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高性能混凝土的凍害劣化機(jī)理

2009-01-09 00:00
  除了由于崩裂之外,高性能混凝土的凍害破壞,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。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、圖2所示。
 




  Powers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)過程中產(chǎn)生液體壓力。T.C.Powers理論能說明以下幾點(diǎn):
 
  一、凍害是從溫度低的表層開始,表層毛細(xì)管中的水分先凍結(jié)。

 
  二、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)。
 
  三、向內(nèi)部流動(dòng)的水,通過微孔過程發(fā)生粘性阻力,形成水的壓力梯度;這種水的移動(dòng)壓力如超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,就產(chǎn)生混凝土的劣化。
 
  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)水的壓力就越大。這個(gè)機(jī)理說明了由于引氣,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。
 
  伴隨著凍結(jié)溫度降低,劣化繼續(xù)進(jìn)行,但這個(gè)理論并不能說明即使是0℃以下也持續(xù)膨脹,但混凝土并沒有劣化。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,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又疊加作用。
 
  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。如混凝土內(nèi)部具有一定含氣量時(shí),就可以避免結(jié)冰壓力帶來的損傷破壞。也就是說,凍害發(fā)生與否與混凝土的飽水程度有關(guān)。超過臨界飽和度的混凝土就發(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。混凝土中的水含有鹽類時(shí),凍結(jié)溫度也隨之降低。

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