混凝土冻融破坏机理的研究
浅析混凝土冻融破坏机理及提高混凝土抗冻性能的对策
【文章编号】:1672-4011(2008)05-0006-02浅析混凝土冻融破坏机理及提高混凝土抗冻性能的对策江俊松,王泽云(西华大学建筑与土木工程学院,四川成都 610039) 【摘 要】:本文简要阐述了混凝土冻融破坏的直观特征和机理;根据混凝土的冻融破坏机理,提出了提高混凝土抗冻性能的主要措施。
【关键词】:混凝土;冻融破坏;抗冻性;措施 【中图分类号】:T U35212 【文献标识码】:B0 引言2008年1月,我国南方大部分地区普降暴雪,由于持续的冻雨天气,某些地区的不少电缆铁塔结冰达10φ以上。
在南方出现这样的灾害,实属罕见!我们所修建的混凝土建筑物、混凝土构筑物在抗冻性能方面的考虑比北方少很多。
这次灾害给我们敲响了警钟,使我们对南方地区的混凝土建筑物、混凝土构筑物的抗冻性能更加关注。
1 混凝土冻融破坏的直观特征混凝土发生冻融破坏的显著特征是表面剥落,严重时可能露出石子。
(如图a、b、c、d所示)在混凝土受冻过程中,冰冻应力使混凝土中产生裂纹。
冰冻所产生的裂纹一般多而细小,因此,在单纯冻融破坏的场合,一般不会看到较粗大的裂缝。
但是,在冻融反复交替的情况下,这些细小的裂纹会不断地扩展,相互贯通,使得表层的砂浆或净浆脱落。
当然,并不是说混凝土的表面剥落就一定是冻融破坏所造成的。
因为导致混凝土表面剥落的原因很多,除了冻融破坏以外,防冻盐使用不当、干湿交替、抹面较差、养护不良、化学侵蚀、磨损等都可能引起混凝土表面剥落,所不同的是冻融破坏不仅引起混凝土表面剥落,而且导致混凝土力学性能的显著降低。
大量试验研究表明:随着冻融次数的增加,混凝土的强度特性均呈下降趋势,其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度,即随着冻融次数的增加,混凝土的抗拉强度和抗折强度迅速下降,而抗压强度下降趋势较缓。
2 混凝土冻融破坏的机理混凝土是由集料、水泥和水三部分组成。
用作集料的物质,不论是天然的岩石材料还是人工制造的材料,都不是完全密实的。
混凝土的冻融损伤原理与防治
混凝土的冻融损伤原理与防治一、混凝土的冻融损伤原理1.1 冻融循环过程混凝土的冻融损伤是由于混凝土在冻融循环过程中发生了物理和化学变化而引起的。
冻融循环过程是指混凝土在温度从冰点以下到冰点以上的循环过程中的变化。
当混凝土中的水在低温下冻结时，冰晶的形成会使混凝土体积增大，从而产生内部应力。
当温度升高时，冰晶融化会导致混凝土体积缩小，从而产生内部应力。
这种内部应力会导致混凝土的裂纹和破坏。
1.2 冻融损伤机理混凝土的冻融损伤机理主要有两种，即物理机理和化学机理。
物理机理是指由于混凝土中的水在冰冻和融化过程中的体积变化而引起的损伤。
当水在冰冻时，会产生冰晶，冰晶的形成会使混凝土的体积增大，从而引起内部应力。
当水融化时，冰晶融化会导致混凝土体积缩小，从而引起内部应力。
这种内部应力会导致混凝土的裂纹和破坏。
化学机理是指由于混凝土中的水在冻融过程中发生的化学反应而引起的损伤。
当水在冰冻时，冰晶中的水分会被浓缩，形成高浓度的盐水，这种盐水会对混凝土中的水泥石产生化学反应，从而破坏混凝土中的水泥石。
当水融化时，盐水会溶解在水中，从而进一步破坏混凝土中的水泥石。
二、混凝土冻融损伤的防治2.1 选择合适的混凝土材料选择合适的混凝土材料是预防混凝土冻融损伤的关键。
可以从以下几个方面来选择合适的混凝土材料：（1）水泥的选择：应选择抗硫酸盐水泥或高强度水泥，以提高混凝土的耐冻融性。
（2）粉煤灰的选择：应选择具有活性的粉煤灰，以提高混凝土的耐冻融性。
（3）骨料的选择：应选择具有较好的耐冻融性的骨料，如玄武岩、花岗岩等。
（4）外加剂的选择：应选择具有耐冻融性能的外加剂，如减水剂、膨胀剂等。
2.2 加强混凝土的密实性混凝土的密实性对其耐冻融性有很大的影响。
可以采取以下措施来加强混凝土的密实性：（1）控制混凝土的水灰比，以提高混凝土的密实性。
（2）采用充填骨料的方法，可以填补混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实性。
（3）采用高压喷水养护，可以使混凝土表面变得光滑，从而提高混凝土的密实性。
混凝土冻融循环原理
混凝土冻融循环原理一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，它具有高强度、耐久性、抗压性和防火性等优点，因此在建筑结构中得到广泛应用。
但是，在气候变化和环境污染等因素的影响下，混凝土结构可能会遭受冻融循环的破坏。
混凝土的冻融循环破坏是指在冬季低温和春季高温交替的环境下，混凝土内部发生的冻胀和融胀作用，导致混凝土破裂、开裂、剥落等破坏现象。
本文将介绍混凝土冻融循环的原理和机理。
二、混凝土的组成和性质混凝土是由水泥、砂子、石子和水等原材料按一定比例配制而成的一种人造建筑材料。
混凝土的主要性质包括强度、密度、渗透性、抗冻性和耐久性等。
三、冻融循环的原理冻融循环破坏是指在低温下，混凝土内部的水分会结成冰，从而导致混凝土体积增大，产生冻胀作用。
随着温度升高，冰会融化成水，混凝土体积缩小，产生融胀作用。
这种交替循环的过程就是冻融循环。
在冻融循环过程中，混凝土内部的冰晶会不断生长，从而导致混凝土内部产生应力集中，进而引发混凝土的破坏。
四、混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在冻融循环过程中的抵抗能力。
混凝土的抗冻性受到多种因素的影响，包括材料的组成、水胶比、气孔率、孔隙度和孔径分布等。
其中，水胶比和气孔率是影响混凝土抗冻性的最重要因素。
水胶比是指混凝土中水和水泥的质量比，水胶比越大，混凝土的抗冻性越差。
这是因为水胶比大，混凝土中的水分含量就会增加，从而在冻融循环过程中，混凝土内部的冰晶会更多，导致混凝土内部应力更大，增加混凝土破坏的风险。
气孔率是指混凝土中的空隙率，气孔率越大，混凝土的抗冻性越好。
这是因为气孔可以缓冲冰晶的生长，从而减少混凝土内部的应力集中，降低混凝土的破坏风险。
五、混凝土冻融循环破坏机理混凝土冻融循环的破坏机理主要包括三个方面：冰晶的生长、应力的积累和混凝土的破坏。
1、冰晶的生长在低温下，混凝土中的水分会结成冰晶，这些冰晶会在混凝土内部不断生长，导致混凝土内部的应力集中。
当冰晶的生长达到一定程度时，就会引起混凝土的破坏。
混凝土冻融破坏机理及影响混凝土抗冻性能的主要因素
混凝土冻融破坏机理及影响混凝土抗冻性能的主要因素摘要：由于我国经济的持续发展需要，人民生活质量的持续提升，必然会对水利建设提出更加严格的要求。
一想到水利工程，不少人会将其与混凝土相联系，因为混凝土的强度高、可塑性强、造价适宜、维护成本少等优势逐渐在水利建设领域得到广泛应用。
但是在我国北方一些地区，冬季严寒等因素会对混凝土的耐久性带来不容忽视的影响，所以我们需要更加深入地分析影响混凝土抗冻性能的相关要素，然后整理出混凝土冻融破坏机理，希望能够在技术层面给予持续升级与优化，由此能够为增强工程质量带来启发与指导。
关键词：混凝土；冻融破坏机理；影抗冻性能；主要因素引言：在我国北方地区，由于冬季较长、温差很大，在进行水利工程的建筑物施工期间不可避免地要考虑混凝土质量，否则很容易造成其耐久性减弱，这对于现场施工安全及后续维护等带来不利影响。
那么，该如何最大化地增强混凝土质量、提升其抗冻性能等已经成为很多学者探讨的一个重要课题。
一、混凝土冻融破坏机理混凝土是一种富含毛细孔的典型复合材料，其内部组成包括两大部门，即：水泥砂浆与粗骨料。
若要确保在浇筑的过程中能够具备较强的和易性，则需要在混凝土中加入一些拌和水，并且其加入量需要明显超过水泥所需要的水化用水量。
此时多余的水则会通过游离水的形式停滞在混凝土内，逐步转变成具有一定体积的连通毛细孔，而这就是引起混凝土遭遇到冻害的一个直接诱因。
现今很多学者在对混凝土的冻融破坏机理进行研究的过程中提出了不少理论与学说，其中美国学者提出的“渗透压”与“膨胀压”等理论体系是最受关注的。
该理论明确指出：吸水饱和状态的混凝土若出现冻融，那么其遭受到的破坏应力包括两大组成：①在混凝土中毛细孔水在某负温因素的影响下会出现物态转变，从水变成冰，此时体积会扩大9%，由于毛细孔壁限制而形成膨胀压力，那么能够在毛细孔四周的微观结构中形成拉应力。
②在毛细孔水冻结成冰块的情况下，在凝胶孔中过冷水于混凝土微观结构的迁移、重分布等情况下会形成渗透压。
混凝土在氯盐介质条件下的冻融破坏机理
包含着大小不 同的各种孔隙 ， 孔溶液 的物理性质 随孔径大小 不 同而有很大 差别 ， 在冰 冻过程 中起 着不 同的作用 。总之 ， 这种观点过于简单 ， 不能解 释复杂的混凝土冻融 破坏 的动力
．
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｌｒｎ ａｔ ；ｏ ｃ ｅｅ ｆｅ ｚ ｎ ｈ ｗ ｅ ｔｕ ｔ ｎ ｙｗｏ ｄ ：ｈ ｏ ｉ ｅｓ ｌｓ ｃ ｎ ｒｔ ；ｒ ｅ ｅａ ｄ ｔ ａ ｄ ｓｒ ｃｉ ｏ
为保证冬季交通 畅通采用 在高 速公路 路面 和桥 面撒 除
冰 盐 的方 法 融 化 冰 雪 ， 融 雪 的 过 程 中 ， 凝 土 在 氯 盐 介 质 在 混
维普资讯
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交 通 科 技 与 经 挤
２０ 年第 ４ 总第 ４ 期） ０８ 期（ ８
混 凝 土 在 氯 盐 介 质 条 件 下 的 冻 融 破 坏 机 理
和破坏特征 ， 并根 据破 坏机理提 出了预 防混凝土盐冻破 坏的措施 。
关 键 词 ： 盐 ； 凝 土 ； 融破 坏 氯 混 冻
中 图分 类 号 ： ＴＵ５ ８ ２
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ８５ ９ （０ ８ ０—０ ００ １０ —６ － ｅｚ － Ｔｈａ Ｄｅ ｔ ｕ ｔｏ ｅ ｈ ｎ ｓ ｆ ｗ ｓｒ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｃ ａ ｉｍ ｏ
李连 志 ， 李
摘
琦， 李
剑
（ 龙 江 工 程 学 院 土 木 工 程 系 ，黑龙 江 哈 尔滨 １ ０ ５ ） 黑 ５ ０ ０
要 ： 自海洋环境和除冰盐的氯化物 ， 来 使混凝 土在冬 季处 于氯盐介 质条件 下的 冻融循 环 ， 在这种 冻融循 环作 用
探讨混凝土冻融破坏的机理
探讨混凝土冻融破坏的机理混凝土和钢筋混凝土结构的传统设计方法是按照荷载和安全的要求确定混凝土的强度等级，即“按强度设计”。
然而，国内外大量破坏实例表明：混凝土结构不是由于强度不够而破坏，而是由于混凝土随时间劣化（耐久性不够）而过早破坏，造成数目惊人的维修和重建的资金和自然资源的浪费。
国外寒冷地区如北欧、北美、前苏联早在上个世纪40年代已重视抗冻性，采取引气技术，所以较少见普通冻融破坏的。
在我国，从初步调查来看，北方地区造成混凝土结构过早破坏的主要原因是冻融和盐冻，情况也比较严重。
1 混凝土冻融破坏的机理分析混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的毛细孔多孔体。
在拌制混凝土时为了得到必要的和易性，加入的拌合水总要多于水泥的水化水。
这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中形成连通的毛细孔，并占有一定的体积。
这种毛细孔的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要内在因素。
因为水遇冷结冰会发生体积膨胀，引起混凝土内部结构的破坏。
但应该指出，在正常情况下，毛细孔中的水結冰并不致于使混凝土内部结构遭到严重破坏。
因为混凝土中除了毛细孔之外还有一部分水泥水化后形成的胶凝孔和其它原因形成的非毛细孔。
这些孔隙中常混有空气。
因此，当毛细孔中的水结冰膨胀时，这些气孔能起缓冲调解作用，即能将一部分未结冰的水挤入胶凝孔，从而减少膨胀压力，避免混凝土内部结构破坏。
但当处于饱和水状态时，情况就完全两样了。
此时毛细孔中水结冰时，胶凝孔中的水处于过冷状态。
因为混凝土孔隙中水的冰点随孔径的减少而降低。
胶凝孔中形成冰核的温度在-78℃以下。
胶凝孔中处于过冷状态的水分因为其蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压而向压力毛细孔中冰的界面处渗透。
于是在毛细孔中又产生一种渗透压力。
例如在-5℃时该渗透压力可达5.97MPa。
此外，胶凝水向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀。
由此可见，处于饱和状态（含水量达到91.7%极限值）的混凝土受冻时，其毛细孔壁同时承受膨胀压及渗透压两种压力。
混凝土冻融破坏机理的分析
联立方程（ ） （ ） 以求解 出待定 参数 ｋ ２ 、３ 可 和 的表达
＝（ｇ 。 １５）／ １Ｃ 一ｌ ） ｋ ＝Ｎ １ 一 ｇ （ｇ 。 ｇ ， Ｎ ｘ （） ４ 得到参数 ｋ 和 的值 以后 ， 函数 关系式 （ ） １ 的形 式就确 定 了。 要通过试验得到混凝土强度损失百分数 厶与冻融循环 （ 下转第 ２ ０页 ）
２ １ 年 第 ９期 ０１ （ 总第 ２ １期） １
黑龙 江交通科 技
ＨＥＬＯＮＧＪＡＮＧ ＪＡＯＴＯＮＧ Ｊ Ｌ Ｉ Ｉ ＫＥ
Ｎｏ． ２ １ ９， ０ １
（ ｕ ｏ ２ １ Ｓ ｍ Ｎ ．１ ）
混 凝土 冻 融破 坏机理 的分 析
魏 宪发
（ 黑龙 江省 交通科学研究所 ）
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细孔 ， 这些孔 隙中常混有空气 ， 当毛细孑 中的水 结冰膨胀时 ， Ｌ 这些气孔能起缓冲作用 ， 能将一部分未结冰 的水挤人胶凝孔 中， 从而减小膨胀压 力 ， 免混凝 土 内部 结构破 坏。但 当混 避 凝土处 于饱水状态受冻时 ， 其毛细孔壁 同时承受 毛细孔冰 晶 膨胀压 和凝胶孔渗透压两种压力 ， 两种压力超过混凝土 当这 的抗拉强度时 ， 混凝土就会开裂 ； 在反复冻融循环后 ， 混凝 土 中的裂缝 由表及里相互贯 通 ， 其强度逐 渐降低 ， 至完全丧 直 失使用 性能。 混凝 土的抗冻性与其 内部孔结 构 、 水饱 和程度 、 受冻 龄 期 和混凝土 的强度等许多因素有关 ， 中最 主要 的因素是它 其 的孔结构 ， 而混凝土 的孔 结构 是 由混凝 土水灰 比、 添加剂 和 施工养 护方法等 因素决 定 的。一般 来说 ， 水灰 比较 小、 内部 孑隙少 、 Ｌ 密实且强度 高的混凝 土抗冻 性较好 ； 添加 引气剂使 混凝土结 硬后 内部包含大量分布较为均匀的封闭微气孔 ， 可 以大大改善混凝土的抗冻性。 ２ 冻融破坏对材料 参数 的影 响 （） １ 削减构件截面尺寸 冻融破坏一般 先使 构件 边角 混凝 土 （ 应力 比较 集 中的 部位） 开裂 、 剥落和松脱 ， 然后 从表 面开始 向内部剥 落 ， 使构 件截面积削减 ， 可以在 现场实测 出构件 尺寸削 弱情况 ， 以实 际尺寸带人结构力学计算模型和承载力计算公式。 （） ２ 降低混凝土强度和弹性模量 冻融循环使得混凝土 内部结构逐步解离和破坏 ， 材料呈 松脆化趋势 ， 强度 和弹性模量 明显 降低 。在用慢冻法测混凝 土抗冻标号 的试验 中， 当冻融循环 次数 到达混凝 土抗冻标号 值时 ， 混凝土强度下 降接 近 ２ ％ ， ５ 可见强 度 的降低是不可 忽 视 的。但 目前对于混凝土 抗冻标 号 、 凝土饱 水程 度、 融 混 冻 循环次数、 质量损失 等因素与混凝 土强 度降低之间的量化 关 系， 并没有可资引用 的研究成果 ， 因而如何确 定 旧桥 结构 混
混凝土的冻融损伤原理
混凝土的冻融损伤原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑领域的材料，由于其优良的性能和广泛的应用，混凝土的冻融损伤问题引起了人们的高度关注。
本文将重点探讨混凝土的冻融损伤原理。
二、混凝土的组成和结构混凝土由水泥、砂、石子和水等原材料制成。
一般来说，水泥砂浆是混凝土的“骨架”，石子则是混凝土的“骨料”。
在混凝土中，水泥砂浆和骨料之间存在着一定的间隙，这些间隙称为孔隙。
三、混凝土的冻融损伤机理混凝土的冻融损伤是由于混凝土中的孔隙在冻结过程中被冻结水占据，导致孔隙内部压力增大，从而破坏混凝土的内部结构。
具体来说，混凝土的冻融损伤机理包括以下几个方面：1. 孔隙结构的变化在混凝土的冻结过程中，孔隙中的水会逐渐冻结，形成冰晶。
由于冰晶比水密度大，因此会导致孔隙的体积缩小。
同时，在冻结过程中，孔隙内的水会形成冰柱，使孔隙变得更加不规则和复杂。
这些变化导致混凝土的孔隙率增大，从而降低了混凝土的密度和强度。
2. 冰晶的生成和扩张在混凝土的冻结过程中，孔隙中的水逐渐冻结，形成冰晶。
由于冰晶比水密度大，因此会导致孔隙的体积缩小。
同时，在冻结过程中，冰晶会不断扩张，使混凝土的内部结构发生破坏。
当冰晶扩张到一定程度时，会导致混凝土内部的裂缝和空隙扩大，加剧混凝土的冻融损伤。
3. 水的渗透和结晶在混凝土的冻结过程中，孔隙中的水会逐渐冻结，形成冰晶。
同时，冰晶会不断扩张，导致混凝土内部的裂缝和空隙扩大。
当冰晶扩张到一定程度时，会导致混凝土内部的裂缝和空隙扩大，加剧混凝土的冻融损伤。
此外，在冰融过程中，混凝土中的水会重新渗透到孔隙中，形成新的冰晶，加剧冻融损伤。
四、混凝土的冻融损伤预防措施为了减少混凝土的冻融损伤，可以采取以下预防措施：1. 选择合适的水泥和骨料在混凝土的配制过程中，应选择合适的水泥和骨料，以保证混凝土的密度和强度。
同时，应控制混凝土的水灰比，以减少混凝土中的孔隙。
2. 加强混凝土的密实性为了减少混凝土中的孔隙，可以采用加压振捣等方法，加强混凝土的密实性。
混凝土冻融破坏机理的研究
混凝土冻融破坏机理的研究
混凝土在冻融循环中容易发生破坏。
其主要机理包括：
1.冰晶体积扩大引起的力学破坏：当冰晶形成时，其体积会由于晶体
内部结构和晶点排列的变化而产生体积扩大。
当水凝固为冰时，这种体积
扩大会生成应力，使混凝土表面裂开或局部破坏。
2.冰晶的渗透力破坏：当冰晶透过混凝土中单向的孔隙分布时，它们
会继续生长并扩大孔隙。
这种扩张和收缩可以远远超过混凝土本身的收缩，在持续冻融循环下，可以导致混凝土内部的细微裂纹扩大并加剧损坏。
3.水分的吸震作用：在冻结过程中，混凝土的水分会无法流动，而渗
透冻结的水会对混凝土结构产生振动，加速混凝土的损坏。
因此，在混凝土结构的设计和维护中，冻融破坏机理需要得到充分考虑。
例如，在设计中需要根据环境条件和需求选择合适的混凝土材料，以
及优化施工方式，避免产生过多的损坏和修复成本。
在维护中，需要及时
对现有损坏进行修复，并采取有效的防护措施，以延长混凝土结构的使用
寿命。
浅析混凝土冻融破坏机理及防治对策
空 隙 ， 其强 度 大 为 降低 。不过 重 新 捣 实这 一 方 法 使
只有 在万 不得 已时才 能采 用 ， 般 情 况 下还 是 应 该破 坏 。因 为混凝 土 中除了
毛细孔 之外还有 一部 分水 泥水 化后 形 成 的胶 凝孔 和
２ 冻融破坏 的影 响因素及防治对策
混凝 土发 生 冻融破 坏 的最显 著 的特征 是表 面脱 落， 严重 时可 以 露 出石 子 。 混凝 土 的抗 冻性 能 与 混
是在毛细孔中又产生一种渗透压力。此外胶凝水 向 毛细孔渗透的结构必然使毛细孔中的冰体积进一步 膨胀 ， 由此可见 ， 处于饱 和状态的混凝土受冻时 ， 其 毛细孑壁 同时承受膨胀压及渗透压两种压力。当这 Ｌ 两 种压力 超过 混凝 土 的抗 拉 强 度 时 ， 混凝 土就 会 开
注意 早期 养护 ， 量避 免混凝 土过 早受 冻 。 尽
１ ２ 混凝 土凝 结 后但 未取得 足够 强度 时受 冻 ．
其他 原 因形成 的非毛 细孑 ， 些空 隙 中常混 有空气 。 Ｌ这 因此 ， 当毛细孔 中 的水 结 冰膨胀 时 ， 这些 气孔 能起 到 缓 冲调节作 用 ， 即能 将 一 部 分 未 结 冰 的水 挤 入胶 凝 孔 ， 而减 少膨胀 压 力 ， 免 混 凝 土 内部 结 构 破坏 。 从 避 但 当处 于饱 和水状 态 时 ， 况就 完 全两样 了 ， 时毛 情 此 细孔 中 的水结 冰 ， 凝孔 中的水 处 于过冷状 态 ， 胶 因为 混凝土 中水 的冰点 随孔 径 的 减 少 而 降低 ， 凝 孔 中 胶 处于过 冷状态 的水分 因为其 蒸气 压 高于 同温度 下冰 的蒸气 压而 向压力 毛 细 孔 中 冰 的 边界 面处 渗 透 ， 于
混凝土破坏机理原理
混凝土破坏机理原理混凝土是一种常见的建筑材料，广泛用于建筑、桥梁、道路等领域。
然而，混凝土在长期使用过程中，会出现各种问题，其中最常见的就是破坏。
混凝土的破坏机理是指混凝土在外力作用下，失去原有的强度和稳定性，发生不可逆的物理和化学变化，导致结构损坏的过程。
混凝土破坏机理主要包括以下几个方面：1. 弹性阶段混凝土在受到外力作用时，会发生弹性变形。
当外力消失时，混凝土能够恢复原有形态。
这个阶段称为弹性阶段。
在这个阶段内，混凝土的应力和应变成正比关系。
2. 塑性阶段当外力增大到一定程度时，混凝土就会进入塑性阶段。
在这个阶段内，混凝土的应变增加速度变慢，应力和应变不再呈线性关系，而是开始出现非线性现象。
当外力消失时，混凝土只能部分恢复原有形态。
3. 开始破坏阶段当外力继续增大，混凝土会进入开始破坏阶段。
在这个阶段内，混凝土的应变增加速度变慢，应力和应变不再呈线性关系，而是呈现出急剧上升的趋势。
当混凝土的应力达到极限时，混凝土就会出现局部破坏，如裂缝、粉化等现象。
4. 破坏阶段当混凝土的应力超过其极限时，混凝土就会进入破坏阶段。
在这个阶段内，混凝土的应变增加速度急剧上升，应力也随之增加，最终导致混凝土的整体破坏。
混凝土破坏的机理是多方面的，其中主要包括以下几个方面：1. 拉伸破坏混凝土在受到拉力时，容易发生拉伸破坏。
拉伸破坏的原因主要是混凝土的抗拉强度很低，只有其抗压强度的1/10左右。
此外，混凝土在拉伸过程中还会因为裂缝的出现而导致破坏。
2. 压缩破坏混凝土在受到压力时，容易发生压缩破坏。
压缩破坏的原因主要是混凝土的抗压强度较高，但是当外力达到一定程度时，混凝土就会出现压缩变形，从而导致破坏。
3. 剪切破坏混凝土在受到剪切力时，容易发生剪切破坏。
剪切破坏的原因主要是混凝土的剪切强度很低，只有其抗压强度的1/8左右。
此外，混凝土在剪切过程中还会因为裂缝的出现而导致破坏。
4. 冻融破坏混凝土在受到冻融作用时，容易发生冻融破坏。
冻融实验方案
冻融实验方案
一、冻融破坏机理
混凝土的冻融循环会使得混凝土内部产生冻胀从而导致混凝土开裂,而开裂的裂缝在冰溶解之后会渗透更多的水，在下一次水结冰之后会产生比上次一更大的膨胀，以此循环最终导致混凝土破坏。
三、试验内容
(1)、按照要求制作直径69mm,高154mm的圆柱体混凝土试块，并养护。
(2)、养护完成之后，取出放在温度为15-20度的水中。
浸泡时水面至少高出试件顶部20mm,4天之后进行冻融实验。
(3)、在试件中心预留或者钻出之间为12亳米，深度为150的孔，插入温度传感器，用来测量中心温度。
(4)、箱内防冻液的高度要高出试件盒内水溶液的高度，且试件之间要保持20mm的空隙，以保证防冻液能在冻融箱内顺畅流动
(5)、试件箱内如果没有有空余的试件位，需要用其他试件填充，以保证盒内温度均衡稳定。
冻融循环过程要符合以下要求
(1)、每次冻融在2-4小时之内完成，其中用于融化的时间不得少于整个冻融的1/4
(2)、在冻结和融化终了时，试件中心温度分别控制在-19~-15度和6-10度
(3)、每块试块从6度降低到-15度的试件不得少于真个冻结时间的1/2,每个试块从-15
度升到6度的试件也不得少于整个融化试件的1/2,试件内外温差不得超过28度
(4)、冻和融之间转换时间不宜超过10分钟
ffi2.7快速冻融箱装置求意图
冻融达到以下三种情况即可停止试验：
1、己达300次
2、相对弹性模量下降到60%以下
3、质量损失达5%。
混凝土的冻融
混凝土的冻融
水利建筑物混凝土：混凝土的冻融
混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用（干湿变化、温度变化、冻融变化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。
对混凝土的抗冻性不能单纯理解为抵抗冻融的性质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发生表层削落，结构疏松等破坏现象。
所以对混凝土的冻融破坏的研究显得尤为重要。
对混凝土冻融破坏的机理，目前的认识尚不完全一致，按照公认程度较高的，由美国学者T.C.Powerse提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。
其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀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；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。
由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。
凝胶孔水形成冰核的温度在-78℃以下，因而由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。
另外凝胶不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混
凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。
从实际中不难看出，处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。
混凝土盐冻破坏的原因
混凝土盐冻破坏的原因一、引言混凝土作为现代工程结构的主要建筑材料，其耐久性对工程的安全性和使用寿命具有重要影响。
然而，在实际使用过程中，混凝土常常受到各种因素的侵蚀，其中盐冻破坏是较为常见的一种。
盐冻破坏是指混凝土在受到盐类侵蚀和反复冻融的作用下，发生性能降低甚至破坏的现象。
本文将对混凝土盐冻破坏的机理、影响因素进行深入探讨，以期为提高混凝土耐久性提供理论支持。
二、混凝土盐冻破坏的机理盐冻破坏的机理主要涉及两个方面：盐类侵蚀和冻融循环。
1.盐类侵蚀盐类物质（如NaCl、CaCl2等）能够通过混凝土的孔隙或外界环境渗入混凝土内部。
这些盐类物质与混凝土中的水化产物发生化学反应，生成相应的盐结晶体。
这些结晶体往往会膨胀，产生内部应力，导致混凝土结构破坏。
此外，盐类侵蚀还会降低混凝土的pH值，加速钢筋的腐蚀。
2.冻融循环当混凝土处于反复冻融的环境中，其内部的孔隙水会在温度变化下产生结晶和溶解。
当孔隙水结冰时，体积膨胀，产生膨胀压力；当孔隙水融化时，体积缩小，产生渗透压力。
这两种压力的反复作用会使得混凝土内部产生微裂缝，降低其承载能力和耐久性。
三、影响混凝土盐冻破坏的因素影响混凝土盐冻破坏的因素主要包括内部因素和外部因素。
1.内部因素内部因素主要包括混凝土的原材料、配合比、微观结构和制备工艺等。
①原材料与配合比原材料的选取对混凝土的抗盐冻性能至关重要。
例如，骨料的质量、水泥的品种和等级、外加剂的类型和用量等都会影响混凝土的性能。
配合比的设计需要权衡强度、耐久性和工作性等要求，合理调整水灰比、砂率等参数，以获得最佳的抗盐冻性能。
②微观结构与制备工艺混凝土的微观结构对其抗盐冻性能具有重要影响。
合理选择制备工艺，控制混凝土内部的孔隙率、孔径分布和界面状态，能够有效提高其抗盐冻性能。
例如，采用高效减水剂、优化搅拌工艺、加强振捣等措施，可以降低混凝土内部的孔隙率，提高其密实度，从而提高其抗盐冻性能。
2.外部因素外部因素主要包括环境条件、使用条件和防护措施等。
混凝土冻融破坏机理及防治措施
么， 北方地 区的混凝＿ 过年复一 年冻融循 环， 凝土损伤 十经 混
不断扩大， 步积累， 逐 经过一 定的冻融循环 ， 一 混凝土 中的裂缝
相互贯通， 度逐渐降低， 后完全丧失 。 强 最
（） Ｌ ——与气孔大小， 分布有关 的函数 ；
中Ｌ ￡ 攀（ｚ （ （ ＋ ｃ） ３ ） ： ｍ ）
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｎ ｒ ｔ ；ｒ ｅ ｉｇ ｔ ａ ｗａｅ ａｉ ； ｒｖ ｎ ｉｇａ ｄｃ ｎｒ ｌｎ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｃ ｅｅ ｆｅ ｚｎ —ｈ ｗ； ｔｒｒ ｔｏ ｐ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔｏｌ ｇ ｎ ｉ
ｌ 造成混凝土冻融循环剥蚀破坏的机理
混凝土是 由沙浆及粗骨料组成 的毛细孔 多孔 体， 在拌制 时， 为了达到必要 的和 易性 ， 拌合 水的加入 总多于水泥 的水
式中 ：ｌ ｒ ——水的粘性系数， ２Ｃ时为０・ １ 泊； 在一 ＂ ０９
ｓ — 水泥 石毛细孔 的含水率 ， — 以毛 细 孔 含 水 率 体 积 与 毛 细 孔 体 积之 比表 示 ；
Ｕ — — 水 的 冻 结速 度 ； Ｒ Ｕ： Ｒ
ｄ
隙 和 毛 细 管 通 道 。 这 些 孔 隙 可 分 为凝 胶 孔 、收 缩 孔 和 毛 细 管 孔 隙 。凝 胶 孔 和 收 缩 孔 的直 径 非 常 小 ， 以我 们 称 之 为微 所
关键 词 ： 混 凝 土 ；冻 融 破 坏 ； 含 水 率 ； 防 治
Ｍ ｅ ｈ ｎｉ ｎｄ Ｐ ｅ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｏ ｎ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ ａ Ｓ ｏ ｌ ｃ ａ ｓ ａ ｒ ｖ ｎ ａ ｕ ｅｆ ｒＣｏ ｅ ｅ ｅ Ｆ ｅ ｚ ．ｈ ｗ ｐ ｉ ｍ Ｍ ｔ
ＺＨ ＵＡＮ Ｇ Ｙｕ
毛 细孔 ： 毛细管孔 隙直径较大， 而 我们 称之为大 毛细孔 。微
混凝土抗冻技术
混凝土抗冻技术一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其特点是强度高、耐久性好、施工方便等。
然而，在寒冷地区，混凝土受到冻融循环的影响会导致其性能下降，甚至破坏结构的安全性。
因此，混凝土抗冻技术的研究和应用具有重要意义。
二、混凝土抗冻技术的原理1. 冻融循环的作用机理混凝土受到冻融循环的影响，主要是由于水分在冷却过程中形成冰晶，冰晶体积比水大，会导致混凝土的体积膨胀，从而破坏混凝土的结构。
同时，冰晶的形成还会产生内部应力，加速混凝土的龟裂和断裂。
2. 抗冻混凝土的原理为了提高混凝土的抗冻性能，可以采用以下原理：（1）控制混凝土中的水分含量，减少混凝土受到冻融循环的影响。
具体方法包括减少混凝土的水灰比，采用低温混凝土，增加混凝土中的气泡或纤维等。
（2）改善混凝土的孔结构，减少混凝土内部的孔隙和裂缝，防止水分渗透。
具体方法包括采用高强度混凝土、减少混凝土的孔隙率、控制混凝土龟裂等。
（3）增加混凝土的强度和韧性，提高其抗冻性能。
具体方法包括采用高强度水泥、增加混凝土中的骨料、增加混凝土中的纤维等。
三、混凝土抗冻技术的应用1. 抗冻混凝土的配合设计在混凝土的配合设计中，需要考虑混凝土所在的地理环境、气候条件、使用目的等因素，选择合适的水泥、骨料、掺合料等原材料，以及合适的配合比和加工工艺，使混凝土具有较好的抗冻性能。
2. 抗冻混凝土的施工技术在混凝土的施工过程中，需要注意以下技术要点：（1）混凝土的搅拌、运输、浇筑等过程中，要防止混凝土的水分蒸发和温度过低，以免影响混凝土的抗冻性能。
（2）混凝土浇筑后，需要进行养护。
在温度低于0℃的环境中，需要采取加热措施，以保证混凝土的养护温度。
3. 抗冻混凝土的检测和评定为了保证混凝土的抗冻性能，需要对混凝土进行检测和评定。
常用的检测方法包括冻融试验、抗冻龟裂试验、氯离子含量检测等。
四、混凝土抗冻技术的发展趋势随着科技的发展和人们对混凝土性能要求的提高，混凝土抗冻技术也在不断发展。
混凝土中冻融循环原理
混凝土中冻融循环原理一、引言混凝土作为一种广泛使用的建筑材料，其性能与质量一直是人们关注的焦点。
冻融循环是混凝土常见的破坏形式之一，特别是在寒冷地区，混凝土的冻融循环破坏更加显著。
本文将从混凝土的组成、冻融循环的原理、混凝土的抗冻性能、混凝土中冻融循环的破坏机理等多个方面来探讨混凝土中冻融循环的原理。
二、混凝土的组成混凝土主要由水泥、砂、骨料和水组成。
水泥是混凝土中的胶凝材料，起到胶结与硬化作用；砂是混凝土中的细骨料，用于填充水泥和骨料之间的空隙，使混凝土更加致密；骨料是混凝土中的粗骨料，主要用于提高混凝土的力学性能；水是混凝土中的一种溶液，能使水泥与骨料发生化学反应，形成坚硬的混凝土。
三、冻融循环的原理冻融循环是指混凝土在低温下结冰，然后在高温下融化的过程。
在冻结过程中，混凝土中的水分会形成冰晶，从而引起混凝土的膨胀。
当冰晶膨胀到一定程度时，会破坏混凝土内部的结构，导致混凝土的力学性能下降。
在融化过程中，冰晶会逐渐融化，释放出水分，从而引起混凝土的收缩。
当冰晶融化完全后，混凝土内部的结构会发生变化，导致混凝土的力学性能下降。
由于冻融循环的不断重复，混凝土的破坏程度会逐渐加剧，最终导致混凝土的完全破坏。
四、混凝土的抗冻性能混凝土的抗冻性能是指混凝土在冻融循环过程中的抵抗能力。
混凝土的抗冻性能主要受到以下因素的影响：1.水灰比：水灰比越小，混凝土的抗冻性能越好。
2.气孔率：混凝土中的气孔率越小，混凝土的抗冻性能越好。
3.骨料的物理性质：骨料的强度和吸水率对混凝土的抗冻性能有一定影响。
4.混凝土的密实性：混凝土的密实性越好，混凝土的抗冻性能越好。
五、混凝土中冻融循环的破坏机理混凝土中冻融循环的破坏机理主要有以下几种：1.冰晶的膨胀作用：当混凝土中的水分在低温下结冰时，冰晶会膨胀，从而引起混凝土的膨胀变形。
当冰晶膨胀到一定程度时，会破坏混凝土内部的结构，导致混凝土的力学性能下降。
2.冰晶的收缩作用：当混凝土中的冰晶在高温下融化时，冰晶会逐渐融化，释放出水分，从而引起混凝土的收缩变形。
混凝土路面的冻融性能研究
混凝土路面的冻融性能研究一、研究背景混凝土路面作为公路交通的重要组成部分，其冻融性能是影响其使用寿命和安全性的关键因素。
在北方地区，冬季常常出现雨雪天气，路面易受到冻融循环的影响，导致路面破裂、龟裂等问题，严重影响道路的使用。
因此，研究混凝土路面的冻融性能，对于提高道路的耐久性、减少维护成本具有重要意义。
二、冻融循环对混凝土路面的影响1.冻融循环的定义和原理冻融循环是指混凝土路面在温度周期性变化的情况下，由于水在冰与水之间的相互转化，引起混凝土材料的体积变化，从而导致路面出现龟裂等问题。
冻融循环的主要原因是混凝土中的水分在温度变化的作用下发生物理变化，其中水的结晶是冻融循环的主要原因。
2.混凝土路面在冻融循环条件下的失效机理混凝土路面在冻融循环条件下，受到多种力学和环境因素的影响，如温度变化、水分结晶、应力状态等。
这些因素共同作用，导致混凝土路面的强度、抗裂性、耐久性等性能下降，最终出现龟裂、破坏等问题。
三、混凝土路面的冻融性能测试方法1.常见的混凝土路面冻融性能测试方法常见的混凝土路面冻融性能测试方法主要包括热胀冷缩试验、冰盐试验、冻融循环试验等。
2.冻融循环试验的测试流程和标准冻融循环试验是衡量混凝土路面冻融性能的一种重要方法。
其测试流程包括样品制备、标准养护、冻融循环试验、试验结果分析等步骤。
国内外均有相关的标准规范，如ASTM C666、JTG E20-2011等。
四、冻融性能改善措施1.改善混凝土路面材料性能通过改善混凝土路面材料的性能，如添加掺合料、改变骨料粒径等方法，可以提高混凝土路面的抗冻融性能。
2.改善路面结构设计通过改善路面结构设计，如增加路面厚度、加强路面底部支撑等方法，可以提高混凝土路面的承载能力和抗冻融性能。
3.改善路面维护管理定期进行路面维护管理，如清扫积雪、填补路面缝隙等方法，可以减少路面受到冻融循环的影响，延长路面使用寿命。
五、结论混凝土路面的冻融性能是影响其使用寿命和安全性的关键因素。
混凝土防冻融原理
混凝土防冻融原理一、引言混凝土作为一种常用的建筑材料，其性能的好坏直接影响到建筑物的使用寿命和安全性。
在寒冷的冬季，混凝土结构容易受到冻融循环的影响，导致裂缝、开裂、破坏等问题，因此需要采取一定的防冻融措施。
本文将对混凝土防冻融原理进行详细的介绍。
二、混凝土防冻融原理1. 冻融循环的影响在冬季，地下混凝土结构的温度下降，水分凝固成冰，由于水在凝固时体积膨胀，这会导致混凝土结构内部产生应力，使其产生微小的裂缝。
随着温度的升高，冰又会融化，这时混凝土结构内部的水分会重新流动，这可能会导致混凝土结构的变形和破坏。
这种冻融循环的反复作用，可能会使混凝土结构的使用寿命大大降低。
2. 防冻融的方法为了防止混凝土结构受到冻融循环的影响，可以采取以下方法：(1) 使用密实性好的混凝土密实性好的混凝土可以减少混凝土结构内部的水分，从而减少冻融循环的影响。
(2) 加强混凝土结构的保温性能加强混凝土结构的保温性能可以减缓混凝土结构的温度下降速度，从而减少冻融循环的影响。
(3) 使用防冻剂防冻剂是一种特殊的混凝土添加剂，可以使混凝土结构在低温下仍能保持良好的性能，从而减少冻融循环的影响。
(4) 采用防冻融技术防冻融技术是一种将混凝土结构表面喷涂特殊的防冻融剂的方法，可以有效地防止混凝土结构受到冻融循环的影响。
3. 防冻融原理以上防冻融方法的背后，都有一个共同的防冻融原理：在混凝土结构内部或表面形成一层保护层，防止水分的积聚和冻融循环的影响。
(1) 密实性好的混凝土密实性好的混凝土可以减少混凝土结构内部的水分，从而减少冻融循环的影响。
密实性好的混凝土的制备方法有：① 混凝土的水灰比适当，水泥的用量要合理。
② 在混凝土中加入矿渣粉、粉煤灰等细粉料。
③ 在混凝土中加入颗粒较小的砂子，使混凝土的孔隙度减小。
(2) 加强混凝土结构的保温性能加强混凝土结构的保温性能可以减缓混凝土结构的温度下降速度，从而减少冻融循环的影响。
加强混凝土结构的保温性能的方法有：① 在混凝土结构表面覆盖保温材料。
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1999年1月水 利 学 报SHU IL I XU EBAO第1期混凝土冻融破坏机理的研究Ξ李金玉 曹建国 徐文雨 林 莉 关遇时(中国水利水电科学研究院结材所,北京,100038)摘 要 本研究采用混凝土实体,通过快速冻融试验来探索混凝土水饱和状态下,冻融过程中的破坏机理.研究的混凝土品种有普通混凝土、引气混凝土和高强混凝土.冻融破坏过程中性能变化的测试项目包括抗压强度、抗弯强度、抗拉强度、动弹性模量、饱和面干吸水率和孔结构、水化产物的电镜分析以及X衍射分析.试验结果说明,混凝土的冻融破坏,是一个物理破坏过程,不同种类混凝土的破坏机理是不尽相同.关键词 引气,非引气,混凝土,抗冻融,强度,吸水率,孔结构,微观结构.中图号 TU528冻融破坏是我国东北、西北和华北地区水工混凝土建筑,在运行过程中产生的主要病害,对于水闸、渡槽等中小型水工混凝土建筑物,冻融破坏的地区范围更为广泛,除三北地区外,华东、华中的长江以北地区以及西南高山寒冷地区,均存在此类病害.较为典型的工程如东北的云峰水电站,大坝建成运行不到10年,溢流坝表面混凝土冻融破坏面积就高达10000m2,占整个溢流坝面的50%左右,混凝土平均冻融剥蚀深度达10cm以上.混凝土的冻融破坏,是国内外研究较早、较深入的课题.从40年代以后,美国、原苏联、欧洲、日本等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究,提出的破坏理论就有5～6种.如美国鲍尔斯(T. C. Powers)提出的冰胀压和渗透压理论等[1,2],但大部分是从纯物理的模型出发,经假设和推导而得出的,有些是以水泥净浆或砂浆试件通过部分试验得出的,因此迄今为止,对混凝土的冻融破坏机理,国内外尚未得到统一的认识和结论.本研究采用混凝土实体试件,在水饱和条件下进行快速冻融试验,通过混凝土在冻融过程中宏观特性和微观结构的测试,较为直接地进行混凝土冻融破坏机理的研究.1 研究方法混凝土冻融试验以混凝土实体试件进行,试件尺寸10cm×10cm×40cm,二级配混凝土.混凝土配合比见表1.试验是以快冻法进行,冻结时混凝土试件的中心温度为-15～-17℃,融化时,试件表1 混凝土配合比混凝土品种水灰比水泥/(kg・m-3)水/(kg・m-3)砂/(kg・m-3)石/(kg・m-3)含水量(%)普通混凝土01652461607391205115引气混凝土01652461607391205610高强混凝土01265001306531066118 说明:水泥为普硅525#;引气混凝土掺S J引气剂;高强混凝土掺NB高效减水剂;北京砂石料.中心温度为6～8℃,一次冻融循环为3h左右,试件在冻结和融化过程中均处于全浸水状态(亦即饱水状态),冻融试验机采用日本产A TM全自动混凝土冻融试验机.试验按水工混凝土试验规程SD105—82有关规定进行.混凝土抗压强度、抗折强度、抗拉强度、动弹性模量的测试也均按水工混Ξ本文于1997年7月10日收到.凝土试验规程SD105—82进行.混凝土饱和面干吸水率,是混凝土密实程度的一种间接表示指标.一般情况下,混凝土密实度越差,即孔隙率越大则饱和面干吸水率越高;反之,密实度越高,孔隙率越小,其吸水率也就越低.混凝土的饱和面干吸水率的计算方法如下:将混凝土浸泡水到饱和(一般泡3～4d达饱和,试件重量不再增加),擦去表面浮水至面干后称重,再行烘干至恒重,饱和面干试件与干试件的重量差与干试件的重量比,即为混凝土试件的饱和面干吸水率.本次研究混凝土饱和面干吸水率的变化,也是从一个侧面反映混凝土在冻融过程中密实度的变化过程.混凝土冻融破坏过程中的微孔结构变化,是采用9162A型水银高压测孔仪(上海大隆机器厂生产,其最大压力可达400MPa)来完成的.根据水银在微孔介质中运动的规律,压力与水银进入毛细孔的孔径有如下的关系.P1=750/r,(1)式中:P1———压力值(MPa);r———毛细孔半径(nm).根据式(1)可得出,该测孔仪所能测得的最小孔径为11875nm.在样品实际测试时,样品最大压力控制在300MPa,因此,实际最小测孔半径为215nm.该仪器的工作压力和最小测孔值达到目前国外同类产品的最高水平.混凝土冻融破坏过程中水化产物的形态和结构是采用扫描电子显微镜来观测的,其放大倍数一般为1000～3000,也可达5000,通过扫描电镜可以相对比较混凝土中水泥水化产物的结构形态,也可相对比较不同样品中某种水化产物的多寡程度.扫描电镜试验是在北京理化分析中心进行的.混凝土冻融破坏过程中对水化产物成分的影响是通过X射线衍射试验进行的.由于X射线对不同的结晶体有不同的衍射特性,因此通过衍射峰值的大小即可相对比较水泥混凝土中水化产物成分的相对含量,X射线衍射试验也是在北京理论分析中心进行的.2 混凝土冻融破坏过程中宏观特性的研究211 普通混凝土和引气混凝土冻融过程宏观特性 变化见表2,表3.表2 普通混凝土冻融过程中宏观特性试验结果冻融次数相对动弹性模量(%)抗压强度/MPa抗拉强度/MPa抗折强度/MPa失重率(%)吸水率(%) 010*******/100%311/100%4133/100%05156/100%559152613/8418%115/5116%1134/3019%-01068516/10017% 1143142317/7615%112/3817%0197/1810%-01157612/110%1730112214/7212%0190/29%0152/1210%-012106134/114% 说明:W/C=0165;二级配混凝土;含气量115%.表3 引气混凝土冻融过程中宏观特性试验结果冻融次数相对动弹性模量(%)抗压强度/MPa抗拉强度/MPa抗折强度/MPa失重率(%)吸水率(%) 010*******/100%211/100%5100/100%04185/100% 22572121710/7716%018/3810%2114/4210%11495129/109% 30061101018/4915%016/2816%1183/3518%31075161/116% 说明:W/C=0165,二级配混凝土;含气量6%. 由表2、3可以得出以下结论:(1)随着冻融次数的增加,混凝土的强度特性均呈下降趋势,其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度,即随着冻融次数的增加,混凝土的抗拉强度和抗折强度迅速下降,而抗压强度下降趋势较缓,如以目前抗冻标准中动弹模下降40%作为一个临界值,则普通混凝土抗拉强度只剩5116%,抗折强度剩3019%,抗压强度还有8418%;引气混凝土达抗冻临界值时,抗拉强度只剩2816%,抗折强度剩3518%,抗压强度剩4915%.(2)失重率也是混凝土抗冻性的一个评价指标,从试验结果可以看出,随着冻融次数的增加,对普通混凝土来讲,动弹模下降40%时,失重率为负值(混凝土尚未产生剥蚀,而吸水率增加之故),重量并不发生损失,但此时混凝土的抗拉、抗折强度等均发生了明显的变化,因此对于普通混凝土,尤其是结构性混凝土,用重量损失来作为破坏的评估指标,就不一定合适了.而对引气混凝土而言,失重率比普通混凝土较为显著,如动弹模下降40%时,失重率已达3107%,即表面已发生了明显的剥蚀.因此失重率这一指标对引气混凝土抗冻性的安全评估仍有一定的意义.(3)饱和面干吸水率是混凝土毛细孔隙率的一个间接指标,也是混凝土密实程度的一种标志,从试验结果中可看出,混凝土随着冻融破坏的发生,无论普通混凝土或引气混凝土,其吸水率均呈逐步增加的趋势.这一结果从宏观上说明,混凝土在冻融破坏过程中内部孔隙是逐步增加的,而密实度是逐步下降的,这与宏观强度的下降是一致的.212 高强混凝土冻融特性 试验结果列表4.表4 高强混凝土冻融过程中宏观特性试验结果冻融次数相对动弹性模量(%)抗压强度/MPa抗折强度/MPa失重率(%)吸水率(%)01008819/100%1219/100% 00179/00%50094167617/8613%916/7414%-01321112/142%60094157611/8516%9156/7411%-01321123/156% 由表4可以看出:(1)高强混凝土具有很高的抗冻能力,经600次冻融循环后,其动弹模仍在90%以上,而且混凝土表面不产生脱皮剥落现象,失重率为负值.由此可以得出,除了采用引气混凝土外,采用超低水灰比和高效减水剂而制作的高强混凝土(R >80MPa ),同样可以具备非常高的抗冻融能力,抗冻标号可达D600以上,这一试验结果,在国内是首次.(2)高强混凝土由于水灰比很小,因此混凝土的密实度很高,冻融前混凝土的饱和面干吸水率仅0179%,比普通混凝土(5156%)和引气混凝土(4185%)要低5～7倍.正由于高强混凝土具有超常的密实度,因此也就具备了超常的抗冻性.(3)高强混凝土在冻融过程中,其宏观力学特性也随着冻融循环的增加,而产生逐步的降低.试验结果表明,经600次冻融循环后,混凝土抗压强度下降了1414%,抗折强度下降了2519%,抗折强度下降的百分率明显的大于抗压强度.这一结果与普通混凝土和引气混凝土冻融过程中强度特性的变化规律是相似的.图1 冻结温度与混凝土冻融破坏的关系213 冻结温度和冻融速率对混凝土冻融破坏的影响 冻结温度和冻融速率对混凝土冻融破坏过程的影响试验,都是采用普通混凝土进行的.混凝土中心的冻结温度分3个等级即-5℃、-10℃和-17℃,融化温度均为+5℃.3个冻结温度下混凝土冻融试验的结果列表5和图1.由表5的结果可以看出,冻结温度对混凝土的冻融破坏有明显的影响,当冻结温度-17℃时,普通混凝土只能承受7个冻融循环,当冻结温度提高到-10℃时冻融循环增加到12个,而当冻结温度提高到-5℃时,混凝土承受的冻融循环数将大幅度提高,即提高到了133次,由图1可以进一步看到冻结温度由-5℃降低到-10℃时,混凝土的冻融破坏效果将出现一个突变,也即当混凝土中最低冻结温度达-10℃时,冻融破坏的力量将明显加大.因此对于混凝土冻结温度有可能到达-10℃或更低温度的建筑物,必须设计较高的抗冻标号.冻结速率的影响试验分两个等级,一个从+5～-17℃每个循环为3h ,相应的冻结速率为012℃/min ,另一个等级是从+5～-17℃每一循环为4h ,相应的冻结速率为0117℃/min.两种冻结速率对混凝土破坏的影响结果列表3—6.表5 冻结温度对混凝土冻融破坏的影响编号冻结温度(℃)动弹模下降40%时的冻融循环次数1-51332-10123-177表6 不同冻结速度对混凝土抗冻性的影响冻结速率(℃/min )动弹模下降40%时的循环数0117701205由表中结果可以看出,冻结速率对混凝土的冻融破坏有一定的影响,冻结速率提高,冻融破坏力加大,混凝土容易破坏.3 混凝土冻融过程中微观结构的研究311 混凝土冻融破坏过程中微孔特性的变化规律 用高压水银测孔仪对普通混凝土和引气混凝土试样冻融前后微孔结构进行了测试,结果列于表7、8和图2～5所示.高强混凝土冻融前后微孔测试结果列表9和图6～7.1—冻前;2—冻后(19次)图2 普通混凝土冻融前后压汞量曲线1—冻前;2—冻后(19次)图3 普通混凝土冻融前后微孔分布曲线表7 普通混凝土冻融前后微孔结构测试结果普通混凝土压力/MPa孔径分布/mm冻融前比孔容/(ml ・g -1)占总比孔容百分率(%)冻融后(动弹下降40%)比孔容/(ml ・g -1)占总比孔容百分率(%)0～1>7502148×10-321675161×10-351031～2750～3752159×10-321782128×10-321042～3375～2502178×10-321992177×10-321483～5250～1509144×10-3101159184×10-381825～715150～1001102×10-2111001113×10-210113715～10100～757125×10-371801104×10-2913310～1575～501114×10-2121291154×10-21317615～3050～251147×10-2151811173×10-21515230～5025～158125×10-381879184×10-3818250～7515～105137×10-351776175×10-3610575～10010～7153178×10-341064131×10-33186100～150715～55174×10-351885137×10-34181150～2005～31753138×10-331634114×10-33171200～3003175～2155186×10-361306126×10-35161累计9130×10-210011116×10-2100引气混凝土压力/MPa 孔径分布/mm冻融前比孔容/(ml ・g -1)占总比孔容百分率(%)冻融225次比孔容/(ml ・g -1)占总比孔容百分率(%)冻融300次比孔容/(ml ・g -1)占总比孔容百分率(%)0～1>750010103112161010086571940101655121281～2750～3750100494610401005945145010059341402～3375～2500100335410901003363108010072151353～5250～1500100560618401007116152010108181025～715150～1000100654719901010469160010150811119715～10100～7501005376157010077571110100882615410～1575～5001010171214301015881415701014691019015～3050～2501010391217001018081615901017771311830～5025～1501006988153010091781410100961711350～7515～1001004655168010065861040100841612475～10010～715010033541090100387315501004953167100～150715～5010037841620100594514501005614116150～2005～3175010026231200100243212501004273117200～3003175～215010037841620100375314401005073176累计0108181000110901000113481001—冻前;2—冻中(225次);3—冻后(300次)图4 引气混凝土冻融前后压汞量曲线1—冻前;2—冻中(225次);3—冻后(300次)图5 引气混凝土冻融前后微孔分布曲线图6 高强混凝土冻融前后压汞量曲线1—冻前;2—冻融600循环图7 高强混凝土冻融前后微孔分布曲线1—冻前;2—冻融600循环高强混凝土压力/MPa孔径分布/nm冻融前比孔容/(×10-2ml・g-1)占总比孔容百分率(%)冻融600次比孔容/(×10-2ml・g-1)占总比孔容百分率(%)0～1>7500112531780113031841～2750～3750124971560125771582～3375～2500103411050103611063～5250～1500104211260104311275～715150～1000102801840102901856715～10100～7501034110501035110310～1575～50010561168010551162315～3050～2501179514601184514330～5025～150149214192015171512350～7515～1001297910301304819775～10010～715013059124013069103100～150715～51001398121080138911174150～200510～317501384111660142112142200～3003175～21501671201380167419189累计3129410031389100 经初步分析试验结果,可以看出:(1)混凝土冻融破坏过程中微孔隙含量在逐步增加,普通混凝土冻前总压汞量为9130×10-2ml/ g,冻融达破坏后总压汞量为11116×10-2ml/g,总压汞量增加了20%,亦即混凝土中孔隙含量(体积)增加了20%.引气混凝土冻融前压汞量为8118×10-2ml/g,冻融225次时(动弹下降近30%)总压汞量为10190×10-2ml/g,增加33%,冻融300次时(动弹下降近40%)总压汞量为13148×10-2ml/g,增加近65%,引气混凝土冻融破坏过程中,孔隙含量的增值又明显多于普通混凝土,无论引气混凝土或普通混凝土,微孔含量增加的范围主要在25～150nm.(2)无论普通混凝土还是引气混凝土,在冻融前后微孔分布曲线的峰值即最可几孔径,在逐步扩大,普通混凝土由3918nm增大至7214nm,引气混凝土由4517nm增大至9816nm.说明混凝土在冻融过程中微孔含量和微孔直径均在增大.(3)高强混凝土的微孔测试结果说明,高强混凝土内部的微孔总含量很小,总压汞量仅为3129×10-2ml・g-1,而普通混凝土的总压汞量为9130×10-2ml・g-1,高强混凝土中的微孔含量仅是普通混凝土的3514%,由此可见高强混凝土具有非常高的密实性.由孔分布的结果可以看出,高强混凝土内部的微孔主要是215～25nm(25～250A).国外一些研究资料,如欧洲混凝土耐久性委员会,对孔结构及其对混凝土性能的影响用图3—8表示.由图中可以看出,高强混凝土内部的微孔,主要属凝胶孔,这一类孔对混凝土的宏观特性无多大影响,因此也称作为无害孔.而普通混凝土内部的微孔大都属毛细孔,也可称作为有害孔和少害孔.正由于高强混凝土内部微孔含量很少,且又主要属凝胶孔,因此决定了高强混凝土具有很高的抗冻性.本次研究中,高强混凝土经600个冻融循环后,动弹模仍为9415%,无重量损失,冻融前后的压汞曲线和孔分布曲线基本相似,总压汞量仅增加2%,变化很小,进一步说明了高强混凝土良好的抗冻融性能.312 混凝土冻融破坏过程中微观结构的电镜分析 用扫描电镜对普通混凝土和引气混凝土,冻融前后的试样进行了微观结构的观测和分析,测试结果如图9～13所示.(1)混凝土在冻融过程中,水化产物的结构状态发生了明显变化,即由冻融前的堆积状密实体(图9)逐步变成疏松状态,且水化产物结构中出现了微裂缝(图10),这些微裂缝数量和宽度随着冻图8 混凝土中微孔类别与耐久性的关系融过程的增加而增多和加宽.(2)引气混凝土在冻融破坏前后,除发生了上述现象外,还发现随着冻融过程的增加,混凝土中原来完整封闭的气泡,气泡壁逐步出现了开裂,并且裂缝的数量和宽度也随冻融过程的增加而增加,如图11～13所示.因为引气混凝土中气泡冻融前是密闭的,汞是进不去的,而当气泡壁出现裂缝后,汞液在较高的压力下就可能压进去,这时压汞量必须出现进一步增加的趋势,可以认为这就是引气混凝土冻融破坏过程中,压汞量增加值大于普通混凝土的原因.图9 普通混凝土冻融前水化产物结构图10 普通混凝土冻融后水化产物结构图11 引气混凝土冻融前气泡呈完整的封闭状态图12 引气混凝土冻融225个循环时(动弹模下降28%),气泡壁已出现裂缝313 混凝土冻融破坏过程中水化产物成分的测试分析 如图14、15.图13 引气混凝土冻融300个循环时(动弹模下降40%)气泡壁裂缝进一步发展和增加通过对普通混凝土和引气混凝土在冻融前后的试样做X 射线衍射的结果进行比较和分析,可以初步得出,各种水化产物晶体的X 射线衍射峰值在冻融前后的试样中基本相似,这表明无论是普通混凝土还是引气混凝土在冻融过程中其水化产物的成分及含量基本保持不变,没有发生明显的化学反应.通过压汞试验,扫描电镜和X 射线衍射分析可以看出,混凝土的冻融破坏过程从微观上看,实际上是水化产物结构由密实状态到疏松状并产生微裂缝和微裂缝发展的过程,对引气混凝土来说,原来封闭独立的气泡也随着冻融过程而出现了裂缝并发展,从而使气泡逐步失去了应力缓冲作用和渗透缓冲作用,最终也导致了破坏.同时也表明,混凝土的冻融破坏过程基本是一个物理变化过程,在这变化过程中,其水化产物的成分基本保持不变.图14 混凝土冻融前X 衍射试验结果.图15 混凝土冻融后X 衍射试验结果4 结论(1)混凝土在冻融破坏过程中,宏观特性呈逐步下降的趋势,主要反映在密实度的降低和强度的下降.其中抗拉强度和抗折强度反映最为敏感,当混凝土动弹模下降40%时,抗拉强度和抗折强度将下降50%～70%,这是一个值得重视的问题.(2)冻结温度越低和冻结速率越快,混凝土的冻融破坏力越强,冻结温度达-10℃时,是一个临界值,达到或低于这一临界值时要保证混凝土的抗冻耐久性,必须设计较高的抗冻标号.(3)混凝土冻融过程中的微孔测试和分析,是一项全新的探索工作,通过测试发现,混凝土在冻融破坏过程中微孔含量在逐步增加,微孔直径在逐步扩大.冻融破坏前后,普通混凝土微孔含量将增加20%左右,最可几孔径增大82%,而引气混凝土微孔含量将增加60%,最可几孔径增大116%.微孔增加较明显的孔径范围在25～150nm,属毛细孔.(4)高强混凝土冻融性能及微孔结构的研究,也是一次新的探索,经研究发现,高强混凝土具有非常高的密实性,其内部微孔含量很小,仅为普通混凝土的1/3左右,且孔径范围主要在215～25nm之间,属凝胶孔,因此高强混凝土具有超常的抗冻性,经600次冻融循环后,混凝土外观完好,无重量损失,动弹模下降5%左右,微孔含量只增加2%.(5)混凝土冻融过程中水化产物结构形态和成分的微观分析和测试,也是一项全新的探索,通过扫描电镜测试和X射线衍射分析,有了新的发现和结果.从微观水化产物结构上看,混凝土的冻融破坏过程,实际上是水化产物结构由密实体到松散体的过程,而在这一发展过程中,又伴随着微裂缝的出现和发展,而且微裂缝不仅存在于水化产物结构中,也会使引气混凝土中的气泡壁产生开裂和破坏,这是导致引气混凝土冻融破坏的主要原因.由于混凝土在冻融破坏过程中,水化产物的成分基本保持不变,因此,混凝土的冻融破坏过程可以基本上认为是一个物理变化过程.(6)混凝土冻融破坏过程中微观测试的结果与宏观特性测试结果是互为印证的,由于混凝土微孔结构的增加以及微裂缝的增加和发展,从而导致了混凝土宏观强度的下降和密实度的降低(吸水率增加).(7)混凝土冻融破坏过程中的微观试验是本次研究的重点,虽然得到了一些新的发现和结果,但仍属初步的探索,还有待于今后进一步研究论证.参考文献1 A.M内维尔1混凝土的性能.李国洋,等译,北京:中国建筑工业出版社,1982.2 T C Powers.Freeging E fects in Concret.Durability of Conret.ACI,1975.Stydy on the mechanism of concrete destruction under frost actionLi Jinyu Xu Wenyu Cao Jianguo Lin Li Guan Yushi(Chi na Instit ute of W ater Resources and Hydropower Research)Abstract In this paper,the changes of macro properties of concrete under frost action are stud2 ied.The micro structures are studied by means of mercury pressure porosimeter,D TA and SEM.The results show that the destruction mechanism in different concrete are in different types.K ey w ords Air2Entraining,non2air2entraining,concrete,frost resistance,strength,water ab2 sorption rate,pore structure,micro structure.。