混凝土凍害劣化機(jī)理

【摘 要】 混凝土凍害會(huì)使混凝土的組織膨脹劣化、表面層剝落與開(kāi)裂等現(xiàn)象，凍害對(duì)建筑物的正常使用產(chǎn)生了較大影響，甚至危及安全問(wèn)題，本文討論了混凝土劣化的機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】 混凝土；凍害；機(jī)理

【Abstract】 Freezing of concrete will cause deterioration of the concrete's tissue expansion， peeling and cracking of the surface layer， etc. Freezing damage will have a greater impact on the normal use of the building and even endanger the safety problem. This paper discusses the mechanism of concrete degradation.

【Key words】 Concrete；Freezing damage；Mechanism

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種各樣的建筑物在不斷地涌現(xiàn)，混凝土是大部分建筑物的主要材料之一，在寒冷地區(qū)，混凝土的凍害對(duì)建筑物的正常使用產(chǎn)生了較大影響，甚至危及安全問(wèn)題，本文討論了混凝土凍害劣化的機(jī)理。

1. 凍害的定義與類型

混凝土中的凍害，是由于混凝土細(xì)孔中的水分受到凍結(jié)，伴隨著這種相變，產(chǎn)生膨脹壓力；剩余的水分流到附近的孔隙和毛細(xì)管中，在水運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，產(chǎn)生液體壓力；膨脹壓力及液體壓力，使混凝土被破壞。這種現(xiàn)象稱之為混凝土的凍害，凍害的基本機(jī)理除了混凝土的組織膨脹劣化之外，表面層剝落與開(kāi)裂等現(xiàn)象均會(huì)發(fā)生。

1.1 膨脹劣化。

這是混凝土凍害的基本機(jī)理，一般結(jié)構(gòu)物均能見(jiàn)到的一種凍害現(xiàn)象。劣化基本原因是由于混凝土中水分凍結(jié)，水泥石的組織發(fā)生膨脹，初期時(shí)觀察到裂紋發(fā)生，繼續(xù)進(jìn)行凍融時(shí)，混凝土的組織產(chǎn)生崩裂。混凝土由于凍融而產(chǎn)生的裂紋是龜甲狀的。當(dāng)混凝土內(nèi)部膨脹超過(guò)極限值時(shí)，部分混凝土產(chǎn)生崩裂。對(duì)于這種凍害，摻人適量的引氣劑是相當(dāng)有效的。

1.2 表層剝離。

由于混凝土表面受水分濡濕，潮濕部分由于膨脹劣化，出現(xiàn)表層剝落。在這種情況下，僅摻人引氣劑是對(duì)付不了的，最重要的是降低水灰比和充分養(yǎng)護(hù)，使混凝土的結(jié)構(gòu)致密。

混凝土由于凍害表層剝離有如下幾種情況：

（1）水灰比大的混凝土受凍融作用時(shí)，常常產(chǎn)生表層剝落；

（2）海水等鹽害與凍融復(fù)合作用時(shí)，發(fā)生表面剝落；

（3）由于泌水，混凝土表層疏松，凍融時(shí)，表面剝落。

1.3 崩裂。

由于使用了多孔質(zhì)吸水率高的骨料，骨料中水分凍結(jié)膨脹，骨料表面砂漿剝離，這種現(xiàn)象稱為崩裂。在這種情況下，即使摻人引氣劑，也難以預(yù)防。

2. 凍害劣化機(jī)理

2.1 除了由于崩裂之外，混凝土的凍害破壞，基本上都是由于凍融作用、硬化水泥石的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹而造成的。發(fā)生凍害的混凝土，在凍結(jié)時(shí)發(fā)生異常的膨脹；解凍后，有一部分膨脹仍殘留下來(lái)。受凍溫度越低，膨脹值越大，殘留膨脹值是凍害劣化的指標(biāo)，動(dòng)彈性模量降低?？估瓘?qiáng)度降低。如圖1和圖2所示。

2.2 Powem的水壓理論：凍害是由于混凝土孔縫中水的結(jié)冰，生成壓力使水移動(dòng)，水在移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生液體壓力。T.C.Powers理論能說(shuō)明以下幾點(diǎn)。

（1）凍害是從溫度低的表層開(kāi)始，表層毛細(xì)管中的水分先凍結(jié)。

（2）伴隨著水分凍結(jié)而發(fā)生膨脹，擠壓未凍結(jié)的水分，向未受凍的混凝土內(nèi)部移動(dòng)。

（3）向內(nèi)部流動(dòng)的水，通過(guò)微孔過(guò)程發(fā)生粘性阻力，形成水的壓力梯度；這種水的移動(dòng)壓力如果超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生混凝土的劣化。

2.3 當(dāng)混凝土的組織致密、透水性越低，凍結(jié)速度越快，凍結(jié)水量越多時(shí)，移動(dòng)水的壓力就會(huì)越大。這個(gè)機(jī)理說(shuō)明了由于引氣，緩和了水流壓力，有效地防止了凍害。而水壓力的緩和與水的移動(dòng)距離，與氣泡間隔系數(shù)間的關(guān)系是十分重要的。

2.4 伴隨著凍結(jié)溫度降低，劣化繼續(xù)進(jìn)行，但這個(gè)理論并不能說(shuō)明即使是0℃以下也持續(xù)膨脹，但混凝土并沒(méi)有劣化。為此，其后對(duì)該理論進(jìn)行了修正。加入了：“毛細(xì)管中水分凍結(jié)之后，凝膠水向冰晶方向擴(kuò)散”的內(nèi)容；也就是說(shuō)，必須注意到結(jié)冰形成時(shí)，一部分水泥石產(chǎn)生膨脹，而另一部分由于C-S-H凝膠失水，會(huì)產(chǎn)生收縮，要考慮到這兩部分的疊加作用。

2.5 關(guān)于水分?jǐn)U散移動(dòng)的作用，從未凍結(jié)內(nèi)部向凍結(jié)表層移動(dòng)和擴(kuò)散，是其重要的觀點(diǎn)。

（1）臨界飽和度 水結(jié)冰時(shí)壓力顯著增大。如混凝上內(nèi)部具有一定含氣量時(shí)，就可以避免結(jié)冰壓力帶來(lái)的損傷破壞、也就是說(shuō)，凍害發(fā)生與否與混凝上的飽水程度有關(guān)（見(jiàn)圖3）：超過(guò)臨界飽和度的混凝上就發(fā)生受凍破壞。

（2）水分凍結(jié)溫度 通常水處于結(jié)冰階段時(shí)，發(fā)生9%的體積膨脹?；炷猎?℃以下的溫度時(shí)，隨著溫度降低，混凝土體積持續(xù)膨脹；劣化也隨著溫度的降低而嚴(yán)重。因?yàn)殡S著溫度降低，比較小的孔徑中的水結(jié)冰；溫度越低，結(jié)冰的水量增大，影響也越大。在細(xì)毛細(xì)孔中的水分，結(jié)冰溫度比水的相變溫度低?；炷林械乃宣}類時(shí)，凍結(jié)溫度也隨之降低。

參考文獻(xiàn)

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[文章編號(hào)] 1619-2737（2018）01-18-638

[作者簡(jiǎn)介] 陳善江（1973.8-），男，籍貫：浙江新昌，工作單位：浙江景成工程管理有限公司。