膨胀与混凝土的体积（水的膨胀与混凝土的体积（%）0.413.80.350.494.90.450.728.10.75冻融循环破坏研究进展4 国内外混凝土抗冻性能试验方法4.1

7、美国标准规定的抗冻性能试验方法 称为混凝土快速冻融试验方法，包括：快速冰冻水融法和快速气冻水融法。两种方法规定冻融循环温度为-17.84.4，每个试件应连续进行300次冻融循环，或进行到室内的相对动弹模量降到初始值的60%为止。该实验用DF表示耐久性系数，即：DF=PN/M 式中P为N次冻融循环后的相对动弹性模量：N为规定的最小值而停止实验时的循环次数：M为规定的经受冻融循环的次数。冻融循环破坏研究进展4.2 英国标准规定的冻融试验方法 规定试件尺寸为75mm75mm2250mm3050mm试件在-15温度下冻1617h,在20的水中养护72h。试件经50次冻融循环后计算相对长度变化率。即：L

8、=(L50-L0）/L0l式中：L50 为经历50次冻融循环后试件的长度：L0 为试件原始长度。冻融循环破坏研究进展4.3 我国国家标准规定的抗冻性试验方法用28天龄期的试件进行慢冻法，试件为立方体（150mm150mm150mm）,到达试验龄期的前四天，将冻融试件放在20的水中浸泡，水深应没过试件顶面2cm以上。在温度-17至-20下冻结4h，然后在20的水中溶解4h，至此为一次冻融循环，需8h。每次冻融循环后测定其重量和抗压强度，同时达到重量损失5%和强度损失25%的最大冻融循环次数，即为混凝土的抗冻标号，例如D300。冻融循环破坏研究进展5 混凝土冻融破坏的防治设计方面设计方面材料选择及

9、配合比方面材料选择及配合比方面施工方面施工方面在易出现裂缝的地方加大在易出现裂缝的地方加大配筋，对于混凝土构筑物，配筋，对于混凝土构筑物，要有防水、排水措施。要有防水、排水措施。掺入少量减水剂、早强剂、掺入少量减水剂、早强剂、防冻剂、引气剂、限制水防冻剂、引气剂、限制水灰比、选择抗冻性好的硅灰比、选择抗冻性好的硅酸盐水泥。酸盐水泥。控制好坍落度、振捣过程控制好坍落度、振捣过程不要太长、加强早期养护。不要太长、加强早期养护。冻融循环破坏研究进展6 感悟 混凝土结构发展到现在，理论部分已经趋于成熟，未来将会有越来越多的人研究混凝土的耐久性问题，抗冻性作为耐久性方面一个不可回避的话题，将会越来越表现出其重要性。目前对于冻融循环的研究存在很多不足之处。所以，我们仍需要努力、努力、再努力。冻融循环破坏研究进展