對混凝土的抗凍耐久性的研究—畢業(yè)設(shè)計論文

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計 設(shè)計題目 對混凝土的抗凍耐久性的研究 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 對混凝土的抗凍耐久性的研究摘要本論文針對北方寒冷地區(qū)混凝土凍融破壞問題,扼要綜述了國內(nèi)外混凝土抗凍耐久性技術(shù)的研究動態(tài),敘述了利用礦物摻合料和復(fù)合摻入是改善混凝土抗凍耐久性的有效措施?；炷聊途眯允侵附Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力。現(xiàn)行國家標準混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(gb50010-2002)中，明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計采用極限狀態(tài)設(shè)計方法。但現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范只劃分成兩個極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，而將耐久性能的要求列

2、入正常使用極限狀態(tài)之中。且以構(gòu)造要求為主?；炷恋哪途眯耘c工程的使用壽命相聯(lián)系，是使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的能力，這一正常功能不僅包括結(jié)構(gòu)的安全性，而且更多地體現(xiàn)在適用性上。關(guān)鍵字：混凝土 耐久性 凍融破壞 礦物摻合料 目錄緒論1一、混凝土的耐久性研究21、混凝土的耐久性內(nèi)容21.1混凝土的主要腐蝕性31.1.1混凝土的抗侵入性和抗?jié)B性3二、混凝土凍融破壞的機理4三、影響混凝土抗凍耐久性的因素5四、提高混凝土抗凍耐久性的措施64.1外加劑74.2摻合料74. 2.1 硅粉的摻入 74. 2 .2礦渣的摻入 84. 2.3 粉煤灰的摻入 84. 2.4消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素94. 2.5保

3、證混凝土的強度9五、目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法10六.高強混凝土抗凍融技術(shù)現(xiàn)狀10七、結(jié)語11參考文獻12一、混凝土的耐久性研究1、混凝土的耐久性研究內(nèi)容包括：鋼筋銹蝕、化學(xué)腐蝕、凍融破壞、堿集料破壞?；炷恋目箖鲂宰鳛榛炷聊途眯缘囊粋€重要內(nèi)容，在北方寒冷地區(qū)工程中是急待解決的重要問題之一。與鋼材和木材相比,混凝土或鋼筋混凝土抵抗環(huán)境作用的能力較強,常被認為是耐久的材料,但實際情況并不總是如此.環(huán)境作用下的材料劣化現(xiàn)象主要是鋼筋腐蝕和混凝土腐蝕.埋在混凝土中的鋼筋通常不會銹蝕,這是由于混凝土顯堿性,會在鋼筋表面形酡一層氧化的保護膜防止銹蝕發(fā)展.主要有兩種情況可以破壞鋼筋表面的氧化

4、膜,并在氧氣與水分的參與下使鋼筋發(fā)生持續(xù)的銹蝕:一種情況是大氣中的co2從混凝土表面向里入侵并與混凝土中的堿性物質(zhì)氫氧化鈣起化學(xué)作用生成中性的碳酸鈣,使混凝土強度降低,當碳化發(fā)展到鋼筋表面,破壞了鈍化膜得以形成的條件,鋼筋就會發(fā)生腐蝕;一種情況是周圍環(huán)境中的氯離子從混凝土表面逐漸侵入到混凝土內(nèi)部,當?shù)竭_鋼筋表面處的氯離子濃度積累到一定值(臨界濃度)后也會破壞鈍化膜,氯鹽引起鋼筋混凝土銹蝕發(fā)展速度很快,遠比碳化銹制混凝土?xí)r使用海砂或摻入鹽類外加劑(如冬季施工時使用氯鹽防凍劑)快.【1】1.1混凝土主要腐蝕有凍融破壞和化學(xué)腐蝕。飽水的混凝土在凍融環(huán)境中容易發(fā)生開裂剝落等損壞,主要原因在于混凝土中的

5、毛細孔隙水受凍后膨脹并產(chǎn)生壓力。飽水程度不高的混凝土因孔隙內(nèi)的飽水程度不斷積累.配制混凝土?xí)r加入化學(xué)引劑可在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生大量的封閉微細氣泡,是防止混凝土凍融破壞的最有效手段.冬矢噴灑除冰鹽能促使混凝土飽水,除冰鹽還能使混凝土中的水泥漿體在受凍時產(chǎn)生很高的滲透壓力和水壓力,使混凝土面層起皮剝落。 混凝土的化學(xué)腐蝕主要來自周圍水體和土體中含有硫酸鹽、碳酸等鹽類和酸類化學(xué)物質(zhì)的侵蝕.硫酸三鈣起作用形成硫鋁酸鈣(鈣礬石),這兩種反應(yīng)均造成體積膨脹,使混凝土開裂破壞.當硫酸鹽在混凝土孔隙水中的濃度不斷增加并過度飽和而結(jié)晶時,也會產(chǎn)生非常大的壓力使混凝土開裂.這種情況常發(fā)生在鹽堿地區(qū),當?shù)叵滤?、水中的?/p>

6、酸鹽滲入混凝土內(nèi)部并通過孔隙水的毛細作用上升到地表以上時,在相對干燥的環(huán)境下,孔隙水中的硫酸鹽濃度不斷積累并發(fā)生結(jié)晶。海洋環(huán)境下當混凝土接觸海水并頻繁處于干濕交替的狀態(tài)時,也會出現(xiàn)類似情況.硅酸鹽水泥混凝土的抗酸能力較差,當接觸的水呈酸性(ph值小于6.5)時就會出現(xiàn)問題?；炷吝€會受到自身的化學(xué)腐蝕,其中較為常見的一種是混凝土的堿一骨料反應(yīng).當配制混凝土?xí)r使用了含有活性礦物成分的砂石骨料,后者會與混凝土的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成某種某種膠凝體,遇水后體積膨脹可使混凝土發(fā)生脹裂破壞.以上所說的種種劣化過程,都需要有水的參與或以水作為媒介.為了阻止水分、氧分二氧化碳等氣體和鹽酸等有害物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)

7、部，最根本的措施就是要增加混凝土材料自身的抗侵入性或抗?jié)B性,并增加鋼筋的混凝土保護層厚度,以延緩有害物質(zhì)到達鋼筋位置的時間?！?】傳統(tǒng)的混凝土由水泥、砂、石加水拌和而成,水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),水化后形成的固體水泥漿體由水化硅酸鈣(c-s-h凝膠)、氫氧化鈣和少量的水化鋁硫酸鈣與未水化的水泥顆粒組成,并將砂石膠緒在一起。【水化硅酸鈣占固體漿體的60%以上,強度高,性能也較穩(wěn)定.氫氧化鈣約占25%,強度較低,遇水易析出并易遭外界酸堿的侵蝕,是水化產(chǎn)物中的簿弱環(huán)節(jié),但氫氧化鈣使混凝土呈堿性,有利于混凝土中的鋼筋不受銹蝕.硬化后的水泥漿體中還含有大量的毛細孔隙,大小可從0.01-5微米,其尺寸分布與體

8、積取決于水泥漿體的水灰比與水化程度.毛細孔隙原為拌和水占據(jù)的空間,水泥水化后的體積約可增加一倍,隨著齡期增長,水化不斷完善,毛細孔隙結(jié)構(gòu)得以改善.在水化良好的低水灰比漿體中,毛細孔隙尺寸在0.01-0.1微米的范圍內(nèi),而在高水灰的早期漿體中,毛細孔隙被認為對強度和抗?jié)B性有害.對普通混凝土來說,水泥漿體的強度和抗?jié)B性一般要比砂石差得多,而漿體與石子之間的界面結(jié)構(gòu)更為薄弱.為了增加混凝土的密實性和抗?jié)B性,最主要的手段是要減少拌和水的用量,改善水泥漿體和界面的微結(jié)構(gòu),降低毛細孔隙尺寸.另外,在低用水量的前提下,還應(yīng)在混凝土中加入粉煤灰、磨細礦渣礦渣等礦物摻和料與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)作用(

9、火山灰反應(yīng))后生成的產(chǎn)物可進一步改善混凝土的微結(jié)構(gòu),并消耗部分的不利于混凝土強度和化學(xué)穩(wěn)定性的氫氧化鈣.加入大摻量礦物摻和料還能有效抑制硫酸鹽、酸、堿-骨料反應(yīng)等化學(xué)腐蝕,并能顯著提高混凝土抗氯鹽侵入的能力?！?】 而高性能混凝土具有豐富的技術(shù)內(nèi)容，盡管同業(yè)對高性能混凝土有不同的定義和解釋，但彼此均認為高性能混凝土的基本特征是按耐久性進行設(shè)計，保證拌和物易于澆筑和密實成型，不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫，硬化后有足夠的強度，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)合理而有低滲透性和高抗化學(xué)侵蝕?；谏鲜鎏攸c，高性能混凝土成為我國近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向?！?0】 高性能混凝土的核心是保證耐久性。耐久性對工程

10、量浩大的混凝土工程來說意義非常重要，若耐久性不足，將會產(chǎn)生極嚴重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負擔。據(jù)美國一項調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價值約為6萬億美元，每年所需維修費或重建費約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150-200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國共建有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中32%的水壩年久失修；而對二戰(zhàn)前后興建的混凝土工程，在使用30-50年后進行加固維修所投入的費用，約占建設(shè)總投資的40%-50%以上?；乜粗袊?，我國50年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年。如果平均壽命按30-50年計，那么在今后的10

11、-30年間，為了維修這些建國以來所建的基礎(chǔ)設(shè)施，耗資必將是極其巨大的。而我國目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達2萬億人民幣以上。照此來看，約30-50-年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費用和重建費用將更為巨大。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用?！?1】1.1 混凝土的抗侵入性或抗?jié)B性主要取決于毛細孔隙的孔徑分布和孔隙率等孔結(jié)構(gòu)特征.不同的侵蝕物質(zhì)往往以擴散、滲透、吸收等不同傳輸機理通過混凝土中連通的毛細孔隙侵入到混凝土內(nèi)部.擴散是流體中的自由分子或離子通過無序遠動從高濃度區(qū)到低濃度區(qū)的凈流動,其驅(qū)動力是濃度差;滲透是在壓力差的驅(qū)動下而產(chǎn)生的

12、流體運動;而吸收則是毛細孔隙表面張力引起的液體傳輸。此外,還有一些機理引起侵蝕介質(zhì)在混凝土毛細孔隙內(nèi)的傳輸,如分子力的吸附和電場驅(qū)動下的離子遷移. 【3】二氧化碳、氧氣和水蒸氣等分子主要通過空氣中的擴散機理傳輸,其在混凝土中的擴散過程與混凝土的含水量或濕度有很大關(guān)系.如果混凝土長期濕潤或處于水下,混凝土毛細孔隙內(nèi)飽水,氣體分子就不容易擴散到混凝土內(nèi)部,這種環(huán)境條件下的混凝土很難碳化;相反,如果環(huán)境濕度不高或比較干燥,毛細孔隙內(nèi)的水分少而部分中空,二氧化碳擴散快,碳化速度也快.受雨淋的混凝土與有遮蔽的相比,前者的濕度相對較大,碳化速度較慢。但是混凝土碳化的化學(xué)反應(yīng)需要有一定水分,如環(huán)境條件過于干

13、燥,碳化也不會發(fā)生。另一方面,如果沒有足夠的水分和氧氣供給,鋼筋即使因混凝土碳化而脫鈍,也不會發(fā)生持續(xù)的銹蝕.所以對鋼筋而言,最易發(fā)生銹蝕的環(huán)境條件是干濕交替.強度和耐久性是混凝土的兩大基本特性，也是混凝土科學(xué)的兩個主要的研究體系。隨著混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對能源節(jié)約的認識，其耐久性問題越來越受到重視我國地域遼闊，地跨溫?zé)岫?，海岸線漫長，面臨的條件比較嚴酷，出現(xiàn)問題也比較突出。有些工程處于水位交變區(qū)域（如海港碼頭處于潮汐變化段），使用2070年均因反復(fù)凍融導(dǎo)致破壞，嚴寒地區(qū)不少水工建筑使用不到10年需要大修，華南、華東的海港碼頭處于淺浪區(qū)的梁板底部（高柱碼頭、重力式沉箱碼頭），由于鋼筋銹

14、蝕，發(fā)生順筋開裂剝落相當嚴重普遍。曾經(jīng)調(diào)查18座僅用725年的海港碼頭結(jié)構(gòu)，其中因鋼筋腐蝕而破壞或不耐久的占80%，原為全優(yōu)工程的寧波北倫港10萬噸級礦石中轉(zhuǎn)碼頭已經(jīng)普遍順筋開裂需要大修。我國現(xiàn)有建筑老化現(xiàn)象也相當嚴重，截止20世紀末，據(jù)統(tǒng)計23.4億平方米的工業(yè)與民用建筑進入老齡期，處于提前退役狀態(tài)，其中一個重要原因是20世紀50年代為了加快施工，冬季采用了氯鹽類防凍劑，對鋼筋銹蝕嚴重。因此，混凝土的凍融破壞是我國建筑物老化病害的主要問題之一，嚴重影響了建筑物的長期使用和安全運行，為使這些工程繼續(xù)發(fā)揮作用和效益，各部門每年都耗費巨額的維修費用，而這些維修費用為建設(shè)費用的13 倍。美國投入混凝

15、土基建工程的總造價為16 萬億美元，據(jù)估計今后每年用于混凝土工程維修和重建的費用估計達3000 億美元。二、混凝土凍融破壞的機理混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用稱為凍融破壞。凍融破壞一般發(fā)生在寒冷地區(qū)經(jīng)常與水接觸的混凝土結(jié)構(gòu)工程，如處于水位變化區(qū)域的海工、水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)物，城市配套設(shè)施水廠水池的建筑物，與水接觸的混凝土道路路面以及房屋建筑的墻面、勒腳等混凝土凍融破壞的表現(xiàn)是凍膨開裂和表面剝蝕脫落兩個方面?；炷恋膬鋈谄茐臋C理是一個尚未完全研究清楚的問題，一般認為是水在負溫下結(jié)冰后體積膨脹產(chǎn)生靜水壓力和水分遷移引起的滲透壓力導(dǎo)致了混凝土的凍融破壞。水結(jié)冰時體積膨脹約為9%，如果毛細

16、孔中的含水率達到某一臨界值，水的結(jié)冰膨脹就會產(chǎn)生很大的靜水壓力?；炷撩毧變?nèi)冰的蒸氣壓，這個蒸氣壓差推動未凍水向凍結(jié)區(qū)遷移，由此形成的壓力即為滲透壓力。凍結(jié)區(qū)水結(jié)冰后，使未凍溶液中鹽的濃度增大(環(huán)境中的鹽、水泥水化產(chǎn)生的可溶鹽和外加劑帶入的鹽），與周圍液相中鹽的濃度差別也會產(chǎn)生一個滲透壓力。當靜水壓力超過某一數(shù)值時，就會導(dǎo)致混凝土中微裂縫的擴展，多次凍融使裂縫不斷擴展直至破壞。根據(jù)靜水壓假說，硬化后混凝土的空隙有凝膠孔、毛細孔、空氣泡等。凝膠孔的孔徑很小，一般為（1520）10-10m；毛細孔的孔徑一般為0.0110m之間，而且往往互相連通；空氣泡是在混凝土攪拌與振搗時由大氣中吸入或摻引氣劑

17、產(chǎn)生，一般為封閉球狀?；炷猎谒袝r，毛細孔處于水飽和狀態(tài)，而空氣泡內(nèi)壁雖也吸附水分，但在常壓下很難達到飽和。混凝土孔溶液中由于溶有鉀、鈉、鈣離子等，溶液飽和蒸汽壓比普通水低，水泥漿體中的自由水冰點約為-2-1，孔徑越小，孔內(nèi)水的飽和蒸汽壓越低，冰點也越低，凝膠空內(nèi)的水由于孔徑很小，冰點很低（一般為-80-70），實際上是不可能結(jié)冰的，結(jié)冰的水只能是毛隙孔中的水，而且往往是從表層的粗孔開始逐漸向內(nèi)部細孔發(fā)展。水結(jié)冰體積膨脹9%。首先粗孔中的水結(jié)冰體積膨脹向外頂壓，使未結(jié)冰的水溶液產(chǎn)生靜水滲透壓力，同時水結(jié)冰的膨脹作用也對水泥石固相產(chǎn)生壓力，當固相的膨脹壓力與液相的靜水滲透壓力對混凝土產(chǎn)生的環(huán)向

18、拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度，從而造成混凝土的破壞。如果混凝土拌合是摻入引氣劑，混凝土硬化后生成大量獨立封閉球形氣泡，直徑在25500m,且不易吸水飽和，空氣泡的存在縮短了毛隙孔滲水渠道的距離使受壓迫的孔隙水就近排入其中，減小了靜水滲透壓力，同時對固相的膨脹壓力也起到了卸壓緩解作用，從而使混凝土抗凍性大大提高。三、影響混凝土抗凍耐久性的因素 由上述混凝土凍融破壞機理可知,混凝土抗凍性與空氣泡的間距、降溫速度、抗凍水的含量、材料滲透系數(shù)及結(jié)構(gòu)抵抗破壞能力有關(guān)。其中空氣泡的平均間距是影響混凝土抗凍性的最主要因素，平均氣泡間距越大，則凍融過程毛細孔中靜水壓力和滲透壓力越大，是混凝土凍融破壞作用越大；而平

19、均氣泡間距大小與混凝土中含氣量大小、水泥漿體含量及平均氣泡半徑有關(guān)，水泥漿體含量取決于水灰比和水泥用量，平均氣泡半徑主要取決于引氣劑質(zhì)量及攪拌、振搗施工工藝條件，其中水灰比和含氣量是影響氣泡間距的主要因素?；炷恋乃冶仍酱?，孔隙率越大，混凝土處于水飽和狀態(tài)時的含水量越大，可凍水的含量越多，結(jié)冰速度越快，氣泡結(jié)構(gòu)越差，平均氣泡結(jié)構(gòu)間距增大。可見水灰比是影響混凝土抗凍性的主要因素之一。四、提高混凝土抗凍耐久性的措施4.1 外加劑 在混凝土中摻用引氣劑，是提高抗凍能力最有效的方法。大量微小氣泡的存在，不僅能隔斷混凝土中毛細管通道，還對水分結(jié)冰時所產(chǎn)生的壓力有緩沖作用。氣泡還可使混凝土彈末有所降低，

20、對提高混凝土抗裂性有利。因此，普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程（jgj55-2000)規(guī)定抗凍等級f100及以上的混凝土應(yīng)摻用引氣劑。長期的工程實踐與室內(nèi)研究資料表明:提高混凝土抗凍耐久性的一個十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中摻入一定量的引氣劑。引氣劑是具有增水作用的表面活性物質(zhì)，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面張力和表面能，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的微小穩(wěn)定的封閉氣泡。這些氣泡切斷了部分毛細管通路能使混凝土結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹壓力得到緩解，不使混凝土遭到破壞，起到緩沖減壓的作用。這些氣泡可以阻斷混凝土內(nèi)部毛細管與外界的通路，使外界水份不易浸入，減少了混凝土的滲透性。同時大量的氣泡還能起到潤滑作用，改

21、善混凝土和易性。因此，摻用引氣劑，使混凝土內(nèi)部具有足夠的含氣量，改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，大大提高混凝土的抗凍耐久性。國內(nèi)外的大量研究成果與工程實踐均表明引氣后混凝土的抗凍性可成倍提高。范沈撫研究得出：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性的根本所在?；炷恋目箖瞿途眯噪S孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化而變化，當孔間距系數(shù)小于250m 時，混凝土抗凍耐久性指數(shù)基本能達到60 %以上，即可經(jīng)受300 次快速凍融循環(huán)試驗。這一點與powers 的臨界孔間距概念相符：早在50 年代，鮑爾斯(t. c. powers) 等人首先開展了摻引氣劑硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)的測試分析研究，并提出了滿足混凝土抗凍耐久性要求的孔間距系數(shù)的

22、重要概念：即當孔間距小于臨界孔間距( 250m) 時混凝土是抗凍的。宋擁軍認為，只要引氣量合適，普通混凝土均能獲得較高的抗凍耐久性。引氣混凝土中氣泡平均尺寸及其間距隨水灰比的增大而加大，同時水泥漿中可凍水的百分率也相應(yīng)加大，從而導(dǎo)致混凝土抗凍耐久性的顯著下降，因此，不能忽視對水灰比的限制。朱蓓蓉，吳學(xué)禮，黃土元認為：合理的氣泡結(jié)構(gòu)是混凝土抗凍耐久性得以真正改善的關(guān)鍵，然而，氣泡體系形成、穩(wěn)定與氣泡結(jié)構(gòu)的建立密不可分，因此高度重視氣泡體系穩(wěn)定性的問題就顯得更加重要。他們根據(jù)國外的研究成果和部分實驗結(jié)果得出結(jié)論:影響混凝土中氣泡體系形成與穩(wěn)定性的因素有混凝土各組成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及

23、外界條件，如環(huán)境溫度、攪拌、運輸和澆灌技術(shù)等。針對不同環(huán)境條件、不同工程要求的混凝土，必須進行適應(yīng)性試驗，才能使得硬化混凝土具有設(shè)計所要求的含氣量和合理的氣泡結(jié)構(gòu)，增進了混凝土工程界對引氣劑應(yīng)用技術(shù)的認識。眾多學(xué)者的研究表明：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性及其它性質(zhì)的根本所在。摻引氣劑可以改善混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因此，測試硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是研究混凝土抗凍耐久性能的有效途徑和方法之一。引氣劑 長期的工程實踐與室內(nèi)研究資料表明 :提高混凝土抗凍耐久性的一個十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中摻入一定量的引氣劑。引氣劑是具有增水作用的表面活性物質(zhì)，它可以明顯的降低混凝土拌合水的表面張力和

24、表面能，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的微小穩(wěn)定的封閉氣泡。這些氣泡切斷了部分毛細管通路能使混凝土結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹壓力得到緩解，不使混凝土遭到破壞，起到緩沖減壓的作用。這些氣泡可以阻斷混凝土內(nèi)部毛細管與外界的通路，使外界水份不易浸入，減少了混凝土的滲透性。同時大量的氣泡還能起到潤滑作用，改善混凝土和易性。因此，摻用引氣劑，使混凝土內(nèi)部具有足夠的含氣量，改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，大大提高混凝土的抗凍耐久性。國內(nèi)外的大量研究成果與工程實踐均表明引氣后混凝土的抗凍性可成倍提高 3 4 5 。 美國是最早開始研究引氣劑的國家，自 1934 年在美國堪薩斯州與紐約州道路工程施工中發(fā)現(xiàn)引氣混凝土，至今已有半個多世紀

25、。挪威 6 1974 年首次在大壩中使用引氣劑，經(jīng)過20 年運行后，摻引氣劑的混凝土表面完好無損，而未摻引氣劑的混凝土則已遭受較嚴重的凍融破壞。我國這方面的工作始于50 年代。我國混凝土學(xué)科創(chuàng)始人吳中偉教授，在50年代初期就強調(diào)了混凝土抗凍的重要性，并創(chuàng)先研制了松香熱聚物加氣劑(引氣劑) ， 應(yīng)用 于治淮水利混凝土工程，開創(chuàng)了我國采用引氣劑而提高混凝土抗凍耐久性的先河。范沈撫(1991年) 分析 了摻引氣劑混凝土的抗壓強度和抗凍耐久性，得出與上述同樣結(jié)論 7 ： 摻用引氣劑，使混凝土達到足夠的含氣量要求，可改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并明顯改善混凝土的抗凍耐久性。 國內(nèi)外許多學(xué)者研究了影響混凝土抗

26、耐久性的因素， seibel ，sellebold ，malhotra ， pigen 等人 8 9 10 研究表明：混凝土的含氣量、臨界氣泡間距、水灰比、骨料、臨界飽水度和降溫速度等因素綜合決定了混凝土的抗凍耐久性能。stark and ludwig ( 1993 ) 提出 11 ： 水泥熟料中c 3 a 的含量的增加會提高其混凝土的抗凍耐久性，但會降低混凝土抵抗鹽凍能力。osama a.mohamed(1998) 研究了水泥品種，引氣劑質(zhì)量及引氣的 方法 對混凝土抗凍融耐久性影響，得出 12 ：引氣能顯著提高混凝土的論文聯(lián)盟www.lwlm.com整理抗凍融性，然而，長期處于凍融循環(huán)的混凝

27、土的抗凍能力則取決于天氣的惡劣程度及凍融周期的頻率。關(guān)英俊，范沈撫 13 (1990) 討論了提高水工混凝土抗凍耐久性的技術(shù)措施，提出耐凍混凝土必須正確進行配合比設(shè)計，摻優(yōu)質(zhì)引氣劑，減小水灰比，合理選用原材料，還要嚴格按施工規(guī)范技術(shù)要求施工，加強養(yǎng)護。 范沈撫 14 (1993) 進一步研究得出：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性的根本所在?；炷恋目箖瞿途眯噪S孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化而變化，當孔間距系數(shù)小于250m 時，混凝土抗凍耐久性指數(shù)基本能達到60 %以上，即可經(jīng)受300 次快速凍融循環(huán)試驗。這一點與powers 的臨界孔間距概念相符：早在50 年代，鮑爾斯(t. c. powers) 等人

28、首先開展了摻引氣劑硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)的測試分析研究，并提出了滿足混凝土抗凍耐久性要求的孔間距系數(shù)的重要概念：即當孔間距小于臨界孔間距( 250m) 時混凝土是抗凍的。宋擁軍(1999) 認為 15 ，只要引氣量合適，普通混凝土均能獲得較高的抗凍耐久性。引氣混凝土中氣泡平均尺寸及其間距隨水灰比的增大而加大，同時水泥漿中可凍水的百分率也相應(yīng)加大，從而導(dǎo)致混凝土抗凍耐久性的顯著下降，因此，不能忽視對水灰比的限制。 朱蓓蓉，吳學(xué)禮，黃土元(1999) 認為 16 ：合理的氣泡結(jié)構(gòu)是混凝土抗凍耐久性得以真正改善的關(guān)鍵，然而，氣泡體系形成、穩(wěn)定與氣泡結(jié)構(gòu)的建立密不可分，因此高度重視氣泡體系穩(wěn)定性的問題就顯得

29、更加重要。他們根據(jù)國外的研究成果和部分實驗結(jié)果得出結(jié)論:影響混凝土中氣泡體系形成與穩(wěn)定性的因素有混凝土各組成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及外界條件，如環(huán)境溫度、攪拌、運輸和澆灌技術(shù)等。針對不同環(huán)境條件、不同工程要求的混凝土，必須進行適應(yīng)性試驗，才能使得硬化混凝土具有設(shè)計所要求的含氣量和合理的氣泡結(jié)構(gòu)，增進了混凝土工程界對引氣劑應(yīng)用技術(shù)的認識。 由以上眾多學(xué)者的研究表明：混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響混凝土抗凍耐久性及其它性質(zhì)的根本所在。摻引氣劑可以改善混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因此，測試硬化混凝土孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)是研究混凝土抗凍耐久性能的有效途徑和方法之一。 引氣劑的摻入雖然是提高混凝土抗凍耐久性最有效的手段，

30、但引氣劑的摻入同時會引起混凝土其它性能降低，如強度、耐磨蝕能力等。 減水劑目前 ，減水劑的應(yīng)用也成為混凝土不可缺少的組份，使用減水劑可以大幅度降低混凝土的水灰比 (水膠比) ，提高混凝土的強度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高，從而提高混凝土的抗凍耐久性。遲培云，李金波，揚旭等(2000) 研究了在混凝土中摻入高效減水劑可取得的技術(shù) 經(jīng)濟 效果論文聯(lián)盟www.lwlm.com整理如下 17 ：(1) 保持和易性不變，可減水25 % ，r28 %提高90 % ，抗?jié)B性提高45 倍；(2) 保持和易性不變，節(jié)約水泥25 % ，r28提高26 % ，抗?jié)B性提高2 倍；(3) 保持用水量和水泥用

31、量不變，r28提高27 % ，抗?jié)B性提高3 倍?；钚缘牡V物摻合料改善混凝土抗凍耐久性技術(shù) 研究 動態(tài) 混凝土是各種建筑工程上 應(yīng)用 最廣泛、用量最多的人造建筑材料， 目前 ，我國正處在大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時期，對混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項技術(shù)性能，對于充分利用有限的投資，延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，減論文聯(lián)盟www.lwlm.com整理少 自然 資源的消耗，保護生態(tài)平衡，有著非常巨大的 經(jīng)濟 效益和 社會 效益。 在混凝土的基本組成材料中，水泥的價格最貴，因此，在滿足對混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟。因此，用一些具有活性的摻和料

32、(硅粉、礦渣、粉煤灰) 來替代一部分水泥正在被廣泛的應(yīng)用4.2 摻合料混凝土是各種建筑工程上應(yīng)用最廣泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我國正處在大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)時期，對混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項技術(shù)性能，對于充分利用有限的投資，延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少自然資源的消耗，保護生態(tài)平衡，有著非常巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。在混凝土的基本組成材料中，水泥的價格最貴，因此，在滿足對混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟。因此，用一些具有活性的摻和料(硅粉、礦渣、粉煤灰) 來替代一部分水泥正在被廣泛的應(yīng)用。4. 2.1 硅粉的摻入 近年來

33、，硅粉混凝土也已應(yīng)用于混凝土工程各個領(lǐng)域，其抗凍耐久性問題已引起人們的普遍重視，在丹麥、美國、挪威等國家，硅粉作為混凝土混合材已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但關(guān)于硅粉混凝土的抗凍耐久性，各國學(xué)者結(jié)論各異。 日本的yamato 等人通過試驗得出結(jié)果：非引氣混凝土當水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的摻量如何，皆具有良好的抗凍耐久性。加拿大的malhotra 等人通過試驗得出:引氣硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉摻量15 %以下時都具有較高的抗凍耐久性。我國學(xué)者丁雁飛，孫景進通過實驗探討了硅粉對混凝土抗凍耐久性的影響，得出結(jié)論：非引氣硅粉混凝土的抗凍耐久性與基準混凝土比較，在膠結(jié)材總量相同，

34、塌落度不變的條件下，非引氣硅粉混凝土的抗凍能力高。范沈撫得出：在相同含氣量的情況下，摻15%的硅粉混凝土比不摻硅粉的基準混凝土，氣孔結(jié)構(gòu)有很大的改善。硅粉對抗凍耐久性有顯著的效果，但硅粉的產(chǎn)量有限而且成本較高。4. 2 .2礦渣的摻入磨細礦渣與混凝土內(nèi)水泥水化生成的ca (oh) 2結(jié)合具有潛在的活性，但磨細礦渣對提高混凝土的抗凍融性目前也不少研究。張德思，成秀珍通過試驗得出結(jié)論：隨著礦渣摻量的增加，其混凝土的抗凍融性能愈差，但摻合比例合適時，抗凍性能與普通混凝土相比有較大改善。4. 2.3 粉煤灰的摻入國內(nèi)外粉煤灰應(yīng)用已有幾十年的歷史。最早研究粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的是美國加洲理工學(xué)院的r.

35、e.davis ，1993 年他首次發(fā)表了關(guān)于粉煤灰用于混凝土的研究報告。到本世紀五、六十年代，粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，其活性性能被進一步研究和推廣，不僅僅是為了節(jié)約水泥，更主要是為了改善和提高混凝土的性能。美國加洲大學(xué)mehta 教授指出，應(yīng)用大摻量粉煤灰(或磨細礦渣) ，是今后混凝土技術(shù)進展最有效、也是最經(jīng)濟的途徑。國內(nèi)外有關(guān)資料表明：粉煤灰混凝土的抗凍能力隨粉煤灰摻量的增加而降低，和相同強度等級的普通混凝土相比較，28d 齡期的粉煤混凝土試件抗凍耐久性試驗結(jié)果偏低，隨著粉煤灰混凝土技術(shù)的深入研究和發(fā)展，引氣粉煤灰混凝土的抗凍耐久性研究已越來越多地引起人們的關(guān)注。linhuajiang 等

36、學(xué)者通過研究高摻量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的摻量和水灰比影響了高摻量粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)，并且隨著摻量和水灰比的增加而孔隙率增加，但隨時間的延長，孔隙率會下降。這是因為粉煤灰的摻入改善了混凝土的孔尺寸，但最大摻量不得超過70 %。游有鯤、繆昌文、慕儒等對粉煤灰高性能混凝土抗凍耐久性的研究表明:水膠比在0. 25 - 0. 27 范圍內(nèi)，隨著粉煤灰內(nèi)摻量的提高，不摻引氣劑，混凝土抗凍耐久性隨粉煤灰增加而增加。當摻引氣劑后，混凝土抗凍耐久性有先升后降的趨勢，既存在最佳的粉煤灰摻量為30 %。習(xí)志臻認為:相對于許多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化能力。田倩、孫偉

37、討論了摻入硅灰、超細粉煤灰及兩者的復(fù)合物對抗凍耐久性能的影響以及鋼纖維的阻裂效應(yīng)對混凝土抗凍耐久性能的作用。實驗證明:當超細粉煤灰與硅灰相摻時，提高抗凍耐久性的效果尤為顯著，其凍融循環(huán)300 次以后，動彈性模量與重量基本無變化，而鋼纖維的進一步復(fù)合有利于混凝土抗凍耐久性的改善。由此可見，雙摻或多摻礦物的復(fù)合效應(yīng)對混凝土抗凍耐久性的提高是值得研究的課題。4. 2.4 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素：除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學(xué)因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學(xué)收縮和干縮過大引起的開裂，水化性過熱過高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲

38、生成，以及混凝土的堿骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、s03、c1- 等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量，加強施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生，以提高混凝土的耐久性。4. 2.5 保證混凝土的強度盡管強度與耐久性是不同概念，但又密切相關(guān),它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都與水灰比這個因素直接相關(guān)。在混凝土能充分密實條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強度不斷提高。與此同時，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在現(xiàn)在的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活

39、性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除內(nèi)部破壞因素的條件下，隨著混凝土強度的提高，其抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力也越強。高性能混凝土在配制上的特點是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強度，提高耐久性?！?】 總之混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個涉及環(huán)境、材料、設(shè)計、施工等多種因素的復(fù)雜問題，要解決好這個問題需要進行多方面的工作。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性應(yīng)由正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇以及嚴格的施工質(zhì)

40、量來保證，同時應(yīng)注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣，才能保證和提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，才能保證我國建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展五、目前提高混凝土耐久性基本有以下幾種方法引氣劑的摻入雖然是提高混凝土抗凍耐久性最有效的手段，但引氣劑的摻入同時會引起混凝土其它性能降低，如強度、耐磨蝕能力等。目前，減水劑的應(yīng)用也成為混凝土不可缺少的組份，使用減水劑可以大幅度降低混凝土的水灰比(水膠比) ，提高混凝土的強度和致密性，使混凝土抵抗凍融破壞的能力提高，從而提高混凝土的抗凍耐久性。遲培云，李金波，揚旭等研究了在混凝土中摻入高效減水劑可取得的技術(shù)經(jīng)濟效果如下：(1) 保持和易性不變，可減水25 % ，r28 %提高90 % ，抗?jié)B性提高45 倍；(2) 保持和易性不變，節(jié)約水泥25 % ，r28提高26 % ，抗?jié)B性提高2 倍；(3) 保持用水量和水泥用量不變，r