混凝土冻融耐久性量化分析

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发布时间：2021-09-17

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混凝土冻融耐久性量化分析
苏昊林。王立久
(大连理工大学建设工程学部，辽宁大连1 16024)
摘要：阐述了混凝土的冻融破坏机理和冻融破坏的过程；根据混凝土冻融循环的试验结果，分析混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折
强度随冻融次数变化的规律，并建立混凝土抗折强度的指数衰减规律方程，由此可对混凝土冻融耐久性进行量化分析；引入抗冻因子的概
念进一步分析混凝土耐久性与强度的关系；同时提出了提高混凝土抗冻性能的主要措施。
关键词：混凝土；冻融耐久性；破坏机理；量化分析
中图分类号： TU528．O1 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)05—0001—02
Quantitative analysis of freeze-thaw durability of concrete
SUHao一／in，WANGLi u
(Faculty ofInfrastructure Engineering，Dalian University ofTechnology，Dalian 1 16024，China)
Abstract： It describes the concrete freeze·-thaw damage mechanism an d process offreeze·-thaw damage；according to the experimental results of
concrete freeze·thaw cycle，analyzes concrete compressive strength、splitting tensile strength and flexuml strength with the variation ofthe number
offreezing an d thawing，and established the concrete flexural strength ofthe exponential decay law ofequation，SO it cai1 analyzes the freeze—thaw
durability of concrete quantitatively；introduces the concept of freezing factor for further analysis of concrete durability and strength of the relationship；
meanwhile puts forward key measures to improve the performance offreeze—thaw resistance ofconcrete．
Key words： concrete；freeze—thaw dumbility；dam age mechanism；quantitative analysis
0 引言
混凝土是由集料、水泥和水3部分组成。常温下硬化的混
凝土是由未水化的水泥、水泥水化产物、集料、水和空气共同组
成的气液固三相平稳的体系。当混凝土处于一定负温度下时，
其内部孔隙中的水分就将发生从液相到固相的转变。含水或与
水接触的混凝土在长期正负温度交替作用下会出现由表及里
的剥蚀现象，称为冻融破坏。混凝土冻融破坏非常普遍，因此对
于混凝土的抗冻耐久性进行量化分析，在设计之初就考虑到其
使用寿命，这一点是十分必要的。
1 混凝土冻融破坏机理及破坏过程
1．1 混凝土冻融破坏的机理
造成混凝土冻融破坏所必须具备的3个条件：即混凝土本
身的孔结构、饱水状态和正负温度变化。许多学者对混凝土的
冻融破坏机理进行了大量研究，虽然提出各种理论，但至今尚
未达成共识目前公认程度较高的是美国学者T．C．Powerse提
出的静水压理论与渗透压理论[1】。
静水压理论认为：如果材料孑L隙饱水，则由于水结成冰产
生体积膨胀，在混凝土中形成冰胀压力，使材料破坏。混凝土有
无冻害与其孔隙的饱水程度密切相关，一般把9 1．7％饱水度称为
极限饱和度。混凝土在完全饱水状态下，其冻结膨胀压力最大。
而渗透压理论认为：由于混凝土孔溶液中含有Na+、I(+、Ca”等盐
收稿日期：2009—12-28
基金项目：“十一五”国家科技重大项目支撑计~|(2006BAJ04A004)
类，大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与
周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。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。当冰胀压力与渗透压力共同作用超过混凝土抗拉强度
时，混凝土就会开裂。
渗透压理论与静水压理论最大的不同在于未冻结孔溶液
迁移的方向。静水压理论认为材料冻害只是由冰胀压力引起的，
而渗透压理论认为是冰胀压力和渗透压力联合作用的结果，它
多了渗透压力参与的概念。
1．2 混凝土冻融破坏的过程
混凝土是一种多孔体材料，其孔径大致分布如表1所示。
表1 混凝土孔径分布 Ixm
当环境温度下降时，由于混凝土表面温度降低较快，而混
凝土内部温度降低较慢，所以在内外混凝土之间就形成温度梯
度。当温度低于0℃时，粗大孔隙中靠近混凝土表面的水就开
始结冰。随着温度的继续下降，冻结就逐步深入至内部，细小孔
隙中的水分将会逐步冻结。混凝土受冻时，在结冰水膨胀力与
过冷水渗透力共同作用下，孔壁出现较大拉应力，产生微细裂
纹。当这种内应力超过混凝土所能承受的极限时，便引起混凝
土内部孔隙和裂缝不断地发育。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，最终导致混凝