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(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、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(guò)程中產(chǎn)生液體壓力。T.C.Powers理論能說(shuō)明以下幾點(diǎn)：
一、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)。
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(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)壓力如超過(guò)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(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。
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(lái)的損傷破壞。也就是說(shuō)，凍害發(fā)生與否與混凝土的飽水程度有關(guān)。超過(guò)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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