冻融破坏.doc

冻融破坏冻融破坏在寒冷的气候里, 混凝土路面、护岸、桥面板和栏杆会因为冻融循环而发生破坏, 由此需要很大的代价来维修和重建, 这已成为混凝土耐久性方面的主要问题之一。导致硬化混凝土发生冻融破坏的原因可以与其构成材料复杂的微观结构相联系, 但其破坏的程度不仅与混凝土本身的性质有关, 而且还依赖于特殊的环境条件。因此, 对于一种在给定的冻融环境下的抗冻混凝土,在另外的不同的环境下有可能会被破坏。混凝土发生冻融破坏可能有几种形式。最常见的是混凝土裂缝或者剥落,这主要是水泥浆基体在重复的冻融循环下不断地膨胀而导致的。如果混凝土板在潮湿的环境中, 同时现场采用了防冻剂, 在冻融作用下,就很容易发生分层剥落(如最终的混凝土表面剥落或者起层)。当然在混凝土板中, 由于粗骨料的存在, 通常会导致裂缝平行于板的接缝或者边缘, 从而最终使裂缝形成一个类似大写字母 D 的形状(裂缝围绕着板的两个或者四个角弯曲) 。这种类型的裂缝定义为“D型裂缝”。由于冻融行为而发生的各种不同类型的混凝土冻融破坏见图 5-5。掺加引气剂是防止混凝土发生冻融破坏的一个有效措施。下面将介绍水泥浆体中发生冻融破坏和掺加引气剂能防止这种破坏的机理。 1 、对硬化水泥浆体的冻融行为 Powers 较合理地介绍了在水泥浆体中的冻融行为机理,也解释了为什么引气剂能有效地减少冻融破坏的发生: 当毛细孔中的水开始结冰时, 伴随着水的结冰, 其体积会增长, 这就需要毛细孔膨胀的体积等于水结冰后的体积的 9%, 或者迫使多余的水通过试件中的边界排出去,或者产生一些包含上述两种情况的现象。在这个过程中, 产生了水压力, 这种压力的大小取决于其到一个“逃逸边界”的距离、介于其间的材料的可透性和结冰率。试验证明, 使浆体开裂的压力将会在饱和水泥浆体试件中产生和发展, 除非浆体中每一个毛细孔距最近“逃逸边界”的距离都不超过一英寸的 1/3000 ~ 4000 。而如此近的边界距离可以在正确地使用了合适的引气剂的浆体中产生。 Power 的数据和他假设的图表描述见图 5-6 。从结冰到-24 ℃,不含气的饱和的水泥浆体试件可延长大约百万分之 1600 ,然后融化至初始温度以后, 可观测到永久的延长长度约为百万分之 500 。含气量为 2 %的试件在结冰时延长约百万分之 800 ,在融化后剩余延长量小于百万分之 50 。含气量为 10 %的试件在结冰的过程中无法观测到可感知的膨胀, 在结束一个冻融循环后也没有剩余的膨胀。并且, 含气试件在结冰的时候还可能观测到收缩(图5- 6c)。关于 Powers 的假设的简要解释见图 5- 6d。 Power 也提出, 除了水在大的孔中结冰所引起的水压力以外, 由于毛细孔中的溶液局部结冰而导致的渗透压可能是促使水泥浆体发生破坏性膨胀的另一个因素。毛细孔的水并不是纯水, 它包含几种可溶物, 如碱金属、***化物和氢氧化钙。溶液比纯水的结冰温度更低;通常, 食盐溶液的浓度越高, 其冰点越低。在毛细孔之间局部的盐浓度梯度差的存在被视为产生渗透压的因素。无论是由于水在较大的孔中结冰使其比体积增大而引起的水压, 还是由于在毛细孔内的液体中的盐浓度不同而产生的渗透压, 都没有显示出其是水泥浆体由于冰冻作用而膨胀的必然原因。当采用苯, 这种在凝固时体积会收缩的液体来代替水作为毛细孔中的液体时, 也可以观