掺加粉煤灰及硅粉混凝土耐冻特性试验概述

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1、掺加粉煤灰及硅粉混凝土耐冻特性试验概述第1章绪论1.1课题研究的背景及意义我国水利资源极其丰富，水利工程中大量结构主要为混凝土结构，所以混凝土材料的耐久性直接影响了水利工程耐久性能。随着水利资源的不断开发和水利工程的建设发展，使水工结构混凝土用量逐渐增加，混凝土具有良好的耐久性能，才能保证这些水利工程在特殊工作环境下的使用寿命，更好的发挥作用。在我国的东北、华北、和西北寒冷地区，混凝土冻融破坏往往是导致水工混凝土耐久性降低的主要因素，是水工混凝土结构运行过程中产生的主要病害之一。这些地区的水工混凝土结构均遭受了不同程度的冻融破坏。

2、如云峰重力坝，大坝从建成到运行不到10年，溢流坝表面的混凝土破坏就达1万平方米，占整个溢流坝的50%左右，混凝土平均剥蚀深度达10cm以上，运行19年后下游面受冻破损显著，表面剥蚀露出骨料，总面积约8500m2；而丰满重力坝运行后就年年维修，运行33年后，上下游面及尾水闸墩破损明显，表面露出钢筋，冻害严重，致使坝顶抬高十余厘米[1,2]。对于农业水利工程，冻融破坏更加广泛，随着农业发展，灌涝区建筑物工程数量越来越多，然而由于工程建筑物冻害问题使许多工程设施不能充分发挥作用。据统计，冻害导致水工混凝土寿命不足30年，浸水区60%以上

3、混凝土结构运行几年就产生冻融剥蚀，个别工程第二年就产生剥蚀。由于缺少有效的处理技术，许多工程呈年年维修状态[3]。若不及时修补处理，会加速混凝土结构损坏,也直接影响到建筑物的使用寿命,从而对社会造成巨大的经济损失。因而提高混凝土抗冻性能对于提高混凝土耐久性具有重大意义。.1.2国内外对混凝土抗冻性能研究的现状混凝土作为结构具有非均匀、多相和多层次特性的复合材料，广泛应用于水利工程中。混凝土作为水工建筑物的主要建筑材料，由于所处的特殊的工作环境，常处于水浸泡或水保和的状态，使混凝土的抗冻性对于水利工程的耐久性起着重要的作用。目前，在

4、混凝土抗冻性方面，国内外已经进行了大量从宏观到微观的研究工作，取得了一定的成果，提出了一些混凝土冻融破坏机理以及提高抗冻性能的措施。但是，这些成果主要集中在混凝土的冻融机理、高强混凝土和高性能混凝土的抗冻性能以及使用各种外加剂和外掺料提高混凝土的抗冻性能，对于强度一般为C20、C25的低强度混凝土抗冻性研究较少，需要进一步研究。混凝土冻融破坏是国内外研究较早、较深入的课题。对于混凝土冻融破坏机理的研究始于上个世纪三十年代，美国、前苏联、欧洲等国家前后均展开了对混凝土冻融破坏机理的研究，并提出了一系列完整的理论体系。但大部分是从纯物

5、理的模型出发，经假设和推导而得出的，有些是以水泥净浆或砂浆试件通过部分试验得出的，因此，对混凝土的冻融破坏机理，国内外尚未得到统一的认识和结论。混凝土冻融破坏机理主要有静水压力经典理论、渗透压理论、冰棱镜理论、基于过冷液体的静水压修正理论、饱水度理论等。迄今为止提出的冻融破坏理论公认程度较高的，仍是由美国学者T.C.Pouch一起提出的渗透压假说。这两个假说结合在一起，较为成功的解释了混凝土冻融破坏的机理，虽然对混凝土冻融破坏的机理未彻底弄清楚，但为混凝土抗冻性研究奠定了基础。.第2章寒区水工混凝土冻融破坏的影响因素2.1环境条件

6、混凝土的冻融破坏与其孔隙的饱水程度紧密相关，在混凝土完全饱水状态下,其冻结产生的压力最大。干湿交替区域的混凝土往往处于完全饱水状态，此处的冻害也最严重。一般认为含水量小于饱和含水量的91.7%时，混凝土内部孔隙水受冻结冰，毛细孔水的结冰膨胀可以被不含水孔体吸收，不会形成损伤混凝土微观结构的正负温度变化，不会产生冻融破坏；混凝土冻融破坏还与外界气温的正负变化有关，能使混凝土毛细孔中的水发生反复的冻融循环，造成损伤的累积，最终导致冻融破坏。混凝土含气量影响混凝土抗冻性的主要因素。混凝土部分孔隙中的水结冰产生静水压力后，使未冻水向其他孔

7、隙迁移，当混凝土含气量达到一定程度时，在水泥浆中形成的互不连通的微细气孔，这些孔隙可以吸附未冻水，从而降低静水压力。而且这些微细气孔使孔内水的冰点降低，成冰率降低，减少孔内冰的数量，提高混凝土的抗冻性能，这也是引气剂提高混凝土抗冻性能的作用机理。然而，含气量的增加提高混凝土抗冻性能存在一个极限点，过高的含气量并不能提高混凝土强度，为使混凝土具有较好的抗冻性能，适宜含气量一般均在3%6%之间。..2.2混凝土材料因素混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高，水泥活性越高，水化反应越充分，浆体越密实，具有更好的孔隙率和孔结构。根据水泥的特性

8、及在各种环境条件下对水泥的选用表明，普通硅酸盐水泥混凝土的抗冻性优于混合水泥混凝土的抗冻性，这是由于混合水泥需大量水导致水胶比过大所致。粗骨料对混凝土抗冻性影响主要体现在粗骨料对吸水量的影响及粗骨料本身对抗冻性的影响。混凝土中骨料粒径愈大，在冻融循