高性能混凝土的凍害劣化機理
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構發生膨脹而造成的。發生凍害的混凝土，在凍結時發生異常的膨脹；解凍后，有一部分膨脹仍殘留下來。受凍溫度越低，膨脹值越大。殘留膨脹值是凍害劣化的指標，動彈性模量降低。抗拉強度降低。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冰，生成壓力使水移動，水在移動過程中產生液體壓力。T.C.Powers理論能說明以下幾點：
一、凍害是從溫度低的表層開始，表層毛細管中的水分先凍結。
二、伴隨著水分凍結而發生膨脹，擠壓未凍結的水分，向未受凍的混凝土內部移動。
三、向內部流動的水，通過微孔過程發生粘性阻力，形成水的壓力梯度；這種水的移動壓力如超過混凝土的抗拉強度，就產生混凝土的劣化。
當混凝土的組織致密、透水性越低，凍結速度越快，凍結水量越多時，移動水的壓力就越大。這個機理說明了由于引氣，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距離，與氣泡間隔系數間的關系是十分重要的。
伴隨著凍結溫度降低，劣化繼續進行，但這個理論并不能說明即使是0℃以下也持續膨脹，但混凝土并沒有劣化。為此，其后對該理論進行了修正。加入了：“毛細管中水分凍結之后，凝膠水向冰晶方向擴散”的內容；也就是說，必須注意到結冰形成時，一部分水泥石產生膨脹，而另一部分由于C—S—H凝膠失水，會產生收縮，要考慮到這兩部分的又疊加作用。
關于水分擴散移動的作用，從未凍結內部向凍結表層移動和擴散，是其重要的觀點。
1、臨界飽和度。水結冰時壓力顯著增大。如混凝土內部具有一定含氣量時，就可以避免結冰壓力帶來的損傷破壞。也就是說，凍害發生與否與混凝土的飽水程度有關。超過臨界飽和度的混凝土就發生受凍破壞。
2、水分凍結溫度。通常水處于結冰階段時，發生9％的體積膨脹。混凝土在0℃以下的溫度時，隨著溫度降低，混凝土體積持續膨脹；劣化也隨著溫度的降低而嚴重。因為隨著溫度降低，比較小的孔徑中的水結冰；溫度越低，結冰的水量增大，影響也越大。在細毛細孔中的水分，結冰溫度比水的相變溫度低。混凝土中的水含有鹽類時，凍結溫度也隨之降低。
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