混凝土冻融损伤与防治

混凝土冻融损伤与防治（精选6篇）

混凝土冻融损伤与防治 第1篇

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥:淮南某牌P·O 42.5级水泥普通硅酸盐水泥。

细骨料:砂采用细度模数应大于2.5中粗砂且砂子中直径小于0.075 mm的颗粒不应超过20%。

粗骨料:骨料石子选用最大粒径不宜大于15mm卵石或者碎石,通过筛选将大块除掉。

水:用水可与普通混凝土的用水相同。

速凝剂:铝酸钠速凝剂,主要用于喷射混凝土。对于某一种水泥,所选择的速凝剂应当满足以下指标;(1)初凝所用时间应该少于3分钟;(2)终凝所用时间应该少于12分钟;(3)混凝土在开始凝结8小时后的强度不应低于0.3 MPa;(4)极限强度(28 d强度)不应低于不加速凝剂的试件强度的70%。

减水剂:FDN奈系减水剂(液体)。

纤维:长度为12 mm的束状单丝聚丙烯纤维,物理力学性能见表1。

1.2 试验方法

研究普通混凝土及不同掺量聚丙烯纤维混凝土做抗水渗透试验、抗冻试验。通过初步确定混凝土配合比为水泥∶砂子∶石子∶水=1∶1.85∶1.85∶0.45,保持上述原材料的配合比不变,通过改变掺入纤维含量对混凝土的性能的影响进行分析。制作纤维掺量分别为0 kg/m3、0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2kg/m3、1.5 kg/m五组试块。

抗水渗透试验采用BY-HS168智能型混凝土抗渗仪。每组试块有6个试件。制作和养护试件。试件拆模后将试件送入标准养护室养护,养护龄期宜为28 d。依据GB/T 50082—2009标准规定计算试件渗水高度和一组试件平均渗水高度。

抗冻试验冷冻采用10DL/160冷冻箱,冷冻箱见图1。试件为100 mm×100 mm×400 mm棱柱体试块,每组试块有3个试件,制作和养护试件。试件在不同温度下冷冻和融化中来回循环测定相对弹性模量,评定抗冻性能[6]。

1.3 试验结果

不同聚丙烯纤维掺量混凝土渗透高度见表2,不同纤维掺量聚丙烯纤维混凝土在冻融循环200次试验过程质量损失率和相对动弹性模量结果见表3,抗冻试验结果见图2和图3。

1.4 试验结果分析

(1)聚丙烯纤维混凝土渗透高度随聚丙烯纤维掺量增加而下降,即抗渗性能随聚丙烯纤维掺量增加而越好。当聚丙烯纤维掺量在尚未达到0.9kg/m3时,渗透高度急剧下降,聚丙烯纤维掺量超过0.9 kg/m3时,渗透高度降低幅度十分微小。

(2)冻融循环下,聚丙烯纤维混凝土质量损失率和相对动弹性模量受冻融循环次数的影响波动较大,且变化没有很好地规律。

2 冻融损伤模型

依据损伤力学理论,混凝土损伤依据以下5个过程:完好无损混凝土、混凝土微观裂缝、混凝土宏观裂纹、混凝土裂纹扩展、混凝土破坏。在冻融循环试验过程中聚丙烯纤维混凝土质量损失率较小,不到0.4%,在冻融循环次数为25时,质量不但没有减小反而略有增加,因此质量损失率无法准确评价混凝土抗冻性能,故采用相对动弹性模量来表征混凝土耐久性,并建立冻融损伤模型。

2.1 相对动弹性模量衰减模型

以冻融循环次数为自变量、相对动弹性模量为因变量建立二次多项式拟合和指数函数拟合。相应拟合模型系数见表4和表5。

其中:相对动弹性模量为,二次多项式模型形如K=a N2+b N+c,指数函数模型形如K=aeb N+c。

2.2 冻融累积损伤衰减模型

冻融累积损伤,只需要将相应的相对动弹性模量衰减模型代入即可得到冻融累积损伤衰减模型。

2.3 模型分析结果

不同聚丙烯纤维掺量下相对动弹性模量衰减模型和冻融累积损伤衰减模型的拟合曲线见图4和图5。

图4相对动弹性模量二次多项式衰减模型Fig.4 The relative dynamic elastic modulus of quadratic polynomial attenuation model

对比拟合出来两种衰减模性,二次多项式模型在各个掺量条件下的相关系数均高于指数函数模型相关系数。这表明相对动弹性模量二次多项式衰减模型更加符合聚丙烯纤维混凝土冻融损伤规律,且具有较高精度。

图5相对动弹性模量指数函数衰减模型Fig.5 The relative dynamic elastic modulus of exponential attenuation model

3 结论

(1)抗水渗透试验结果表明:混凝土的渗透高度随着聚丙烯纤维掺量增加而降低,即抗渗性越来越好,渗透高度最大下降幅度为69%。在聚丙烯纤维掺量尚未达到0.9 kg/m3时渗透高度下降急剧,即抗渗性提高显著,在聚丙烯纤维掺量达到0.9 kg/m3以后,渗透高度下降不大,即抗渗性提高不显著。

(2)聚丙烯纤维混凝土质量损失率基本上随纤维体掺量增加而降低,聚丙烯纤维掺入对混凝土质量损失改变并不显著,但是对相对动弹性模量影响变化较为显著。通过对比分析混凝土抗冻性能最佳纤维掺量为0.9 kg/m3。

(3)建立冻融循环损伤模型结合数值分析中最小二乘拟合理论采用二次多项式拟合和指数函数拟合。在拟合精度方面,选择二次多项式拟合要优于指数函数拟合。

(4)聚丙烯纤维混凝土作为隧道喷层,适当纤维掺量混凝土力学性质优良且耐久性好,能够满足软岩隧道喷层支护和设计使用年限要求,具有较为广泛的推广应用前景。

摘要：掺入适量聚丙烯纤维即可以提高混凝土力学性能,又能够很好地改善混凝土耐久性。通过完成不同纤维掺量聚丙烯纤维混凝土抗水渗透试验、抗冻试验,得出耐久性最佳配合比。利用现有理论,结合数值分析最小二乘拟合方法,建立以相对动弹性模量和冻融累积损伤为损伤变量聚丙烯纤维混凝土的冻融损伤模型,完善现有软岩隧道喷层支护耐久性理论,对于软岩隧道支护技术发展具有广泛推广意义。

关键词：聚丙烯纤维,耐久性,冻融循环,相对动弹性模量,损伤模型

参考文献

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冻融损伤混凝土的渗透性能研究 第2篇

1 试验方案

1.1 原材料及混凝土配合比

试验采用PO42.5水泥,细骨料的细度模数为2.7,粗骨料为连续级配的花岗岩碎石,外加剂分别采用聚羧酸高效减水剂,SJ-3型引气剂和凝胶型有机硅防水剂,拌和用水为自来水。试验用混凝土配合比见表1。

kg/m3

注:混凝土中减水剂和引气剂的掺量为水泥质量的百分比,硅烷外涂量400 g/m2。

1.2 试验方法

为研究冻融对混凝土渗透性的影响,本文采用先冻融再用氯盐浸泡的试验机制[2,3]。试验采用100 mm100 mm100 mm立方体试件,分别完成10,50和100次冻融循环后,用切割机将试件切成50mm100mm100 mm的两块,在75℃的温度下烘至恒重后置于室内冷却,再用石蜡将除两个相对面(100 mm100 mm)外的四个侧面密封,放入平底容器(图1),在容器底部放置三角形支撑垫块。试验时,将冻融损伤面朝下,向容器中注入3%氯化钠溶液,直到液面高出混凝土底面(4±1)mm。在达到试验所规定的时间(3,10和100d)后取出,将其放人电热鼓风干燥箱,在50℃的温度下烘干72h后,由侵蚀面向内逐层取粉,测定氯离子含量[4]。

2 分析与讨论

2.1 冻融循环次数的影响

本试验测定了经历不同冻融循环次数(N),水灰比为0.6的3组混凝土试件在3%氯化钠溶液中浸泡10d后,其中的氯离子含量,并绘制了分布曲线(图2)。

2.2 试验龄期的影响

龄期是反映环境因素对混凝土性能影响程度的重要指标之一。本试验以50次冻融循环后,三种混凝土试件在氯盐溶液中浸泡3,10和100 d为例,探讨了龄期对冻融损伤混凝土内氯离子含量及分布的影响规律(图3)。

由图2和图3的试验结果可看出,三种混凝土在经历相同冻融次数后,三种混凝土中的氯离子含量及分布基本符合Fick扩散定律的特征,且防水混凝土中的氯离子含量较低,表现出较好的抗氯盐渗透性。由于本试验用混凝土的水灰比为0.6,硬化混凝土孔隙结构中的自由水较多,普通混凝土表面2～4mm深度内的孔隙较多,表层水分与外界环境对流明显,使得此范围内氯离子含量低于混凝土内部[5]。而外涂硅烷在混凝土表面形成的斥水层能够有效地抵抗外界水分侵入,同时并不阻碍内部水分向外扩散,因此表现出良好的抗渗透性。

(a)普通混凝土;(b)引气混凝土;(c)外涂硅烷防水混凝土

(a)普通混凝土;(b)引气混凝土;(c)外涂硅烷防水混凝土

2.3 氯离子扩散系数

本试验分别以混凝土经受10,50,100次冻融次数后,在3%氯化钠溶液中浸泡100d,测定其中的氯离子含量,根据Fick扩散定律,进行数据拟合分析,得到了冻融损伤混凝土中氯离子扩散系数(表2)。

对比表2中的数据可看出,三种混凝土中氯离子扩散系数随着冻融损伤程度的增加而增大,从长期性能看,防水混凝土表现出较好的抗渗透性。分析其原因,外涂硅烷能在混凝土表面形成致密的憎水层,在有效阻止环境水侵入的同时,并未阻碍硬化混凝土内部水分向外迁移,因此能降低冻融破坏时孔隙水的压力,不仅有助于改善混凝土的抗冻性,也提高了抵抗氯离子侵入的能力。

3 结束语

以水灰比为0.6的普通混凝土、引气混凝土和外涂硅烷防水混凝土为研究对象,进行了先冻融后氯盐侵蚀试验,分析了冻融损伤程度对混凝土中氯盐侵蚀的影响规律,并得到以下结论:

(1)相同条件下,与普通混凝土相比,引气混凝土和外涂硅烷防水混凝土均表现出较好的抗氯盐侵蚀性,但混凝土表面防水涂层的有效性与其施工水平密切相关;

(2)混凝土的氯离子扩散系数随冻融损伤程度的增大而增加,但不是简单的线性增加,而是当冻融损伤达到一定程度后(约冻融50次),氯离子扩散系数才有明显的变化;

(3)冻融过程中,混凝土内孔隙水的流动受到影响,因此冻融主要影响通过毛细吸收方式侵入混凝土的氯离子。

参考文献

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[3]曾强,李克非.冻融情况下降温速率对水泥基材料变形和损伤的影响[J].清华大学学报(自然科学版).2008,48(9):1390-1394.

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[6]沈春华.水泥基材料水分传输的研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

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混凝土水工建筑物的冻融破坏及防治 第3篇

一、导致水工建筑物冻融破坏情况发生的主要因素

(一) 内部因素影响分析

从理论层面进行分析, 在水工混凝土结构浇筑过程中, 因为会有水分从混凝土结构中析出, 结构内部会形成众多的孔隙, 这些孔隙存水达到饱和程度, 外界环境温度达到零摄氏度以后, 原有的水分会逐渐凝结成为冰晶, 这样混凝土内部孔隙与外界相连接的孔洞会被封闭, 水由液体形态转变成为固体形态后体系会增大, 混凝土内部孔隙承担的压力也会逐渐增加, 这种压力一旦超过了混凝土结构自身承受的极限, 那么混凝土结构就会发生断裂, 而且在水融化之后混凝土结构也无法在重新恢复到正常状态。多次循环影响下, 混凝土结构会受到严重损害, 其承载能力和结构稳定性会大幅度的降低。而且混凝土材料制备过程中骨料直径越大, 那么冻胀应力也好就越大, 混凝土结构的抗冻能力也就越低。混凝土浇筑结构最薄弱的地方就是卵石与砂浆结合面, 结合面凝聚水分时就会导致冻胀应力产生。所以在混凝土材料制备过程中, 对骨料直径必须要进行严格控制。

(二) 外部因素影响分析

通常情况下, 因为艳艳区域外界温度较为寒冷, 所以水红混凝土建筑物受冻融情况影响程度较深, 但是不能片面性的认为外界环境越为寒冷, 那么水工建筑物冻融情况也就越为严重。需要重点思考两方面因素:第一方面就是冻融的循环次数。冻融循环次数是影响冻融破坏程度的主要因素, 混凝土的抗冻性能都是根据混凝土的抗冻次数进行评判的。冻融循环次数越多, 那么水工混凝土结构冻融破坏程度也就越为严重。第二方面就是外部水不给情况。存在补给水来源的水平施工缝经常会出现裂缝问题, 混凝土水坝水平施工缝经常会受到温差情况影响导致混凝土结构发生裂缝。缝面水分凝结成冰之后, 体积会增加百分之九以上, 会导致裂缝逐渐扩张并且向内部延伸。裂缝张开之后, 没有被冻裂的裂缝会产生一定的吸引力, 会使得更多的水分进入混凝土结构孔隙中去, 从而导致二次冻结情况产生, 原有的混凝土结构裂缝会进一步的扩张。水分融化后, 原有的裂缝不能愈合, 其中还会含有众多的杂质, 经过几个冬季的循环, 最终水平缝也会达到贯通状态。

(三) 施工质量影响

施工质量也是导致冻融破坏情况产生的重要因素, 对以往已经建设完成的水工建筑物运行分析。处于同一区域的水工建筑物, 施工质量较为良好的水工建筑物使用年限较长, 其抗冻能力也较为良好。同样, 如果水工建筑物施工质量较差, 那么混凝土水工建筑物使用年限也较短, 其抗冻能力也较差。施工质量的好坏主要表现在水平施工缝设置是否规范, 混凝土结构是否存在严重的蜂窝、麻面情况。所以必须要加强混凝土水工建筑物施工质量控制力度, 建设高质量的混凝土水工建筑物。

二、混凝土水工建筑物冻融情况防治策略分析

只有对混凝土水工建筑物冻融情况产生原因, 以及影响冻融破坏程度的因素进行分析, 才能不断总结经验, 找寻有效措施对冻融情况产生进行预防。

(一) 避免水位变化情况影响

在气候较为寒冷区域混凝土水工建筑物受冻融情况影响程度较深, 必须要采取有效措施进行治理, 保证水工建筑物长期处于健康运行状态中。本文以某一水工建筑物为例, 该水工建筑物消力池设计可以使得消能水位于最低水位之下, 池中水位在冬季并不会发生变化。一些灌区首站采用的是挑流型式消能方式, 从而使得反弧部分充满水资源, 水位保持不变避免水工建筑物底部发生不良冻融情况。

(二) 做好水泥材料和骨料的选择

对于水泥应优先选择碳酸盐水泥和硅酸盐水泥, 抗冻性混凝土最好用纯熟料水泥, 铝酸三钙含量不应超过5%~8%, 不能采用火山灰或粉煤灰水泥。还应保持水泥质量的稳定性, 严禁使用受潮变质的水泥。选出质地坚实的砂石骨料, 保证砂石骨料中的有机质和含泥量不超过1%~3%, 同时要求级配良好。

(三) 加强水工建筑物施工质量控制

对混凝土材料制备必须要严格控制, 原材料需要准确称量, 振捣时间也需要达到规范要求。混凝土浇筑施工完成后需要及时落实养护工作, 避免混凝土浇筑结构产生较为严重的裂缝问题。温度低时施工要根据具体情况, 必须采取保温措施, 对混凝土加强早期养护或适当掺入早强剂或防冻剂。施工中必须做好质量监督、检测工作, 严格按施工规范和设计要求进行施工。根据地质、气温变化及发现实际与设计上的缺陷时应及时提出修改措施。对于温度低地区, 为增加混凝土耐久性, 使其具有更大的抗裂能力, 无结构钢筋时, 宜在表层外露侧面配置适量的钢筋。水平施工缝往往已成为混凝土坝渗漏的一个薄弱点, 应处理好水平施工缝。

总之, 作为我们水利工作人员, 只要在各项水利工程建设过程中, 严把质量关, 那么混凝土水工建筑物冻融破坏是可以防治和减轻的。

参考文献

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[2]杜慧鹏.提升现场管理的“可视力”[J].施工企业管理.2014, (03) :87-88.

[3]李涛.混凝土水工建筑物的冻融破坏及防治[J].黑龙江科技信息.2011, (08) :15-17.

混凝土冻融损伤与防治 第4篇

我国的大体积建筑物多数以混凝土结构组成, 而且这些混凝土多数处在气候恶劣的环境中, 受泥沙、物理化学、气温等很多因数影响。混凝土的冻融破坏是北方地区混凝土遭受风雪侵湿的常见弊端, 它使一些但体积建筑物的寿命缩短, 造成了很大的经济损失。所以有必要探讨大体积建筑物混凝土的冻融破坏原因、影响因素及防止措施。

1 混凝土的冻融破坏过程是比较复杂的一系列物理化学过程

对混凝土冻融破坏原因, 目前的认识尚不完全一致, 按照公认程度较高的膨胀压和渗透理论, 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负温条件下发生物态变化, 由水变成冰, 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中微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。混凝土拌合物的用水量多余水泥水化作用所需量, 如普通硅酸盐水泥一般只与相当于水泥重量的20%~25%的水结合, 多余的水在混凝土硬化后, 一部分以水的形态留于混凝土中, 一部分蒸发出来, 从而在混凝土中形成了孔隙和毛细管通道。这些孔可以分为凝胶孔、收缩孔和毛细管孔隙。凝胶孔和收缩孔的直径非常小, 称为微毛细孔;毛细孔孔隙直径较大, 我们称为大毛细管。由于表面张力的作用, 混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔的减少而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在-78C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, 当经过反复多次的冻融循环以后, 损伤逐步积累扩大, 发展成互相连通的裂缝, 使混凝土的强度逐步降低, 最后甚至完成丧失强度, 其特征是从表层向内逐层剥落。

从实际中不难看出, 处在干燥条件下的混凝土显然不存在冻融破坏的问题, 所以混凝土的饱和水程度对其冻融破坏有很大影响。混凝土中充水孔隙和总孔隙之比的百分数为充水程度, 达到使材料冻结破坏的某一充水程度约为90%, 当混凝土的充水程度超过临界值而遭受冻结时将完全破坏。由此我们可以明白, 饱和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。

2 混凝土冻融破坏影响因素

混凝土冻融破坏影响因素是多方面的。

一是组成混凝土的主要材料性质的影响, 如水泥的品种、骨料的质量和骨料的渗透性和吸湿性对混凝土抗冻性和耐久性的影响;

二是外加剂的影响;

三是施工工艺的影响;

四是严格控制施工质量, 混凝土施工质量的好坏将影响它的抗冻性, 因此必须把好质量关, 不允许出现蜂窝、麻面, 力求密实、表面光滑。

3 混凝土冻融破坏的防治

对于混凝土冻融破坏的防治, 结合我们教学和施工实践, 总结出以下几点:

3.1 预防措施

一是在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物成分和不同性能的水泥、骨料和外加剂, 从材料上确保混凝土的耐久性;

二是严格混凝土制作配合比, 根据结构类型和环境条件, 试验确定关键参数。主要是降低混凝土的水灰比, 水泥水化所需水分是其重量的约25%, 若水量增加, 多余的水就游离, 产生孔隙, 饱和后容易发生冻胀破坏。

3.2 治理措施

一是水泥砂浆修补, 适用于轻微的表层破坏;

二是喷浆修补, 多用于混凝土冻融破坏比较严重的部位, 经施高压将混凝土拌料以高速运动注入被修补的部位, 其密度及抗渗性比一般混凝土性能好;

三是环氧材料修补, 一般有环氧砂浆和环氧混凝土等, 这种材料具有较高的强度和抗渗能力, 并且与混凝土结合力强, 但价格较贵, 施工工艺复杂。

混凝土冻融损伤与防治 第5篇

1 混凝土冻融破坏的原因与特征

混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成的多孔体。硬化的混凝土中的孔隙有毛细孔和凝胶孔、空气泡等一些非毛细孔。毛细孔大部分为开孔连通的, 与其他非毛细孔相比, 在混凝土小占有的体积最大, 可达10%~15%。如果孔隙中有水, 在负温条件下发生冻结, 形成静水压和渗透压, 这两种压力的作用使混凝土产生了冻融破坏。

一般来说, 混凝土的饱和水分条件、负气温和频繁的气温正负变化及混凝土的冻融循环是造成混凝土冻融破坏的必要条件, 加上由于各种原因使混凝土抗冻能力降低及工程管理不善和养护维修不利, 从而致使混凝土产生了冻融破坏。从各种水下混凝土建筑物冻融破坏的形式看, 破坏的特征可归纳为以下几种。

(1) 表层剥蚀。开始混凝土表面起毛、疏松、层状剥落, 砂浆脱皮, 骨料露出, 露砂、露石、露筋, 这样向表面开始逐层剥落, 向里发展, 严重的形成蜂窝、深坑。当混凝土构件截面较面, 冻深又大, 且吸水饱和时, 整个构件疏软, 可用于珊掉, 产生崩解现象, 严重地影响了混凝土构件的正常工作。

(2) 深层的陈胀破坏。多出现在大体积混凝土内部, 具备饱水和冻融循环条件, 存在漏水的缺陷, 如水平施工缝、裂缝等, 经多年的冻融循环, 内部的老混凝土冻胀产生隆起, 使整个坝面、坝顶抬高。隆起的高度严重的可达48cm, 而且垂直变化逐年上升。

(3) 冰冻裂缝。伴随混凝土冻胀隆起, 当产生的膨胀力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土产生破坏, 形成裂缝。往往在隆起鼓包的小部混凝土折裂, 反复的冻融循环作用, 使裂缝逐渐积累, 裂缝便越来越宽, 形成渗水通道, 若裂缝在表面更加重了剥蚀, 若裂缝在深层老混凝土中, 则更加重了深层混凝土的冻胀破坏。当混凝土中的骨料为吸水率较大的岩石, 骨料吸水饱和和受冻时, 更容易产生裂缝, 若在表面, 还会产生局部隆起现象。

2 混凝土冻融破坏防治措施

防治混凝土破坏应从提高混凝土本身抗冻能力扣削减或消除冻融破坏的条件考虑, 而采取相应的防治措施, 主要从下面几个方面考虑。

2.1 合理确定混凝土抗冻标号

按我国相应规范合理确定设计抗冻标号。选择混凝土抗冻标号时应考虑气候的分区:严寒区最冷月平均气温ta<-10℃, 寒冷区最冷月平均气温-10℃ta-3℃, 温和区最冷月平均气温ta>-3℃;年冻触循环的次数或气温交替变化的次数或水位波动变化的次数;建筑物结构型式类别从使用部位和工作条件。如建筑物级别、使用年限、水位变化区、饱水条件, 经常潮湿有水混凝土外露阴、阳面等。当不利因素较多时, 可选用提高一级的抗冻等级, 选择的混凝土设计抗冻标号应在施工中严格按质量控制要求达到。

2.2 严格控制混凝土的水灰比, 提高混凝土密实性

混凝土的水灰比是影响混凝土密实性、抗冻性的主要因素。即使掺加引气剂但若水灰比很大, 抗冻性提高也不大。因此, 必须从降低水灰比考虑, 选用较小的水灰比, 减少用水量。根据水工混凝土采用的设计抗冻标号、工作条件环境、工程的等级、混凝土类别选择设计水灰比。高水泥用量和水灰比0.36左右的混凝土能很好地抵抗冻融破坏, 对于严寒地区其运行期间可能发生冻融次数1000~2000次以上的大型混凝上工程, 混凝土抗冻标号选为F400, 混凝土标号选为R28、C30, 水灰比应不大于0.4并应掺加引气剂。我国水工钢筋混凝土设计规范、水工建筑物抗冻设计规范、重力坝设计规范等都作了混凝土最大水灰比要求。对于严寒和寒冷地区混凝土水灰比应小于0.45~0.55, 温和地区混凝土水灰比应小于0.45~0.6, 对于大型工程混凝土材料配比应通过试验确定。降低水灰比有效的方法是掺加减水剂, 实践证明掺入水泥重量的0.5%~1.5%的高级减水剂可节省用水量15%~25%, 使混凝土强度提高20%~50%, 抗冻性也相应提高。

此外, 掺用引气剂也是提高混凝土抗冻性的主要措施。工程实践证明, 掺入引气剂并严格控制水灰比是提高混凝土抗冻性的可行有效措施。

2.3 选择质量好的水泥和骨料

对于水泥应优先选择碳酸盐水泥和硅酸盐水泥, 抗冻性混凝土最好用纯熟料水泥, 铝酸三钙含量不应超过5%~8%, 不能采用火山灰或粉煤灰水泥。还应保持水泥质量的稳定性, 严禁使用受潮变质的水泥。选出质地坚实的砂石骨料, 保证砂石骨料中的有机质和含泥量不超过1%~3%, 同时要求级配良好。

2.4 加强施工质量控制

把好混凝土的配制工艺关, 做到称量准确、搅拌均匀、振捣密实充分、养护充分, 严防混凝土的早期受冻, 因为混凝土早期受冻将直接影响混凝土的正常硬化, 使混凝土强度和耐久性均大大降低。因此, 温度低时施工要根据具体情况, 必须采取保温措施, 对混凝土加强早期养护或适当掺入早强剂或防冻剂。施工中必须做好质量监督、检测工作, 严格按施工规范和设计要求进行施工。根据地质、气温变化及发现实际与设计上的缺陷时应及时提出修改措施。

2.5 加强管理, 改善建筑物混凝土构件周围的环境条件, 减少或消除致使混凝上冻融的条件

做好混凝土建筑物周围及内部排水、保温设施, 如坝顶和坝体排水系统通畅, 使坝体不同高程的排水廊道系统、排水孔及时将渗水排走, 使坝体溢流面干燥, 免受冻融破坏。

对于温度低地区, 为增加混凝土耐久性, 使其具有更大的抗裂能力, 无结构钢筋时, 宜在表层外露侧面配置适量的钢筋。水平施工缝往往已成为混凝土坝渗漏的一个薄弱点, 应处理好水平施工缝, 对于承受高水压、高渗压梯度的缝面宜用高压水枪后期冲毛, 不宜用风水枪过早冲毛。为保证水平施工缝很好地整体连接, 宜在外露侧面的水平施工缝设置竖向抽筋, 其配筋量每米不少于5.0cm2。

加强工程运行中的管理、检查观测, 发现冻融破坏及时采取有效的防范保护和维修措施。以使工程正常运用。

摘要：冻融破坏是寒冷地区或者高海拔地区混凝土建筑物常见的一种冻害形式, 也是施工混凝土建筑物的一种老化特征和主要病害之—、严重的陈融破坏、将威胁水工建筑物的正常运行。本文首先分析了混凝土冻融破坏的原因与特征, 然后详细对混凝土建筑物冻融破坏的防治技术进行了探讨。

关键词：水工建筑物,冻融破坏,防治

参考文献

[1]孟宪双, 刘亚凤, 刘少伟.水工建筑物的冻害与防治措施[J].黑龙江水利科技, 2004 (3) .

混凝土冻融损伤与防治 第6篇

1 建筑工程用混凝土碳化冻融破坏影响因素

1.1 环境温度。

混凝土碳化速度与温度有关。当温度较低时, 水变成冰, 化学反应无法进行, 碳化实际上停止, 随温度的升高, 碳酸的扩散易于进行, Ca (OH) 2及CO2的扩散速度和化学反应速度均加大, 从而使混凝土的碳化过程加快。

1.2 混凝土碳化。

混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中, 而后溶解于毛细孔中的水分, 与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用, 生成碳酸钙等产物。所以, 混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙, 里面充满着水分和空气, 在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。同时, 水泥中的矿物以硅酸三钙和硅酸二钙含量较多, 约占总重的75%, 水泥完全水化后, 生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%, 氢氧化钙约占25%, 水泥石的强度主要取决于水化硅酸钙, 在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。另外, 混凝土具有毛细管-孔隙结构的特点, 这些毛细管-孔隙包括混凝土成型时残留下来的气泡, 水泥石中的毛细孔和凝胶孔, 以及水泥石和集料接触处的孔穴等等。此外, 还可能存在着由于水泥石的干燥收缩和温度变形而引起的微裂缝。普通混凝土的孔隙率一般不少于8-10%。

1.3 混凝土含水量及周围介质的相对湿度。

混凝土碳化过程与混凝土含水量及周围介质的相对湿度有关[3]。这是因为CO2与Ca (OH) 2反应所释放的水必定要向外扩散, 以保持混凝土内部大气之间的湿度平衡。如果外界湿度大或介质相对湿度接近100%时, 混凝土中的水向外扩散的速度大幅度降低或停止, 混凝土中的微孔隙被水充满, 则CO2向内部扩散的过程实际上终止, 碳化也就很难进行。当空气湿度为50%~70%时, 混凝土的孔隙尚未被水充满, CO2可以向混凝土内扩散, 而混凝土孔隙的湿度不仅为Ca (OH) 2向外扩散提供了必备条件, 并且使化学反应进行较快。

1.4 温度和光照、混凝土温度骤降, 其表面收缩产生拉力, 一旦

超过混凝土的抗拉强度, 混凝土表面便开裂, 导致形成裂缝或逐渐脱落, 为二氧化碳和水分渗入创造了条件, 加速混凝土碳化。阳面混凝土温度较背阳面混凝土温度高, 二氧化碳在空气中的扩散系数较大, 为其与氢氧化钙反应提供了有利条件, 阳光的直接照射, 加速了其化学反应和碳化速度。

2 建筑工程用混凝土碳化冻融破坏防治策略

2.1 提高混凝土抗碳化能力。

碳化对混凝土结构耐久性影响主要是使混凝土碱度降低, 进而钢筋脱钝、锈蚀。为此必须减小、延缓混凝土的碳化。钢筋外留下足够的混凝土保护层厚度是简单有效的方法;混凝土配合比将影响碳化速度, 足够的水泥用量、降低水灰比、采用减水剂都可减缓碳化速度。此外, 提高混凝土密实性、增强抗渗性、对混凝土采用覆盖面层等措施可减缓或隔离CO2向混凝土内部渗透, 大大提高混凝土抗碳化能力。

2.2 减轻混凝土碱集料反应。

混凝土碱集料反应危害很大, 而且一旦发生很难修复。但在我国由于碱集料反应引起开裂的实例很少见。这是因为我国混凝土强度等级较国外低, 水泥用量少, 总碱量低。另外, 我国水泥中普遍掺有15%以上碎矿渣、粉煤灰、沸石粉等混合料, 有效抑制了可能发生的碱集料反应。但随着混凝土强度提高, 水泥用量增加, 同时水泥生产工艺的改变, 混凝土含碱量已在明显提高。由于大量基建项目的兴建, 骨料来源减少, 劣质骨料可能被采用, 施工队伍素质等问题也将提高碱集料反应几率, 故应采取有效预防措施。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时, 配合比必须控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性;粉煤灰能抑制碱集料反应, 但是如掺量小于10%, 有时反而会增加膨胀。外加剂特别是早强剂带来高含量的碱。我国目前仅外加剂提供的碱量有时竟高于国外限制混凝土总碱量, 如复合早强剂 (硫酸钠、氧化钠、氧化钙、亚硝酸钠为主要成分) 带入混凝土的碱为3.13kg/m3~6.80kg/m3, 早强减水剂 (硫酸钠、木质素为主要成分) 带入碱为1.31kg/m3~3.93kg/m3。目前, 混凝土施工常因工期要求掺入早强剂等外加剂, 为预防碱集料反应, 在设计上应对外掺剂的使用提出要求。

2.3 强化施工工艺。

混凝土质量好坏, 施工是关键。一是要认真选择建筑材料。水泥选用抗碳化能力强的硅酸盐水泥;集料选用质地硬实和级配良好的砂和石料;施工中除砂要筛、石要洗外, 还要特别注意剔除集料中的有害物质。二是在混凝土中可掺入优质适宜的外加剂, 如减水剂、阻水剂等, 以改善混凝土的某些性能, 提高其强度和密实性、抗渗性、抗冻性。三是要严格控制混凝土的水灰比, 要求是小水灰比, 低塌落度, 要把水的用量控制在满足配料和施工需要的最低范围内, 尽量减少混凝土的自由水。四是振捣和养护, 振捣一定要充分并严格按照规定标准进行, 必要时可作表面处理;养护一定要及时, 一旦混凝土达到初凝时, 就应立即进行养护, 并坚持按不同水泥品种所要求的时间养护, 控制好环境的温度和湿度, 以使混凝土在适宜的环境中进行养护。五是钢筋混凝土保护层厚度, 施工时要将钢筋用事先预制好的高标号砂浆垫块垫好, 使钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求。六是施工缝要做到少留或不留, 必须要留的, 应作好接缝处的工艺处理。

2.4 加强施工治理。

首先, 水泥砂浆修补, 适用于轻微的表层破坏;其次, 喷浆修补, 多用于混凝土冻融破坏化较严重的部位;喷混凝土修补, 是指经施高压将混凝土拌料以高速运动注入被修补的部位, 其密度及抗渗性较一般混凝土好, 且具有快速, 高效的特点;第三, 环氧材料修补, 一般有环氧基液、环氧砂浆和环氧混凝土等, 这种材料具有较高的强度和抗蚀、抗渗能力, 并与混凝土结合力较强, 但价格较贵, 施工工艺复杂, 材料配比严格, 此法可与其它修补方法配合使用, 效果更佳;总之我们应当根据水工建筑物所处的环境、位置和冻融破坏的程度以及原混凝土构件制作的主要材料性能综合选用不同的修补方法, 才能获得较好的效果。第四, 预缩砂浆修补, 所谓预缩砂浆是指经拌和好之后再归堆放置30~90mih后才使用的干硬性砂浆, 此种方法适高速水流区混凝土表面的损坏。

3 结束语

当前, 建筑物多以混凝土结构组成, 而这些混凝土结构多处在气候恶劣的环境中, 受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多。混凝土的破坏以碳化、冻融破坏为常见, 致使许多建筑物的运行寿命大为缩短, 造成极大浪费。所以有必要进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化、冻融破坏机理及防治措施。

摘要：建筑物中混凝土的碳化, 对其耐久性有很大影响, 严重时使混凝土开裂、剥落, 保护层遭受破坏, 最终导致结构物破坏。本文就对混凝土碳化冻融破坏影响因素进行了分析, 并提出了具体的防治策略, 以达到或延长工程的使用寿命。

关键词：混凝土,冻融,碳化

参考文献

[1]任思学.浅析建筑物混凝土的碳化、冻融破坏及防治[J].石河子科技, 2008年01期.[1]任思学.浅析建筑物混凝土的碳化、冻融破坏及防治[J].石河子科技, 2008年01期.