鹽環(huán)境下混凝土抗凍性及其機(jī)理研究.pdf

1、我國(guó)西部和北半部廣大地域的混凝土耐久性主要取決于混凝土抗凍融耐久性，尤其是處在鹽湖區(qū)、鹽漬土地區(qū)、沿海地區(qū)和撒鹽除冰雪的路面和橋梁混凝土凍害嚴(yán)重、作用因素和破壞機(jī)理復(fù)雜。系統(tǒng)地、深入地研究鹽環(huán)境下混凝土的抗凍性及其機(jī)理對(duì)于我國(guó)的大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)具有重要的理論和實(shí)際意義，對(duì)混凝土科學(xué)發(fā)展有促進(jìn)作用。
　　本文在調(diào)研我國(guó)混凝土凍融破壞狀況和環(huán)境氣候條件特征的基礎(chǔ)上，針對(duì)混凝土表面剝落和內(nèi)部損傷兩種主要破壞類型，較系統(tǒng)地研究了我國(guó)代表性地

2、域年凍融次數(shù)和年有害凍融次數(shù)的確定方法。并較系統(tǒng)地研究了各種常見鹽溶液在低溫下的體積膨脹率、混凝土在凍融過(guò)程中的體積吸液率以及影響混凝土抗凍性的主要因素、混凝土的凍融破壞規(guī)律及其機(jī)理，為提高混凝土抗凍融耐久性、合理設(shè)計(jì)混凝土在鹽環(huán)境的抗凍等級(jí)提供了理論基礎(chǔ)。
　　研究結(jié)果表明，混凝土凍融次數(shù)不應(yīng)按氣溫而應(yīng)按最高地表溫度≤-3℃和最高地表溫度>0℃的交替次數(shù)確定，造成剝落破壞的年有害凍融次數(shù)應(yīng)為≤-6℃和>0℃的交替次數(shù)。得出同海拔

3、高度下寒冷地區(qū)凍融次數(shù)高于嚴(yán)寒地區(qū)，高原地區(qū)凍融次數(shù)高于同緯度平原地區(qū)等結(jié)論。并按年有害凍融次數(shù)及氣候、環(huán)境條件類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限給出水泥混凝土路面、橋梁混凝土抗凍等級(jí)劃分表。研究結(jié)果為我國(guó)各地域混凝土工程按耐久性設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　研究得出鹽種類不同，則混凝土的凍融破壞速度有很大的不同?；炷猎诼然c和氯化鈣溶液中的凍融破壞速度遠(yuǎn)大于在水中，更大于在氯化鎂溶液、硫酸鎂溶液中的破壞速度；硫酸鈉溶液中混凝土的抗凍性與在水中抗凍

4、性基本相近；研究發(fā)現(xiàn)混凝土在硫酸鈉溶液中經(jīng)受凍融-干濕循環(huán)交替作用時(shí)，混凝土表面剝落嚴(yán)重，動(dòng)彈性模量損失也大于水中或硫酸鈉溶液中單獨(dú)凍融作用，干濕循環(huán)導(dǎo)致的硫酸鈉鹽結(jié)晶和硫酸鈉化學(xué)腐蝕作用是混凝土破壞的主要原因，凍融循環(huán)則加速了這種破壞。
　　通過(guò)對(duì)混凝土在水和鹽溶液中凍融過(guò)程中的體積吸液率和溶液在低溫下的體積膨脹率的變化對(duì)混凝土凍融破壞規(guī)律的研究，提出了評(píng)價(jià)混凝土抗凍融性的綜合指標(biāo)——“凍害因子”的概念。將混凝土孔隙內(nèi)鹽溶液結(jié)冰

5、后固體或固液混合物的填充程度與同條件下混凝土孔隙內(nèi)水結(jié)冰后填充程度之比定義為鹽溶液對(duì)混凝土的凍融損害因子(簡(jiǎn)稱凍害因子δ)。凍害因子的大小與混凝土的體積吸液率以及溶液低溫膨脹率成正比。由于凍害因子與混凝土內(nèi)部孔隙的液體飽和度相關(guān)，并且凍害因子綜合了鹽溶液對(duì)混凝土體積吸液率、低溫體積膨脹率以及對(duì)冰點(diǎn)降低的正負(fù)效應(yīng)對(duì)混凝土凍融的影響，因而凍害因子可以作為評(píng)價(jià)混凝土抵抗鹽凍破壞性能的綜合參數(shù)。按凍害因子大小，即鹽溶液對(duì)混凝土凍害程度的作用大小

6、將鹽類分為加速凍害型鹽(δ>1)、減速凍害型鹽(δ<1)和無(wú)助凍害型鹽(δ≈1)，氯化鈉、氯化鈣屬于加速凍害型，硫酸鈉屬于無(wú)助凍害型，而氯化鎂和硫酸鎂屬于減速凍害型。利用凍害因子以及對(duì)鹽的分類，可以在規(guī)定的凍融溫度和凍融次數(shù)下，對(duì)同一結(jié)構(gòu)混凝土，通過(guò)測(cè)定不同種類鹽溶液的凍害因子來(lái)評(píng)價(jià)鹽溶液的種類和濃度對(duì)混凝土的凍害作用類型和程度；也可以在規(guī)定的條件下，測(cè)定規(guī)定濃度鹽溶液的凍害因子，以評(píng)價(jià)混凝土的抗鹽凍性能。
　　本文對(duì)影響凍害因子

7、的因素，即混凝土的體積吸液率、低溫體積膨脹率等進(jìn)行了研究，得出混凝土的含氣量、水膠比以及鹽種類、濃度、凍結(jié)溫度、凍融次數(shù)及試驗(yàn)方法等對(duì)混凝土的體積吸液率、低溫體積膨脹率等有較大影響，表明凍害因子綜合了影響混凝土抵抗鹽凍破壞的主要因素。在上述基礎(chǔ)上，本文對(duì)不同種類鹽溶液中混凝土的凍融破壞機(jī)理進(jìn)行了探討，并成功地利用凍害因子從理論上解釋了混凝土在上述鹽溶液中的凍融破壞速度和破壞程度的巨大差異以及出現(xiàn)對(duì)混凝土抗凍性最不利濃度的原因，并得到實(shí)驗(yàn)