混凝土抗冻理论及冬季施工的应用

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1、万方数据·48·海河水利2008年2月混凝土抗冻理论及冬季施工的应用刘国旺，杜辉(天津市水利工程有限公司，天津300222)摘要：混凝土的强度关系到混凝土结构的可靠性，而混凝土的可靠性又直接关系到工程的寿命。因此，做好混凝土的冬季防冻具有重要意义。根据工程实践，从多方面分析了混凝土受冻害损伤的有关原因，论述了在施工实践中应当采取的抗冻施工措施，并详细介绍了混凝土冬季施工的基本要求。关键词：混凝土防冻；冬季施工；实践措施中图分类号：TV52l文献标识码：C文章编号：1004—7328(2008)0l—0048—02混凝

2、土受冻害损伤可以分为2种情况：一是由于冻融循环引起的混凝土表面材料的损伤——剥落脱皮；二是表面没有可见效应而在混凝土内部产生的损害——内部损伤。这种内部损伤可导致混凝土性质改变(如动弹性模量降低)。而新拌混凝土受冻害损伤后则会导致混凝土冻胀破坏。1混凝土受冻害损伤有关原因1．1新拌混凝土受冻害损伤的原因新拌混凝土的强度低、空隙率高、含水多，极易发生冻胀破坏。冻胀破坏的外观特征是材料体内出现若干的冰夹层，彼此平行而垂直于热流方向。其过程为：结构物表面降温冷却时．冷流向材料体内延伸，在深处某水平位置开始冻结。一般从较粗大

3、孔穴中开始，冰晶形成后从间隙吸水，发育增长，且是不可逆转的过程，水分从材料未冻水或从外部水源补给，并进行宏观规模的移动。第一层孔穴中冰冻后。在冰晶生长的过程中，材料质体受到拉应力，如果超过抗拉强度即破坏。1．2成熟混凝土受冻害损伤的原因混凝土构件中的孔径分为3个范畴，即凝胶孔、毛细孔及气泡。在某一固定负温下混凝土构件中水分只有一部分是可冻水。可冻水产生多余体积直接衡量冰冻破坏威力。可冻水(即冰)主要集中在水泥石及骨料颗粒的毛细孔中，凝胶水由于表面的强大作用不可能就地冻结，气泡水易冻结。混凝土构件中各种孔径的空隙可认为

4、连续分布，分布在这些空隙中的水在降温过收稿日期：2∞r7—10一30作者简介：刘国旺(196“)。男。工程师。主要从事水利工程施工工作。程中将按顺序逐步冻结。冻水一般是温度的逆函数．温度愈低，可冻水愈多。随着水化进展凝胶体生成，网络的联系被破坏、分成个别孤立的毛细孔(水在其中冻结的容器)，而凝胶连同其特征性凝胶孔和少数细小毛孔就构成透水器壁。随着水化深入、材料质地致密及温度的下降，将有更多细小空间的水参与冰冻，作为器壁的凝胶的渗水性也不断减小。当冰冻多余水受水压力推动向附近气泡(逃逸边界)排除时，材料本身将受到推移水

5、分前进的后应反作用力导致受拉破坏。材料组织愈致密水流宣泄不及，疏导不畅引起的动水压力增大。水泥浆中包含的一般是盐类稀溶液．一旦冰冻后变为纯冰和浓度更高的溶液，随着温度下降，浓度不断提高。然而邻近凝胶中水分始终保持不冻，其溶液浓度保持原有的水平．于是在毛细孔溶液和凝胶水之间出现浓度差。浓度差使得溶剂向溶液中自发扩散渗透，即溶质向凝胶水中扩散，而凝胶水向毛细孔中浓溶液转移。其结果毛细孔中水分增加。和冰接触的溶液稀释．冰晶逐渐生长。当毛细孔穴充满冰和溶液时。冰晶进一步生长必将产生膨胀压力，导致破坏。另一方面，在水压的情况下

6、，水分冻结膨胀，多余水在压力推动下外流。流向可能消纳水分的未冻地点，作为水流的结果压力消失。析冰情况正好相反：水分不是从冰冻地点外流，而是从未冻地点(凝胶)流向已冻冰地点(毛细孔)，方向恰好相反。未冻地点的水移动一定距离后，最后以冰冻结束，作为水流运动的结果产生压力。万方数据2008．No．1刘国旺．杜辉：混凝土抗冻理论及冬季施工的应用·49·以上2点可以综合为：第一阶段毛细孔中始发的冰冻，向所有方向产生的水压力引起内应力；第二阶段较大毛细孔中水分首先生成冰晶．可从小孔中吸引未冻结水使自身增长，产生静应力。骨料作为一

7、个组分，如果冰冻膨胀同样会成为导致混凝土破裂的应力来源。为了保证混凝土完好。必须要求骨料和水泥净浆两者都不破坏。由于引气混凝土的广泛使用，水泥净浆的抗冻性较易保证。从这个意义上来说。骨料抗冻性更具有突出意义。如颗粒大到一定限度以上．核心存在的距离任何逃逸边界均在临界尺寸以上的保水区域．此时将因超过骨料破裂强度的内部水压力而破裂。这就是临界储存效应。凡属中等吸水、细孔结构、渗透较低的岩石，这种危险较突出；空隙多、渗透性强的骨料临界尺寸也很大。在特殊情况下。岩石吸水率极低(如重量吸水在O．5％以下的石英岩)，可冻水极少。

8、根据施工经验应避免使用高度吸水骨料，小颗粒石粒可以得到较大抗冻保证。综上所述。混凝土材料的抗冻性是以下三方面的变函数，即：①材料的性质(强度、变形、空隙情况)。②气候条件(冻融循环次数、最低温度、降温速度、降水量、空气相对湿度等)。③材料使用方式(降水量、自由水及跨越材料的蒸气压梯度与温度梯度)。区分这几方面变数。我们就有可能正确预言材料在指定