《混凝土材料技术》讲义第五章混凝土抗冻理论ppt课件.ppt

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1、混凝土材料技术讲义(09材料班使用3*17=51学时)王汉立2010~2011学年第2学期5混凝土抗冻理论一、绪言抗冻性不单纯取决于材性的混凝土内在性质，还应把气候条件及材料使用方式（即环境）也列为其不可分割的内容。混凝土抗冻性研究对于国民经济具有重大意义。对于我国北方地区具有现实意义。二、可冻水1可冻水与不冻水：在某一固定负温下，水泥石中的水分只有一部分是可冻水，即与该温度对应孔径及更粗大空隙中所有水分。凝胶另一部分是不冻水。分布在空隙中的水在降温过程中将要按顺序逐步冻结，不可能同时冻结。在材料内部在某指定温度下不冻水数量为一常数

2、，可以看作材料总空隙率的函数。可冻水一般是温度的逆函数，温度越低，可冻水越多。可冻水产生多余体积，直接衡量冻结破坏威力，在混凝土抗冻性上具有重大意义。可冻水（冰）主要集中在水泥石及骨料颗粒的毛细孔中；凝胶水由于表面力的强大作用不大可能就地冻结；气泡中水分易冻结。二、可冻水2如果原始水灰比足够低并经过充分水化，就有可能做出实际上不包括可冻水的饱和水泥石。不包括毛细水（或数量很少）的水泥石，由于凝胶中空间极细微，结晶的始发十分困难，可能并不发生冻结；在通常温度下形成冰量很少，实际上可以认为等于零。人们力图确定水灰比要低到什么数值才不需要

3、采取特别措施（如引气），而仍能保证其抵抗冻融循环的能力。二、可冻水3细孔尺寸对冰形成的限制：冰晶的形成和传播要受到毛细孔尺寸各种限制，任何微小毛细孔中的冰晶不仅应小于孔径，并且还应小于孔径扣除两侧吸附水膜后的尺寸。其半径就是在生长尽端冰晶中内接圆球的半径，这个尽端必须钻入孔结构中各部位。初始冻结时的可冻水只占毛细水一个很小比例，只是百分数的个位数。在胀缩试验中，初始冰形成导致的膨胀有时未必很大，但后续发生巨大的进展性膨胀。这是枝晶后续生长的结果。二、可冻水4形成冰量实测：混凝土在冻结过程中的始发冻结温度及所形成冰量是决定它抵抗冻结损

4、坏的主要因素,如能准确掌握形成冰量就可以推断预言冰害严重程度。显微量热法测定水泥浆的冰形成是个合理方法，其结论有：净浆的可冻水量及其始发冰冻温度随着龄期增加，及水灰比（W/C）的降低而降低。对某一净浆而言，随着每一冻融循环进展，可冻水略有增加。干燥及再饱和处理将增加可冻水量，但随着W/C降低及反复干燥，一再饱和，效应减弱。二、可冻水5导电率法：我国学者用导电率法对混凝土试件进行冰形成的试验。试验方法是测试、跟踪混凝土受冻融循环时，其试件中孔隙溶液冰冻时混凝土导电率随冰冻温度的变化。混凝土的导电是通过孔隙溶液中的金属离子而实现的，冰可

5、看作非导体；当部分孔隙溶液冻结时由于导电的溶液减少，导电率必将下降。因此研究导电率下降，可以推算各温度下已冻结孔隙水数量，即形成冰量。上述立论是针对普通混凝土而言，高性能混凝土质地较致密，其出现概率最大的孔径要更小些，对应的冰冻温度也下降，冻害严重程度还需进一步研究。二、可冻水6冻融过程中的胀缩表现：作为实验手段检测水泥及混凝土在冷却过程中冰冻情形，最常使用胀缩方法，测定试件在冰冻及融解过程中体积的变化。只要试件包含足够水分，首先是初始快速冰冻带来的瞬息膨胀，随后是大量的进展性膨胀，这是原始冰晶（枝晶）后续生长的结果。图6-2显示饱

6、和水泥石典型试验结果,温度自A点(-0.2℃)开始逐步下降,整个体系体积均匀收缩(AB直线)：这是正常的温度收缩。在B点(-7.5℃)体积突然膨胀（陡直直线BC）说明经过或多或少过冷之后，在此点水泥石的内部开始迅速冻结，表现为较集中的膨胀。C点以后继续降温（CD曲线），但坡度不如AB陡削。这一阶段体积绝对值虽是收缩，但如在C点引一线CD’和AB平行，做为比较基准（即扣除了收缩部分）可以看出：实际发生了进一步膨胀，即冰冻过程。自D点(-25℃)起温度逐步提升（DH曲线），温度每一增长都产生膨胀，直到E点为止。如将AB坡度和曲线比较可知

7、：所产生膨胀低于正常的温度膨胀，说明在此价段发生了冰的逐步融解，导致体积减缩。EF线呈现绝对收缩，说明融解产生的收缩超过了温度膨胀。FG的大量收缩对应集中的冰的融解。G点以上的体积增长单纯来自温度膨胀，GH和AB线平行可说明此点。图中升温（融解）曲线DE和降温（冰冻）的CD不重合说明滞后现象。三、饱和系数概念及其发展饱和系数评述：一般把它用作评定砖、石、混凝土材料抗冻性的一个间接指标。在实验时一般根据下式测定饱和系数S=24h冷水浸泡的吸水率/5h煮沸后的吸水率式中分子代表水分容易达到的空隙,分母代表容易达到和难达到空隙两部分之和,

8、即全部空隙或开口空隙。上述公式在实际应用中很便利，但为了说明冰冻作用，可利用下式对饱和系数进行定义：0≤S≤1式中：wf为全部水分（或可冻水）体积；α为无水自由空间体积；p=wf+α为容器全部空间。因为水在0℃冻结时体积膨胀9.07%