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        混凝土凍害的影響因素分析

        2020-04-28 06:50:52李胥
        中國房地產(chǎn)業(yè)·中旬 2020年11期
        關鍵詞:凍害水灰比房屋建筑

        李胥

        摘要:混凝土的凍害是影響混凝土耐久性的重要因素之一,凍害對建筑物的正常使用產(chǎn)生了較大影響,甚至危及安全問題,本文討論了混凝土凍害的影響因素。

        關鍵詞:房屋建筑;混凝土;凍害;水灰比

        混凝土的凍害是影響混凝土耐久性的重要因素之一,大量調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),盡管在北方地區(qū)凍融破壞是主要的病害之一,但是在我國南方地區(qū)也時有發(fā)生,房屋建筑、橋涵、路面和港口等工程常常會因凍融破壞影響工程的正常使用。

        1 抗凍害性的影響因素

        1.1 氣泡間隔系數(shù)

        混凝土攪拌時,引入空氣,硬化后成為氣泡殘留在混凝土中。對抗凍害性影響最大的不是含氣量的絕對值,而是氣泡間隔系數(shù)。含氣量相同時,氣泡越細小,氣泡間隔系數(shù)越小,抗凍害越有利。為了獲得良好的抗凍性,氣泡間隔系數(shù)應在200~250 m之間。

        1.2 水灰比與養(yǎng)護條件和抗凍性關系

        水灰比是決定混凝土組織致密性,也即是決定孔結(jié)構特性的基本因素,水分的凍結(jié)與混凝土細孔孔徑有相關性,水灰比低、養(yǎng)護條件好,混凝土越致密,抗凍性越好。而且,細孔孔徑在某一極限值以下時,其內(nèi)部水分是不凍結(jié)的。相當?shù)退冶鹊母邚娀炷?,在一般的凍結(jié)溫度范圍內(nèi),其中的水分是不受凍的。即使不摻入引氣劑也得到優(yōu)異的凍融效果。

        1.3 抗凍性與骨料的作用

        混凝土的水灰比相同,養(yǎng)護條件相同,使用的骨料不同,抗凍性不同。骨料對抗凍性的作用,主要是吸水率的影響。有的人提出低晶位骨料的要求主要是規(guī)定其吸水率和安定性。也有人提出從骨料的細孔構造來判斷其抗凍性等。在混凝土凍結(jié)融解的過程中,受到很大的溫度變動的作用;從凍害的機理出發(fā)考慮骨料的作用時,骨料與硬化水泥漿的熱膨脹特性不同,骨料表面的粘結(jié)性能是很重要的。甚至,骨料,特別是細骨料,引入混凝土中氣泡的特性給予抗凍性能以很大的影響。

        1.3 關于抗凍性試驗

        混凝土受凍害的影響,不僅與凍融循環(huán)次數(shù)有關,而且與凍結(jié)時的最低溫度、及水接觸的條件等有關。

        國內(nèi)外的凍融循環(huán)試驗方法,都是以將材料的抗凍融破壞性能相互比較為目的,不能預測實際使用的混凝土的耐久性。

        快速凍融試驗 使用這種方法的有ASTMC666及JISA6204。在一定的溫度條件下進行反復凍融試驗。ASTMC666有A法(水中凍結(jié)融解法)、B法(空氣中凍結(jié)、水中融解法)。A法與B法凍結(jié)最低溫度為-18℃,融解溫度為+5℃;經(jīng)過一定凍融循環(huán)之后,測定質(zhì)量損失與動彈性系數(shù)降低,按下式計算耐久性指數(shù)

        2 含不同礦物質(zhì)粉體的抗凍性

        2.1 硅粉混凝土的抗凍性

        當前,關于硅粉混凝土的抗凍融性能是一個有爭論的問題,而且缺乏長期試驗數(shù)據(jù)。Cheng-Yi和Feldman討淪過含硅粉砂漿的抗凍性與孔結(jié)構之間的關系。發(fā)現(xiàn)含硅粉砂漿在20000~2000nm和2000~350nm的孔體積比基準砂漿大得多,,而且認為Ca(OH)2首先沉積在骨料周圍的界面上。硅粉與Ca(OH)2反應,影響到砂漿的孔結(jié)構,而且進一步引起在砂粒界面周圍2000~350nm的孔。經(jīng)過計算,孔的間隔低于0.1nm,滿足ASTMC457-71對抗凍性的要求。在這些孔徑范圍內(nèi),部分體積的孔是墨水瓶型的,水分是相對進不去的。這些特性,使試件在凍融循環(huán)時飽和度相對降低。也就是說,這些孔能起貯水池作用,在冰凍過程中,接納由小孔遷移過來的水分。當硅粉含量大時(30%),硅粉比完全反應所需的量還多,這就需要比較高的有效水灰比。特別是,在這樣的系統(tǒng)中,水化作用是不完全的,在水膠比0.45時,有相當數(shù)量的可蒸發(fā)水仍然留在孔縫中,在凍融過程中,由于水泥石低的滲透性,這些水受凍,導致破壞。

        2.2 超細礦渣混凝土的抗凍性

        許多研究者的研究證明,含氣量混凝土,按ASTMC666-84(A)進行抗凍性試驗,硅酸鹽水泥與摻入礦渣細粉水泥的混凝土是相同的。

        Hogan和Meusel對含5%礦渣的水泥混凝土(摻入一定引氣劑)進行抗凍性試驗。按ASTMC666進行,試件抗凍試驗前先在潮濕養(yǎng)護室中養(yǎng)護14d,試驗結(jié)果如表1所示。

        由表1可以明顯地觀察到耐久性系數(shù)有很大差別。然而,含與不含礦渣的兩種混凝土,都認為是抗凍的。

        Malhotra以25%~65%的礦渣置換相應的硅酸鹽水泥,配制含礦渣與不含礦渣的混凝土,按ASTMC666(B)進行抗凍試驗,經(jīng)100次凍融循環(huán)后測定一次,試驗經(jīng)過了700次循環(huán)。測定了重量、長度、縱向共振頻率和脈沖速率。按ASTMC666(B)計算耐久性系數(shù)。

        實驗數(shù)據(jù)表明:混凝土中含一定引氣劑可大大改善抗凍性。當混凝土強度與含氣量保持一個常數(shù)時,摻入礦渣可稍微改善抗凍性。采用超細礦渣混凝土可以獲得抗凍性很好的混凝土、但是如果以部分礦渣代替水泥,如果不摻引氣劑,抗凍融性能是不能改善的。保持混凝土中含氣量為一個常數(shù),并與基準混凝土具有相同的強度,礦渣水泥混凝土的抗凍性甚至比基準混凝土還好。

        2.3 粉煤灰混凝土的抗凍性

        2.3.1 粉煤灰摻入混凝土中,為了提高抗凍性也要有一定的含氣量。WhitinR試驗了含粉煤灰、不同含氣量、不同養(yǎng)護條件的高強混凝土的抗凍性。試驗中也使用了去冰鹽。試驗結(jié)果歸納如下:

        2.3.1.1 非含氣混凝土 空氣中養(yǎng)護的試件比潮濕條件下養(yǎng)護的試件具有更高的耐久性。在空氣中養(yǎng)護,混凝土的飽和程度是降低的。水化作用過程和滲透性的降低,使得融化過程水份難以填充孔隙,降低了冰在混凝土中的形成。空氣中養(yǎng)護的高強混凝土(抗壓強度69MPa),經(jīng)300次凍融循環(huán)以后,初始彈性模量降低到70%(按ASTMC666-84)。而濕養(yǎng)護試件經(jīng)200次凍融后破壞,使用去冰鹽時,全部非含氣混凝土試件,經(jīng)≤50次凍融循環(huán)時,出現(xiàn)嚴重的剝落。去冰鹽溶液CaCl2含量4%,試驗方法按ASTMC672。

        2.3.1.2 含氣混凝土 全部含氣的混凝土試件的性能,均遠遠超過非含氣混凝土。經(jīng)過300次凍融后,動彈模是原始數(shù)值的99%或者還稍高一些,重量損失甚少。空氣中養(yǎng)護的試件重量損失也很低。

        2.3.2 使用去冰鹽時有以下結(jié)果:

        抗壓強度41MPa含氣量3.5%的混凝土試件,抗凍融效果很好,經(jīng)過300次凍融循環(huán),僅少量剝落。而抗壓強度69MPa的混凝土,即使含氣量更高一些,其抗凍融性能電比41MPa的混凝土要差些。凍融后剝落程度隨著強度增加而增加。

        Malhotra等人使用F級(低鈣灰)粉煤灰配制混凝土,按ASTMC672方法,進行抗鹽凍融試驗。在該方法中,以CaCl2溶液代替去冰鹽?;炷林兴嘤昧?50kg/m3,水膠比0.32,粉煤灰用量為膠凝材料總量的56%,氣泡間隔系數(shù)0.253mm。比通常0.2mm的氣泡間隔系數(shù)稍高。按照ASTM觀察得到的剝落程度,試驗的試件屬于5級。說明有嚴重的剝落,粗骨料已外露。說明高體積含量的粉煤灰混凝土抗鹽凍融試驗差。

        3 結(jié)語

        混凝土是大部分建筑物的主要材料之一,在寒冷地區(qū),混凝土的凍害對建筑物的正常使用產(chǎn)生了較大影響,甚至危及安全問題,因此人們對混凝土的凍害問題越來越重視。

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