24混凝土的冻融破坏
2.4混凝土的冻融破坏
混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性（简称抗冻性）即是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和谅融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物、水池拨电站冷却塔以及与水接触部位的道路、建筑物勒脚、阳台等。在我国东北、华北和西北地区的水利大坝，尤其是东北严寒地区的混凝土结构物，几乎100％的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏，如丰满坝、云峰坝、参窝坝等，有的工程在施工过程中或竣工后不久即发现严重的冻害。经调查发现，混凝土冻融破坏不仅在“三北”地区存在，而且在长江以北黄河以南的中部地区，混凝土结构物的冻融破坏现象也广泛存在。由此可
见，混凝土的抗冻性是混凝土耐久性中最重要的问题之一。
混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性。一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可看到裂缝和剥落。而当使用除冰盐时，混凝土表面出现鳞片状剥落。一般认为，混凝土的冻融和盐冻破坏是一个物理作用的过程。
国内外学者对混凝土的抗冻性能做了大量理论与试验工作，早在1945年，Powers提出了混凝土焦融破坏的静水压假说，后又提出了渗透压假说，Fagerlund提出了“临界水饱和度法”。Powers还提出了混凝土抗冻性研究中的重要参数——平均气泡间隔系数的计算方法。我国北京水利水电科学院浦京水利水电科学研究院、原上海建材学院等单位也对水工结构的抗冻性及公路混凝土的抗盐冻性能等开展了卓有成效的研究，对保证重大工程的抗冻耐久性起到了积极的作用。
2.4.1混凝土冻融破坏的机理
1945年，Powers提出了混凝土冻融破坏的静水压假说，此后又
与Helmuth一起提出了渗透压假说。这两个假说合在一起，较为成功地
解释了混凝土冻融破坏的机理，奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。
l）静水压假说
（1）Powers静水压假说
硬化混凝土中的孔隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大，凝胶孔的孔径为 15～100 A；毛细孔孔径一般在 0.01～10um之间，而且往往互相连通；空气泡是混凝土搅拌与振捣时自然吸入或掺加引气剂人为引入的，且一般呈封闭的球状，混凝土在水中时，毛细孔处于饱和状态，而空气泡内壁虽也吸附水分，但在常压下很难达到饱和。
混凝土孔溶液中溶有钾、钠、钙离子等，溶液的饱和蒸气压比普通水低，在不掺盐类的水泥浆体中的自由水的冰点约为－1~－1.5oC。由于孔隙表面张力的作用，不同孔径的孔内水的饱和蒸气压和冰点不同，孔径越小，孔内水的饱和蒸气压越小，冰点越低。当环境温度降低到－1～－1.9 oC时，混凝土孔隙中的水由大孔开始结冰，逐渐扩展到较细的孔。一般认为温度在－12oC时，毛细孔都能结冰，而凝胶孔中的水分子物理吸附于水化水泥浆固体表面，估计在－78 oC以上不会结冰。因此，凝胶孔水实际上是不可能结冰的，对混凝土抗冻性有害的孔隙只是毛细孔。
众所周知，水转变为冰时体积膨胀9％，迫使本结冰的孔溶液从结冰区向外迁移，因而产生静水压力。显然，静水压力随孔隙水流程长度增加而增加，因此，存在一个极限流程长度，如果孔隙水的流程长度大于这极限长度，则静水压力将超过混凝土的抗拉强度，从而造成破坏。混凝土拌和时掺入引气剂后，硬化后混凝土浆体内分布有不与毛细孔连通的、相互独立且封闭的空气泡，空气泡直径达25～500 um，且不易吸水饱和。空气泡的存在使受压迫的孔隙水可就近排入其中，提供了孔隙水的“卸压空间”，缩短了孔隙水的流程长度，减少了静水压力，从而使混凝土的抗冻性大大提高，这就是引气混凝土抗冻性远好于普通混凝土的原因。
（2）静水压假说的数学物理模型
Fagerlund进一步用模型描述了Powers静水压假说，其假定的静水压物理模型如图2－40所示。设两个空气泡之间的距离为d，两空气泡之间的毛细孔吸水饱和并部分结冰。空气泡之间的某点A离一侧空气泡的距离为x，由结冰生成的水压力为p，则由达西定律，水的流量与水压力梯度成正比
由式（2－73）可见，结冰产生的最大静水压力与材料的渗透系数k成反比，与空气泡间距d的平方成正比，与降温速度dtd上及毛细孔水含量（与水灰比、水化程度有关）成正比，空气泡间距是影响混凝土抗冻性的重要参数。
2）渗透压假说
静水压假说成功地解释了混凝土焦融过程中的很多现象，如引气剂的作用、结冰速度对抗冻性的影响等，但却不能解释另外一些重要现象，如混凝土不仅会被水的冻结所破坏，还会被一些冻结过程中体积并不膨胀的有机液体如本、三氯甲烷的冻结所破坏；非引气浆体当温度保持不变时出现连续的膨胀，引气浆体在冻结过程中的收缩等。基于此，Powers和Helmuth提出了渗透压假说。
渗透压假说认为，由于混凝土孔溶液含有Na+、K+、Ca2+等盐类，大孔中的部分溶液先结冰后，末冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中的溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸气压低于同温下水的饱和蒸气压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸气压差共同形成的。
根据物理化学原理，水和冰（液和固）两相间的渗透压可按式（2－74）
计算:
实际的渗透压要比式（2－74）计算的复杂得多，因为前已述及，渗透压不仅是冰水饱和蒸气压差形成的，孔溶液的盐浓度差也形成渗透压；毛细孔的弧形界面张力抵消一部分渗透压；毛细孔水就近迁入本吸水饱和的空气泡，失水的毛细孔壁受到的压力也会抵消一部分渗透压，这种毛细孔压力不仅不使水泥石膨胀，还使其产生收缩。这就是当混凝土的水饱和度小于某个临界时，冻结反而引起混凝土收缩的原因。
静水压和渗透压目前既不能由试验测定，也很难用物理化学公式准确计算。对静水压和渗透压何者是冻融破坏的主要因素，很多学者有不同的见解。Powers本人后来偏向渗透压假说，而 Fagerlund、Pigeon等人的研究结果却从不同侧面支持了静水压假说。我国学者唐明述对渗透压假说提出了质疑，李天援则从理论计算和试验现象说明静水压是混凝土冻害的主要因素。一般认为：水灰比大、强度较低以及龄期较短、水化程度较小的混凝土，静水压力破坏是主要的；而对水灰比较小、强度较高及含盐量大的环境下冻结的混凝土，渗透压可能起主要作用
3）混凝土抗冻性研究中的两个重要参数
（1）平均气泡间距
由冻融破坏机理可知，平均气泡间距是混凝土抗冻性的一个重要定量指标，Powers将气泡间距d的一半定义为气泡间隔系数L，当混凝土的平均气泡间隔系数L小于某个临界值时，毛细孔的静水压或渗透压不会超过混凝土的抗拉强度，其抗冻性较好，否则其抗冻性较差。Powers用冻融循环法测抗冻性，在显微镜下测空气泡含量及比表面积，以此计算出平均气泡间隔系数，抗冻性显著变差时的平均气泡间隔系数定义为极限平均气泡间隔系数。美国混凝土学会根据
Powers的建议，将极限平均气泡间隔系数定为250um。当然，这个极限值取得是否合理，以及各种水泥的混凝上是否均可采用同一个极限值等，一些学者提出了异议，但平均气泡间隔系数作为混凝土抗冻性的重要参数，得到了公认。
假设混凝土中的空气泡都是等直径的球体，且在水泥浆体有规则地
几何排列，则可根据混凝土中水泥浆体的体积百分数、空气泡的体积百分
含量以及空气泡的平均半径计算平均气泡间隔系数
由式（2－75）可见，气泡平均半径越大，水泥浆含量越大，含气量越小，则平均气泡间隔系数越大，对混凝土抗冻越不利。
水泥浆体的体积百分含量可由混凝土配合比中的水泥用量和水灰比计算得到。硬化混凝土中的含气量和气泡平均半径可用混凝土气孔分析显微镜，采用直线导线法按SD105－82《水工混凝土试验规程》测试计算得到。
（2）临界水饱和度
1975年，Fagerlund提出了关于混凝土抗冻性的临界水馆和度理论。混凝土与水接触时，毛细孔先吸水馆和，然后小气泡中吸水，大气泡的孔壁也吸附水，随空气泡吸水的增加，平均气泡间隔系数L逐渐增大。当L增加到某个极限值时，冻结将引起材料破坏。因此从理论上讲，混凝土的水饱和度S必然存在一个与极限平均气泡间隔系数相对应的临界值。当混凝土的水饱和度小于这个临界值时，混凝土不会发生冻害，超过临界值时将迅速破坏，这一临界值称为混凝土的临界水饱和度Scr。
临界水饱和度Scr可由如下试验测定：先使试件真空吸水饱和，再烘干至各种不同的水饱和度S，用塑料袋密封保持这种水饱和度在冻融试验中不变，根据混凝土经受6次冻融循环后的相对动弹模量E6/E0的变化确定临界水饱和度，图2－41为典型的S－E6/E0曲线，拐点对应的水饱和度即为临界水饱和度Scr。
Fagerlund曾做过这样一个试验：测定各种不同水饱和度的混凝土
在降温时的体积变形，当S 积并不膨胀反而收缩；当 S－Sr时，冻结引起的变形为0；只有当S＞Scr 时，冻结引起膨胀。 2.4.2影响混凝土抗冻性的因素 由混凝土冻融破坏的机理可知，混凝土的抗冻性与空气泡间距、降温速度、可冻水的含量、材料的渗透系数以及抵抗破坏的能力等因素有关。主要影响因素是平均气泡间距，水灰比、骨料、水泥品种、掺合料。水泥用量等均有一定影响。下面讨论各种因素对混凝土抗冻性的影响。 1）平均气泡间距 由冻融破坏的机理可知，平均气泡间距是影响混凝土抗冻性最主要的因素，平均气泡间距越大，则冻融过程中毛细孔中的静水压和渗透压越大，混凝土的抗冻性越低。以耐久性指数DF（在后面说明其定义，DF越大则抗冻性越好）表示混凝土的抗冻性，许丽萍等人收集不同试验数据分析得到的耐久性指数与平均气泡间隔系数的关系如图2－42所示。 很多学者对临界平均气泡间隔
混凝土的冻融性能及抗冻性设计
混凝土的冻融性能及抗冻性设计
混凝土是一种常用的建筑材料，具有优良的耐久性和承载能力。然而，在寒冷地区，混凝土结构容易受到冻融循环的影响，导致开裂和损坏。因此，混凝土的冻融性能及抗冻性设计成为了十分重要的研究领域。本文将探讨混凝土的冻融性能、冻融损伤机理以及抗冻性设计方法。
一、混凝土的冻融性能
混凝土的冻融性能是指混凝土在冻融循环环境下的表现和性质。主要包括以下几个方面：
1. 抗冻性：混凝土的抗冻性指混凝土在冻结过程中能够抵抗冰的压力和扩张力，以及冻融循环带来的损伤。
2. 热稳定性：混凝土的热稳定性是指混凝土在冻融循环环境下的热胀冷缩性能。热胀冷缩是指由于温度变化引起的材料体积的变化。
3. 压力抗冻性：混凝土在冻融循环环境下能够承受住冰的压力而不发生破坏。
4. 相变性：混凝土在冻结和解冻过程中发生状态变化，包括水-冰相变、冰的形态变化等。
二、混凝土的冻融损伤机理
混凝土在冻融循环环境中容易发生开裂和损伤。主要的冻融损伤机理包括以下几个方面： 1. 冰的体积膨胀：在低温下，水分会凝结成冰，冰的体积比水大，会导致混凝土结构的体积膨胀，从而引发开裂和破坏。
2. 冰的形态变化：冻结和解冻过程中，冰的形态会发生变化，从而形成内部应力，导致混凝土结构的开裂和损伤。
3. 相变效应：混凝土中的水在冻结和解冻过程中发生相变，这个过程中会释放或吸收大量的热量，从而引发温度变化和应力变化。
4. 冰-混凝土界面效应：冻结和解冻过程中，冰和混凝土之间的界面会发生相互作用，引发剪切应力，从而导致混凝土结构的损伤。
三、混凝土的抗冻性设计
为了提高混凝土的抗冻性，需要进行相应的抗冻性设计。以下是几种常见的抗冻性设计方法：
1. 使用适当的水胶比：水胶比是指混凝土中水和水泥的比例。适当降低水胶比可以减少混凝土中的孔隙结构，从而减少冻融循环引起的损伤。
2. 掺加冻融剂：冻融剂是指添加到混凝土中的化学物质，可以改善混凝土的抗冻性能。冻融剂可以减少混凝土中水的结冰点，从而减少冻融循环引起的损伤。
混凝土抗冻融原理及措施
混凝土抗冻融原理及措施
混凝土抗冻融原理及措施
一、混凝土抗冻融原理
混凝土是一种石材类材料，其主要成分是水泥、砂、石头和水。在混凝土使用过程中，由于环境原因，如气温变化、湿度、降雪等，混凝土会遭受冻融循环的影响，导致其表面出现裂缝、起砂、掉皮等现象。为了保证混凝土的性能和使用寿命，需要采取相应的措施来提高混凝土的抗冻融性能。
混凝土抗冻融的原理主要有以下三个方面：
1. 混凝土的物理性能
混凝土的物理性能是影响其抗冻融性能的重要因素之一。混凝土的强度、密度和渗透性等物理性能越好，其抗冻融性能就越强。混凝土的强度和密度可以通过控制混凝土的配合比和施工工艺来保证。而渗透性则需要通过合理的养护和防水措施来保证。
2. 混凝土的化学性能
混凝土的化学性能主要是指其水化产物的稳定性。在混凝土中，水泥与水反应生成硅酸盐胶体和水化石膏，这些产物可以填充混凝土中的微孔和毛细孔，提高混凝土的密实度和强度。在冻融循环的过程中，这些产物会受到冻融循环的影响而破坏，导致混凝土表面出现裂缝、起砂等现象。因此，保证混凝土水化产物的稳定性是提高混凝土抗冻融性能的关键。
3. 混凝土的结构性能
混凝土的结构性能主要是指其孔隙结构和内部应力分布。混凝土中的孔隙结构包括毛细孔、粗孔和空隙，这些孔隙会影响混凝土的强度和密度。在冻融循环的过程中，这些孔隙会受到冻融循环的影响而扩大，导致混凝土表面出现裂缝、起砂等现象。因此，控制混凝土中的孔隙结构是提高混凝土抗冻融性能的关键。
二、混凝土抗冻融措施
为了提高混凝土的抗冻融性能，需要采取以下措施：
1. 改善混凝土的物理性能
（1）控制混凝土的配合比：合理的配合比可以保证混凝土的强度和密度，并减少混凝土中的孔隙结构。
（2）改善混凝土的施工工艺：控制混凝土的振捣时间、振捣强度和振捣方式等施工工艺，可以提高混凝土的密度和强度。
（3）加强混凝土的养护：合理的养护可以保证混凝土的渗透性和强度，从而提高混凝土的抗冻融性能。
冻融实验方案
冻融实验方案
一、冻融破坏机理
混凝土的冻融循环会使得混凝土内部产生冻胀从而导致混凝土开裂,而开裂的裂缝在冰溶解之后会渗透更多的水，在下一次水结冰之后会产生比上次一更大的膨胀，以此循环最终导致混凝土破坏。
三、试验内容
(1)、按照要求制作直径69mm,高154mm的圆柱体混凝土试块，并养护。
(2)、养护完成之后，取出放在温度为15-20度的水中。浸泡时水面至少高出试件顶部20mm,4天之后进行冻融实验。
(3)、在试件中心预留或者钻出之间为12毫米，深度为150的孔，插入温度传感器，用来测量中心温度。
(4)、箱内防冻液的高度要高出试件盒内水溶液的高度，且试件之间要保持20mm的空隙，以保证防冻液能在冻融箱内顺畅流动
(5)、试件箱内如果没有有空余的试件位，需要用其他试件填充，以保证盒内温度均衡稳定。
冻融循环过程要符合以下要求
(1)、每次冻融在2-4小时之内完成，其中用于融化的时间不得少于整个冻融的1/4
(2)、在冻结和融化终了时，试件中心温度分别控制在-19〜-15度和6-10度
(3)、每块试块从6度降低到-15度的试件不得少于真个冻结时间的1/2,每个试块从-15
度升到6度的试件也不得少于整个融化试件的1/2,试件内外温差不得超过28度
(4)、冻和融之间转换时间不宜超过10分钟
图2.7快速冻融箱装置术意图
冻融达到以下三种情况即可停止试验：
1、已达300次
2、相对弹性模量下降到60%以下
3、质量损失达5%
混凝土中冻融循环对性能的影响研究
混凝土中冻融循环对性能的影响研究
一、研究背景
随着我国建筑工程的不断发展，混凝土已经成为建筑材料中的重要组成部分。然而，混凝土在使用中经常遇到冬季低温和春季高温的冻融循环问题，这会给混凝土的性能和使用寿命带来很大的影响。因此，对混凝土中冻融循环对性能的影响进行研究具有重要的理论和实际意义。
二、冻融循环的原理
当混凝土遇到低温时，其中的水分会结冰膨胀，从而使混凝土中的孔隙变大，压力增大。当混凝土遇到高温时，结冰的水分会融化，孔隙缩小，压力减小。这种交替的膨胀和收缩会导致混凝土的内部结构发生变化，从而影响其性能。
三、冻融循环对混凝土性能的影响
1.力学性能
冻融循环会使混凝土的强度、韧性和抗裂性能下降。其中，强度的下降是由于混凝土中的孔隙增大，从而导致混凝土中的应力集中。韧性和抗裂性能的下降是由于混凝土中的微裂缝扩大，从而导致混凝土的破坏。
2.耐久性
冻融循环会使混凝土的耐久性下降。其中，碳化和腐蚀是常见的耐久性问题。冻融循环会使混凝土表面的碳化层破坏，从而导致混凝土的碳化速度加快。同时，冻融循环会使混凝土中的氧化物和离子穿过混凝土的孔隙，从而导致混凝土的腐蚀。
3.微观结构
冻融循环会使混凝土的微观结构发生变化。其中，冻融循环会使混凝土中的孔隙增多和扩大，从而使混凝土的密度和强度下降。同时，冻融循环会使混凝土中的微观裂缝扩大，从而导致混凝土的韧性和抗裂性能下降。
四、影响因素
1.混凝土配合比
混凝土配合比是影响混凝土冻融循环性能的重要因素。适当的配合比可以使混凝土中的孔隙最小化，从而提高混凝土的耐久性和强度。
2.混凝土强度等级
混凝土强度等级是影响混凝土冻融循环性能的重要因素。高强度混凝土的冻融循环性能通常比低强度混凝土好。
3.砂率
砂率是影响混凝土冻融循环性能的重要因素。砂率过高或过低都会影响混凝土的孔隙率和密度，从而影响混凝土的冻融循环性能。
4.骨料种类和粒径
骨料种类和粒径是影响混凝土冻融循环性能的重要因素。适当的骨料种类和粒径可以使混凝土中的孔隙最小化，从而提高混凝土的冻融循环性能。
混凝土的冻融性能及其影响因素
混凝土的冻融性能及其影响因素
一、引言
混凝土作为建筑工程中常用的一种材料，其在使用过程中必须考虑到其在不同环境下的性能表现。其中，混凝土的冻融性能是影响其使用寿命和安全性的重要因素之一。本文将深入探讨混凝土的冻融性能及其影响因素，以期为混凝土的设计、施工和维修提供参考依据。
二、混凝土的冻融性能
混凝土的冻融性能是指混凝土在低温和冰雪作用下的抗压强度、抗拉强度和耐久性等性能表现。混凝土的冻融性能与其组成材料、配合比、加工工艺、养护措施等因素密切相关。
1. 抗压强度
混凝土的抗压强度是指在规定条件下，混凝土抵抗压缩作用的能力。在冻融循环作用下，混凝土的抗压强度受到温度变化和冰的体积膨胀的共同影响。当温度低于零度时，混凝土内部的水分会结冰并膨胀，导致混凝土内部的应力超过强度极限，从而破坏混凝土的结构，使其抗压强度下降。
2. 抗拉强度
混凝土的抗拉强度是指在规定条件下，混凝土抵抗拉伸作用的能力。在冻融循环作用下，混凝土的抗拉强度也会受到温度变化和冰的体积膨胀的影响。当温度低于零度时，混凝土内部的水分会结冰并膨胀，导致混凝土内部的应力超过强度极限，从而破坏混凝土的结构，使其抗拉强度下降。
3. 耐久性
混凝土的耐久性是指混凝土在不同环境条件下抵抗各种侵蚀和损伤的能力。在冻融循环作用下，混凝土的耐久性往往会降低。由于冻融循环作用会导致混凝土内部的应力变化，从而导致混凝土的龟裂和剥落，使其耐久性下降。
三、影响混凝土冻融性能的因素
混凝土的冻融性能受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：
1. 水灰比
水灰比是指混凝土中水的用量与水泥用量的比值。水灰比的大小直接影响混凝土的强度和抗冻性能。水灰比过大会导致混凝土中过多的水分，容易引起龟裂和剥落；水灰比过小则会降低混凝土的流动性和易性，影响混凝土的强度和抗冻性能。
2. 骨料种类和粒径
骨料种类和粒径对混凝土的强度和抗冻性能有着重要的影响。通常情况下，粗骨料的强度和抗冻性能比细骨料更好。同时，骨料种类的选择也应考虑到其抗冻性能，如石英砂、玄武岩等具有较好的抗冻性能。
混泥土破坏的原理
混泥土破坏的原理
混凝土破坏的原理有以下几个方面：
1. 压力破坏：当混凝土承受超过其承载能力的压力时，会发生破坏。这种破坏可以是局部的或是整体的。
2. 拉力破坏：当混凝土承受拉力时，会出现裂缝，超过其承受能力时则发生拉伸破坏。
3. 剪切破坏：当混凝土承受剪切力时，会出现弯曲变形，当弯曲变形达到其极限时即可发生剪切破坏。
4. 内部缺陷破坏：混凝土中可能存在隐蔽的空隙、夹杂、裂纹等内部缺陷，当外部环境变化或力作用加剧时，内部缺陷可能会扩大导致混凝土破坏。
5. 冻融破坏：混凝土中的水分会因为温度变化而膨胀或收缩，如果水分在混凝土中积聚比较多，就会形成冰芯从而导致混凝土破坏。
6. 化学侵蚀破坏：混凝土中的化学成分会被侵蚀，导致混凝土强度降低。
以上这些因素都可能导致混凝土破坏。
混凝土耐冻融性试验标准
混凝土耐冻融性试验标准
一、前言
混凝土作为一种广泛使用的建筑材料，其性能的稳定性和可靠性对于工程的持久性和安全性至关重要。其中，混凝土的耐冻融性是影响其性能的一个重要指标。因此，建立混凝土耐冻融性试验标准是必要的。
本文将介绍混凝土耐冻融性试验的标准，包括试验原理、试验方法、试验设备和试验结果的判定标准等方面，以期为相关工程提供参考。
二、试验原理
混凝土中的水分在低温环境下会结晶成冰，冰的体积会扩大，从而导致混凝土的体积膨胀，进而导致混凝土的开裂和破坏。因此，混凝土的耐冻融性试验是通过模拟低温环境下混凝土的结冰和融化过程，来评估混凝土在冻融循环中的性能表现的。
三、试验方法
1.试验前准备
（1）混凝土试件的制备
试验所用的混凝土试件应符合GB/T 50082-2009《混凝土试件制备规范》的要求。试件的尺寸为150mm×150mm×150mm，应在试制后28天以上的时间内进行试验。
（2）试验室环境
试验室温度应控制在-18℃至+2℃之间，相对湿度应控制在95%以上。
2.试验步骤
（1）试件的称重
将试件在试验前先进行称重，记录其质量。
（2）试件的浸水
将试件放入水中，浸泡24小时以上，以充分吸收水分。
（3）试件的冷冻
将试件放入低温环境中，冷冻24小时以上。
（4）试件的融化
将试件取出，放置在室温环境中进行融化，融化时间应控制在3小时以内。
（5）试件的干燥
将试件在室温下晾干，直至其重量不再发生变化。
（6）试件的称重
将试件再次进行称重，记录其质量。
3.试验数据的处理
根据试件的质量变化情况，计算出试件的干燥收缩率和吸水率，进而评估混凝土的耐冻融性能。
四、试验设备
1.低温环境设备
低温环境设备应能够控制试验室温度在-18℃至+2℃之间，相对湿度在95%以上。
2.称重设备
称重设备应具有高精度和稳定性，以确保试件质量的准确测量。
3.试件存储设备
试件存储设备应能够在试验前将试件充分吸收水分，并在试验过程中对试件进行冷冻和融化操作。
混凝土盐冻破坏的原因
混凝土盐冻破坏的原因
一、引言
混凝土作为现代工程结构的主要建筑材料，其耐久性对工程的安全性和使用寿命具有重要影响。然而，在实际使用过程中，混凝土常常受到各种因素的侵蚀，其中盐冻破坏是较为常见的一种。盐冻破坏是指混凝土在受到盐类侵蚀和反复冻融的作用下，发生性能降低甚至破坏的现象。本文将对混凝土盐冻破坏的机理、影响因素进行深入探讨，以期为提高混凝土耐久性提供理论支持。
二、混凝土盐冻破坏的机理
盐冻破坏的机理主要涉及两个方面：盐类侵蚀和冻融循环。
1. 盐类侵蚀
盐类物质（如NaCl、CaCl2等）能够通过混凝土的孔隙或外界环境渗入混凝土内部。这些盐类物质与混凝土中的水化产物发生化学反应，生成相应的盐结晶体。这些结晶体往往会膨胀，产生内部应力，导致混凝土结构破坏。此外，盐类侵蚀还会降低混凝土的pH值，加速钢筋的腐蚀。
2. 冻融循环
当混凝土处于反复冻融的环境中，其内部的孔隙水会在温度变化下产生结晶和溶解。当孔隙水结冰时，体积膨胀，产生膨胀压力；当孔隙水融化时，体积缩小，产生渗透压力。这两种压力的反复作用会使得混凝土内部产生微裂缝，降低其承载能力和耐久性。
三、影响混凝土盐冻破坏的因素
影响混凝土盐冻破坏的因素主要包括内部因素和外部因素。
1. 内部因素 内部因素主要包括混凝土的原材料、配合比、微观结构和制备工艺等。
①原材料与配合比
原材料的选取对混凝土的抗盐冻性能至关重要。例如，骨料的质量、水泥的品种和等级、外加剂的类型和用量等都会影响混凝土的性能。配合比的设计需要权衡强度、耐久性和工作性等要求，合理调整水灰比、砂率等参数，以获得最佳的抗盐冻性能。
②微观结构与制备工艺
混凝土的微观结构对其抗盐冻性能具有重要影响。合理选择制备工艺，控制混凝土内部的孔隙率、孔径分布和界面状态，能够有效提高其抗盐冻性能。例如，采用高效减水剂、优化搅拌工艺、加强振捣等措施，可以降低混凝土内部的孔隙率，提高其密实度，从而提高其抗盐冻性能。
浅谈砼冻融性破坏机理和抗冻措施
建筑工程 Ｉ■ Ｃｈｉｎａ ＳＣｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 浅谈砼冻融性破坏机理和抗冻措施 ｌ佟辉２王晓玲 ｌ哈尔滨铁道职业技术学院黑龙江哈尔滨１５００８６ ２营口技师学院辽宁营口ｌ１５００３ ［摘要］混凝土在饱水状态下冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏。水在混凝土毛细 Ｌ中结冰造成冻胀开裂使混凝土弹性模量、抗压强度、抗拉强度等 力学性能严重下降，危害结构物的安全。一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可以看到裂缝和剥落 本文从混凝土的相关变化以及冻融破坏产生的原因出发，分析 了影响混凝土抗冻性能的种种因素，以及改善混凝土抗冻性的措施。 ［关键词］破坏机理冻融性抗冻性抗冻措施混凝土 中图分类号：Ｔｕ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９～９１４Ｘ（２０１４）０２—０１２８—０ｌ 混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土 的抗冻耐久性（简称抗冻性）即是指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混 凝土处于饱水状态和谅融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件， 因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构物， 如水位变化区的海工、水工混凝土结构物、水池拨电站冷却塔以及与水接触部 位的道路、建筑物勒脚、阳台等。在我国东北、华北和西北地区的水利大坝，尤 其是东北严寒地区的混凝土结构物，几乎１００％的工程局部或大面积地遭受不 同程度的冻融破坏 混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面 剥蚀两个方面。 水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强 度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性。一般混凝土的冻融破 坏，在其表面都可看到裂缝和剥落。一般认为，混凝土的冻融和盐冻破坏是一个 物理作用的过程。混凝土的冻害会对建筑物造成巨大的危害，所以防治混凝土 受冻害损伤在在冬季施工中是非常重要的。 一、混凝±的抗冻性 混凝土的抗冻性：是指混凝土含水时抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。 混凝土的抗冻性用抗冻等级（Ｆ）表示。抗冻等级Ｆ５０以上的混凝土简称为抗冻 混凝土。抗冻等级是￣Ａ２８ｄ龄期的试件，按标准试验方法（慢冷法）进行反复冻融 循环试验时，以同时满足强度损失率不超过２５％，重量损失率不超过５％所能承 受的最大冻融循环次数来表示。根据混凝土所能承受的最大冻融循环次数，混 凝土的抗冻等级划分为Ｆ１０，ＦＩ５，Ｆ２５，Ｆ５０，Ｆ１００，Ｆ１５０，Ｆ２００，Ｆ２５０，Ｆ３００－￣９个 等级，当采用快冻法进行试验时，可参照慢冻法进行等级划分。 ＝ 混凝土的冻融破坏 冻融循环冷库温度在Ｏ℃以上的时间较长，使结构体表面的冰霜融化成水 滴，水分将沿着结构表面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透。当库温降低为 ０℃以下时，其中的水分结成冰，产生膨胀，膨胀应力较大时，结构出现裂缝。结 构件表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现，称为冻融循环。它的反复 出现，造成建筑构造的严重破坏。混凝土的冻融破坏原因是混凝土中水结冰后 发生体积膨胀，当膨胀力超过其抗拉强度时，便使混凝土产生微细裂缝，反复冻 融裂缝不断扩展，导致混凝土强度降低直至破坏。 三、混凝±防渗冻鲁的原因分析 混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的，这些材料具有一定的吸水性，又 长期处在水的环境中。这些水分在负温条件下，体积会发生膨胀，经过多个冻 胀，融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土的冻融破坏。混凝土，属于刚 性材料，具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，适应拉伸变形或不均匀变形的 能力较差。在冻胀力或热应力的作用下，容易破坏，其破坏形式归纳如下： ①鼓胀及裂缝。在冬季，｝昆凝土板与渠床基土冻结成一个整体，承受着冻结 力、冻胀力，以及混凝土板本身收缩产生的拉应力等，当这些应力值大于混凝土 板在低温下的极限应力时，板体就发生破坏。 ⑦架空隆起。在地下水位较高的渠段，渠床基土距地下水近，冻胀量大，而 渠顶冻胀小，造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。这种现象，一般出现在坡脚 或水面以上０．５米坡长处和渠底中部。 ④滑塌。渠道衬砌的冻融滑塌有两种形式：其一由于冻胀引起｝昆凝土板隆 起架空，使得坡脚支承受到破坏，混凝土板垫层失去稳定平衡，因而基土融化 时，上部混壤土板块顺坡向下滑移、错位、互相穿插、迭叠。其二渠坡基土融化 期的大面积滑坡，使渠坡滑塌，导致坡脚混凝土板被推开，上部混凝土板塌落 下滑。 １２８ ｌ科技博览 四．混凝土渠道防渗防治冻謇的措施 混凝土渠道防渗是否产生冻胀破坏，其破坏程度如何，取决于基土冻结时 水分迁移和冻胀作用。而这些作用又和当时当地的土质、土的含水量、负温度及 工程结构等因素有关。若采取措施消除或改善其中一个因素，就有可能防止混 凝土的冻胀破坏 但是，混凝土渠道防渗多处于粘质土壤上，渠水易于补给基 土，｝昆凝土板体重量轻，抗冻胀能力弱，某些渠段无法避免自然和人为的不利条 件，易于遭受冻害。实际上，采取单一措施达到不冻胀的目的，是难以做到的。实 践证明，防治混凝土渠道的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程具体条件采 取综合措施 现将实践中一些较为有效的冻害防治方法介绍如下。 １避免冻胀避免冻胀是柱混凝土渠道防渗工程的规划设计中，注意避开 出现较大冻胀量的自然条件。或者在冻胀性土区，注意避开冻胀对渠道混凝土 的作用。 ①尽可能避开粘质土壤、松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段，选择透 水性较强的不易产生冻胀的地段，或地下水位埋藏较深的地段。将混凝土渠 底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。 ⑦尽可能采用填方渠道。 ③选择渠线在地形较高的脊梁地带 ④有渗水和地面回归水入渠的渠段，尽量有排水设施。 ２削减冻胀渠床基土在冻胀消融的反复作用下，产生冻胀累积或变形情 况时，可采用适宜的削减冻胀的措施，将基土的最大冻胀量削减到混凝土结构 允许变位范围内。 ①换填法。在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀陛材料如戈壁 石、风积砂的一种方法。戈壁石、风积砂垫层本身不会产生冻胀，而且能排除渗水和 阻止下层水分向表层冻结区迁移。所以换填垫层能有效地减少冻胀，防止冻害现象 的发生。换填的戈壁石、风积砂垫层，粘土杂质含量一般不宜于大于 ，特别是换 填层有饱水条件冻结时，必须保证冻结期换填层有排水出路。若混凝土板缝渗漏水 或傍渗水的含泥量足以能污染换填层时，应在换填层外围设置一层士工薄保护。 ②隔热保温。将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，减轻或消除寒 冷，并可减少换填垫层深度，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻 深和冻胀。随着化学工业的发展，苯板等新型保温材料的开发．目前在采用新疆 兵团混凝土渠道防渗工程中普遍采用，对削减冻深和冻胀的效果良好。这种保 温材料具有自重轻，强度高，隔热性好，运输和施工方便等优点。 五．结柬语 随着｝昆凝土龄期的增加，水泥不断水化，可冻结水逐渐减少。同时水中溶解 的盐浓度增加，因此冰点也随龄期而下降，抗冻性能得以提高，控制好合适的含 气量和气孔的尺寸，在混凝土中引人均匀分布的气孔对改善其抗冻性 能有显著的作用，大量的工程实践证明，在寒冷的冬期施工，掺入早强防冻 剂的混凝土，在不进行保温防护的情况下，混凝土能免遭冻害，而且｝昆凝土强度 能持续正常地发展，在达到抗冻临界强度后，即使受到比规定温度更低气温的 袭击，混凝土的力学性能和耐久性能也不会受到伤害，到达一定龄期后，其力学 性能和耐久性能均能达到设计要求。 参考文献 【ｌ１李德全．李锦光．混凝土冻融破坏的原因及防治措施【Ｊ】．水利天地， ２００４，（４）：３９． 【２１吴伟东．对混凝土耐久性的恩考【Ｊ１，混凝土，２００４，（３）：２卜２４． 【３１卢祖文，积极推进耐久性设计确保混凝土结构百年大计［Ｊ］．中国铁路， ２００５，（２）：１１—１３．
混凝土的冻融循环原理及防护措施
混凝土的冻融循环原理及防护措施
一、背景介绍
混凝土作为一种重要的建筑材料，广泛应用于建筑物、桥梁、水利工程等领域。然而，在寒冷的冬季，混凝土会受到冻融循环的影响，导致其损坏甚至破坏，给工程造成严重的安全隐患。因此，对混凝土的冻融循环原理及防护措施进行深入研究，具有重要的理论和实际意义。
二、混凝土的冻融循环原理
1. 冻融循环的定义
冻融循环是指在混凝土内部，由于温度的变化，使得水分在冻结和融化的过程中产生体积变化，导致混凝土内部发生变形和应力的作用过程。
2. 冻融循环的过程
在冬季，当混凝土内部的温度降至冰点以下时，其中的水分会开始结冰。由于水分在冰冻的过程中会膨胀，因此会对混凝土内部的组织结构造成一定的冲击力，导致混凝土发生裂缝。当温度升高时，冰块会开始融化，水分会重新回到混凝土中。由于融化的水分体积变小，因此会对混凝土内部产生收缩的力量，导致混凝土内部的应力增大，从而加剧了混凝土的损坏。
3. 冻融循环的危害
冻融循环会导致混凝土内部的微观结构发生变化，使得混凝土的强度和耐久性下降。长期的冻融循环会导致混凝土内部的裂缝愈发严重，最终导致混凝土的破坏，给工程造成严重的安全隐患。
三、混凝土冻融循环的防护措施
1. 增加混凝土的强度
混凝土的强度与其抗冻性有着密切的关系。因此，可以通过增加混凝土的强度来提高其抗冻性。具体的方法包括增加混凝土中的水泥量、采用高强度的骨料等。
2. 减少混凝土中的孔隙率
混凝土中的孔隙率越小，其抗冻性就越强。因此，可以通过减少混凝土中的孔隙率来提高其抗冻性。具体的方法包括采用细颗粒的骨料、增加混凝土的致密性、减少混凝土中的空气含量等。
3. 采用抗冻剂
抗冻剂是一种能够提高混凝土抗冻性的化学添加剂。通过在混凝土中加入抗冻剂，可以改善混凝土中水分的结冰和融化过程，从而提高混凝土的抗冻性。
4. 采用防渗措施
渗水是导致混凝土冻融循环的主要原因之一。因此，采用防渗措施可以有效地降低混凝土的冻融循环风险。具体的方法包括采用防渗材料、加强混凝土的密封性等。