对混凝土的抗冻耐久性的研究—毕业设计论文.doc

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1、 毕 业 设 计 设计题目 对混凝土的抗冻耐久性的研究 学生姓名 专业班级 指导教师 对混凝土的抗冻耐久性的研究摘要本论文针对北方寒冷地区混凝土冻融破坏问题,扼要综述了国内外混凝土抗冻耐久性技术的研究动态,叙述了利用矿物掺合料和复合掺入是改善混凝土抗冻耐久性的有效措施。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。现行国家标准混凝土结构设计规范(GB50010-2002)中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只划分成两个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，而将耐久性能的要求列

2、入正常使用极限状态之中。且以构造要求为主。混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。关键字：混凝土 耐久性 冻融破坏 矿物掺合料 目录绪论1一、混凝土的耐久性研究21、混凝土的耐久性内容21.1混凝土的主要腐蚀性31.1.1混凝土的抗侵入性和抗渗性3二、混凝土冻融破坏的机理4三、影响混凝土抗冻耐久性的因素5四、提高混凝土抗冻耐久性的措施64.1外加剂74.2掺合料74. 2.1 硅粉的掺入 74. 2 .2矿渣的掺入 84. 2.3 粉煤灰的掺入 84. 2.4消除混凝土自身的结构破坏因素94. 2.5保

3、证混凝土的强度9五、目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法10六.高强混凝土抗冻融技术现状10七、结语11参考文献12一、混凝土的耐久性研究1、混凝土的耐久性研究内容包括：钢筋锈蚀、化学腐蚀、冻融破坏、碱集料破坏。混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的一个重要内容，在北方寒冷地区工程中是急待解决的重要问题之一。与钢材和木材相比,混凝土或钢筋混凝土抵抗环境作用的能力较强,常被认为是耐久的材料,但实际情况并不总是如此.环境作用下的材料劣化现象主要是钢筋腐蚀和混凝土腐蚀.埋在混凝土中的钢筋通常不会锈蚀,这是由于混凝土显碱性,会在钢筋表面形酡一层氧化的保护膜防止锈蚀发展.主要有两种情况可以破坏钢筋表面的氧化

4、膜,并在氧气与水分的参与下使钢筋发生持续的锈蚀:一种情况是大气中的CO2从混凝土表面向里入侵并与混凝土中的碱性物质氢氧化钙起化学作用生成中性的碳酸钙,使混凝土强度降低,当碳化发展到钢筋表面,破坏了钝化膜得以形成的条件,钢筋就会发生腐蚀;一种情况是周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐侵入到混凝土内部,当到达钢筋表面处的氯离子浓度积累到一定值(临界浓度)后也会破坏钝化膜,氯盐引起钢筋混凝土锈蚀发展速度很快,远比碳化锈制混凝土时使用海砂或掺入盐类外加剂(如冬季施工时使用氯盐防冻剂)快.【1】1.1混凝土主要腐蚀有冻融破坏和化学腐蚀。饱水的混凝土在冻融环境中容易发生开裂剥落等损坏,主要原因在于混凝土中的

5、毛细孔隙水受冻后膨胀并产生压力。饱水程度不高的混凝土因孔隙内的饱水程度不断积累.配制混凝土时加入化学引剂可在混凝土体内产生大量的封闭微细气泡,是防止混凝土冻融破坏的最有效手段.冬矢喷洒除冰盐能促使混凝土饱水,除冰盐还能使混凝土中的水泥浆体在受冻时产生很高的渗透压力和水压力,使混凝土面层起皮剥落。 混凝土的化学腐蚀主要来自周围水体和土体中含有硫酸盐、碳酸等盐类和酸类化学物质的侵蚀.硫酸三钙起作用形成硫铝酸钙(钙矾石),这两种反应均造成体积膨胀,使混凝土开裂破坏.当硫酸盐在混凝土孔隙水中的浓度不断增加并过度饱和而结晶时,也会产生非常大的压力使混凝土开裂.这种情况常发生在盐碱地区,当地下水、水中的硫

6、酸盐渗入混凝土内部并通过孔隙水的毛细作用上升到地表以上时,在相对干燥的环境下,孔隙水中的硫酸盐浓度不断积累并发生结晶。海洋环境下当混凝土接触海水并频繁处于干湿交替的状态时,也会出现类似情况.硅酸盐水泥混凝土的抗酸能力较差,当接触的水呈酸性(pH值小于6.5)时就会出现问题。混凝土还会受到自身的化学腐蚀,其中较为常见的一种是混凝土的碱一骨料反应.当配制混凝土时使用了含有活性矿物成分的砂石骨料,后者会与混凝土的碱发生化学反应,形成某种某种胶凝体,遇水后体积膨胀可使混凝土发生胀裂破坏.以上所说的种种劣化过程,都需要有水的参与或以水作为媒介.为了阻止水分、氧分二氧化碳等气体和盐酸等有害物质侵入混凝土内

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渗性,并增加钢筋的混凝土保护层厚度,以延缓有害物质到达钢筋位置的时间。【2】传统的混凝土由水泥、砂、石加水拌和而成,水泥与水发生化学反应,水化后形成的固体水泥浆体由水化硅酸钙(C-S-H凝胶)、氢氧化钙和少量的水化铝硫酸钙与未水化的水泥颗粒组成,并将砂石胶绪在一起。【水化硅酸钙占固体浆体的60%以上,强度高,性能也较稳定.氢氧化钙约占25%,强度较低,遇水易析出并易遭外界酸碱的侵蚀,是水化产物中的簿弱环节,但氢氧化钙使混凝土呈碱性,有利于混凝土中的钢筋不受锈蚀.硬化后的水泥浆体中还含有大量的毛细孔隙,大小可从0.01-5微米,其尺寸分布与体

8、积取决于水泥浆体的水灰比与水化程度.毛细孔隙原为拌和水占据的空间,水泥水化后的体积约可增加一倍,随着龄期增长,水化不断完善,毛细孔隙结构得以改善.在水化良好的低水灰比浆体中,毛细孔隙尺寸在0.01-0.1微米的范围内,而在高水灰的早期浆体中,毛细孔隙被认为对强度和抗渗性有害.对普通混凝土来说,水泥浆体的强度和抗渗性一般要比砂石差得多,而浆体与石子之间的界面结构更为薄弱.为了增加混凝土的密实性和抗渗性,最主要的手段是要减少拌和水的用量,改善水泥浆体和界面的微结构,降低毛细孔隙尺寸.另外,在低用水量的前提下,还应在混凝土中加入粉煤灰、磨细矿渣矿渣等矿物掺和料与水泥水化产物中的氢氧化钙发生化学作用(

9、火山灰反应)后生成的产物可进一步改善混凝土的微结构,并消耗部分的不利于混凝土强度和化学稳定性的氢氧化钙.加入大掺量矿物掺和料还能有效抑制硫酸盐、酸、碱-骨料反应等化学腐蚀,并能显著提高混凝土抗氯盐侵入的能力。【9】 而高性能混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计，保证拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。基于上述特点，高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。【10】 高性能混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程

10、量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修；而对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。回看中国，我国50年代所建设的混凝土工程已使用40余年。如果平均寿命按30-50年计，那么在今后的10

11、-30年间，为了维修这些建国以来所建的基础设施，耗资必将是极其巨大的。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大，每年高达2万亿人民币以上。照此来看，约30-50-年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此，高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。【11】1.1 混凝土的抗侵入性或抗渗性主要取决于毛细孔隙的孔径分布和孔隙率等孔结构特征.不同的侵蚀物质往往以扩散、渗透、吸收等不同传输机理通过混凝土中连通的毛细孔隙侵入到混凝土内部.扩散是流体中的自由分子或离子通过无序远动从高浓度区到低浓度区的净流动,其驱动力是浓度差;渗透是在压力差的驱动下而产生的

12、流体运动;而吸收则是毛细孔隙表面张力引起的液体传输。此外,还有一些机理引起侵蚀介质在混凝土毛细孔隙内的传输,如分子力的吸附和电场驱动下的离子迁移. 【3】二氧化碳、氧气和水蒸气等分子主要通过空气中的扩散机理传输,其在混凝土中的扩散过程与混凝土的含水量或湿度有很大关系.如果混凝土长期湿润或处于水下,混凝土毛细孔隙内饱水,气体分子就不容易扩散到混凝土内部,这种环境条件下的混凝土很难碳化;相反,如果环境湿度不高或比较干燥,毛细孔隙内的水分少而部分中空,二氧化碳扩散快,碳化速度也快.受雨淋的混凝土与有遮蔽的相比,前者的湿度相对较大,碳化速度较慢。但是混凝土碳化的化学反应需要有一定水分,如环境条件过于干

13、燥,碳化也不会发生。另一方面,如果没有足够的水分和氧气供给,钢筋即使因混凝土碳化而脱钝,也不会发生持续的锈蚀.所以对钢筋而言,最易发生锈蚀的环境条件是干湿交替.强度和耐久性是混凝土的两大基本特性，也是混凝土科学的两个主要的研究体系。随着混凝土科学技术的发展，人们对能源节约的认识，其耐久性问题越来越受到重视我国地域辽阔，地跨温热二带，海岸线漫长，面临的条件比较严酷，出现问题也比较突出。有些工程处于水位交变区域（如海港码头处于潮汐变化段），使用2070年均因反复冻融导致破坏，严寒地区不少水工建筑使用不到10年需要大修，华南、华东的海港码头处于浅浪区的梁板底部（高柱码头、重力式沉箱码头），由于钢筋锈

14、蚀，发生顺筋开裂剥落相当严重普遍。曾经调查18座仅用725年的海港码头结构，其中因钢筋腐蚀而破坏或不耐久的占80%，原为全优工程的宁波北伦港10万吨级矿石中转码头已经普遍顺筋开裂需要大修。我国现有建筑老化现象也相当严重，截止20世纪末，据统计23.4亿平方米的工业与民用建筑进入老龄期，处于提前退役状态，其中一个重要原因是20世纪50年代为了加快施工，冬季采用了氯盐类防冻剂，对钢筋锈蚀严重。因此，混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，各部门每年都耗费巨额的维修费用，而这些维修费用为建设费用的13 倍。美国投入混凝

15、土基建工程的总造价为16 万亿美元，据估计今后每年用于混凝土工程维修和重建的费用估计达3000 亿美元。二、混凝土冻融破坏的机理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。冻融破坏一般发生在寒冷地区经常与水接触的混凝土结构工程，如处于水位变化区域的海工、水工混凝土建筑结构物，城市配套设施水厂水池的建筑物，与水接触的混凝土道路路面以及房屋建筑的墙面、勒脚等混凝土冻融破坏的表现是冻膨开裂和表面剥蚀脱落两个方面。混凝土的冻融破坏机理是一个尚未完全研究清楚的问题，一般认为是水在负温下结冰后体积膨胀产生静水压力和水分迁移引起的渗透压力导致了混凝土的冻融破坏。水结冰时体积膨胀约为9%，如果毛细

16、孔中的含水率达到某一临界值，水的结冰膨胀就会产生很大的静水压力。混凝土毛细孔内冰的蒸气压，这个蒸气压差推动未冻水向冻结区迁移，由此形成的压力即为渗透压力。冻结区水结冰后，使未冻溶液中盐的浓度增大(环境中的盐、水泥水化产生的可溶盐和外加剂带入的盐），与周围液相中盐的浓度差别也会产生一个渗透压力。当静水压力超过某一数值时，就会导致混凝土中微裂缝的扩展，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。根据静水压假说，硬化后混凝土的空隙有凝胶孔、毛细孔、空气泡等。凝胶孔的孔径很小，一般为（1520）10-10m；毛细孔的孔径一般为0.0110m之间，而且往往互相连通；空气泡是在混凝土搅拌与振捣时由大气中吸入或掺引气剂

17、产生，一般为封闭球状。混凝土在水中时，毛细孔处于水饱和状态，而空气泡内壁虽也吸附水分，但在常压下很难达到饱和。混凝土孔溶液中由于溶有钾、钠、钙离子等，溶液饱和蒸汽压比普通水低，水泥浆体中的自由水冰点约为-2-1，孔径越小，孔内水的饱和蒸汽压越低，冰点也越低，凝胶空内的水由于孔径很小，冰点很低（一般为-80-70），实际上是不可能结冰的，结冰的水只能是毛隙孔中的水，而且往往是从表层的粗孔开始逐渐向内部细孔发展。水结冰体积膨胀9%。首先粗孔中的水结冰体积膨胀向外顶压，使未结冰的水溶液产生静水渗透压力，同时水结冰的膨胀作用也对水泥石固相产生压力，当固相的膨胀压力与液相的静水渗透压力对混凝土产生的环向

18、拉应力超过混凝土抗拉强度，从而造成混凝土的破坏。如果混凝土拌合是掺入引气剂，混凝土硬化后生成大量独立封闭球形气泡，直径在25500m,且不易吸水饱和，空气泡的存在缩短了毛隙孔渗水渠道的距离使受压迫的孔隙水就近排入其中，减小了静水渗透压力，同时对固相的膨胀压力也起到了卸压缓解作用，从而使混凝土抗冻性大大提高。三、影响混凝土抗冻耐久性的因素 由上述混凝土冻融破坏机理可知,混凝土抗冻性与空气泡的间距、降温速度、抗冻水的含量、材料渗透系数及结构抵抗破坏能力有关。其中空气泡的平均间距是影响混凝土抗冻性的最主要因素，平均气泡间距越大，则冻融过程毛细孔中静水压力和渗透压力越大，是混凝土冻融破坏作用越大；而平

19、均气泡间距大小与混凝土中含气量大小、水泥浆体含量及平均气泡半径有关，水泥浆体含量取决于水灰比和水泥用量，平均气泡半径主要取决于引气剂质量及搅拌、振捣施工工艺条件，其中水灰比和含气量是影响气泡间距的主要因素。混凝土的水灰比越大，孔隙率越大，混凝土处于水饱和状态时的含水量越大，可冻水的含量越多，结冰速度越快，气泡结构越差，平均气泡结构间距增大。可见水灰比是影响混凝土抗冻性的主要因素之一。四、提高混凝土抗冻耐久性的措施4.1 外加剂 在混凝土中掺用引气剂，是提高抗冻能力最有效的方法。大量微小气泡的存在，不仅能隔断混凝土中毛细管通道，还对水分结冰时所产生的压力有缓冲作用。气泡还可使混凝土弹末有所降低，

20、对提高混凝土抗裂性有利。因此，普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000)规定抗冻等级F100及以上的混凝土应掺用引气剂。长期的工程实践与室内研究资料表明:提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改

21、善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大提高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明引气后混凝土的抗冻性可成倍提高。范沈抚研究得出：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性的根本所在。混凝土的抗冻耐久性随孔结构性质变化而变化，当孔间距系数小于250m 时，混凝土抗冻耐久性指数基本能达到60 %以上，即可经受300 次快速冻融循环试验。这一点与Powers 的临界孔间距概念相符：早在50 年代，鲍尔斯(T. C. Powers) 等人首先开展了掺引气剂硬化混凝土孔结构的测试分析研究，并提出了满足混凝土抗冻耐久性要求的孔间距系数的

22、重要概念：即当孔间距小于临界孔间距( 250m) 时混凝土是抗冻的。宋拥军认为，只要引气量合适，普通混凝土均能获得较高的抗冻耐久性。引气混凝土中气泡平均尺寸及其间距随水灰比的增大而加大，同时水泥浆中可冻水的百分率也相应加大，从而导致混凝土抗冻耐久性的显著下降，因此，不能忽视对水灰比的限制。朱蓓蓉，吴学礼，黄土元认为：合理的气泡结构是混凝土抗冻耐久性得以真正改善的关键，然而，气泡体系形成、稳定与气泡结构的建立密不可分，因此高度重视气泡体系稳定性的问题就显得更加重要。他们根据国外的研究成果和部分实验结果得出结论:影响混凝土中气泡体系形成与稳定性的因素有混凝土各组成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及

23、外界条件，如环境温度、搅拌、运输和浇灌技术等。针对不同环境条件、不同工程要求的混凝土，必须进行适应性试验，才能使得硬化混凝土具有设计所要求的含气量和合理的气泡结构，增进了混凝土工程界对引气剂应用技术的认识。众多学者的研究表明：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性及其它性质的根本所在。掺引气剂可以改善混凝土孔结构性质，因此，测试硬化混凝土孔结构性质是研究混凝土抗冻耐久性能的有效途径和方法之一。引气剂 长期的工程实践与室内研究资料表明 :提高混凝土抗冻耐久性的一个十分重要而有效的措施是在混凝土拌合物中掺入一定量的引气剂。引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和

24、表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，改善了混凝土内部的孔结构，大大提高混凝土的抗冻耐久性。国内外的大量研究成果与工程实践均表明引气后混凝土的抗冻性可成倍提高 3 4 5 。 美国是最早开始研究引气剂的国家，自 1934 年在美国堪萨斯州与纽约州道路工程施工中发现引气混凝土，至今已有半个多世纪

25、。挪威 6 1974 年首次在大坝中使用引气剂，经过20 年运行后，掺引气剂的混凝土表面完好无损，而未掺引气剂的混凝土则已遭受较严重的冻融破坏。我国这方面的工作始于50 年代。我国混凝土学科创始人吴中伟教授，在50年代初期就强调了混凝土抗冻的重要性，并创先研制了松香热聚物加气剂(引气剂) ， 应用 于治淮水利混凝土工程，开创了我国采用引气剂而提高混凝土抗冻耐久性的先河。范沈抚(1991年) 分析 了掺引气剂混凝土的抗压强度和抗冻耐久性，得出与上述同样结论 7 ： 掺用引气剂，使混凝土达到足够的含气量要求，可改善混凝土的孔结构性质，并明显改善混凝土的抗冻耐久性。 国内外许多学者研究了影响混凝土抗

26、耐久性的因素， SEibel ，Sellebold ，Malhotra ， Pigen 等人 8 9 10 研究表明：混凝土的含气量、临界气泡间距、水灰比、骨料、临界饱水度和降温速度等因素综合决定了混凝土的抗冻耐久性能。Stark and Ludwig ( 1993 ) 提出 11 ： 水泥熟料中C 3 A 的含量的增加会提高其混凝土的抗冻耐久性，但会降低混凝土抵抗盐冻能力。Osama A.Mohamed(1998) 研究了水泥品种，引气剂质量及引气的 方法 对混凝土抗冻融耐久性影响，得出 12 ：引气能显著提高混凝土的论文联盟WWW.LWLM.COM整理抗冻融性，然而，长期处于冻融循环的混凝

27、土的抗冻能力则取决于天气的恶劣程度及冻融周期的频率。关英俊，范沈抚 13 (1990) 讨论了提高水工混凝土抗冻耐久性的技术措施，提出耐冻混凝土必须正确进行配合比设计，掺优质引气剂，减小水灰比，合理选用原材料，还要严格按施工规范技术要求施工，加强养护。 范沈抚 14 (1993) 进一步研究得出：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性的根本所在。混凝土的抗冻耐久性随孔结构性质变化而变化，当孔间距系数小于250m 时，混凝土抗冻耐久性指数基本能达到60 %以上，即可经受300 次快速冻融循环试验。这一点与Powers 的临界孔间距概念相符：早在50 年代，鲍尔斯(T. C. Powers) 等人

28、首先开展了掺引气剂硬化混凝土孔结构的测试分析研究，并提出了满足混凝土抗冻耐久性要求的孔间距系数的重要概念：即当孔间距小于临界孔间距( 250m) 时混凝土是抗冻的。宋拥军(1999) 认为 15 ，只要引气量合适，普通混凝土均能获得较高的抗冻耐久性。引气混凝土中气泡平均尺寸及其间距随水灰比的增大而加大，同时水泥浆中可冻水的百分率也相应加大，从而导致混凝土抗冻耐久性的显著下降，因此，不能忽视对水灰比的限制。 朱蓓蓉，吴学礼，黄土元(1999) 认为 16 ：合理的气泡结构是混凝土抗冻耐久性得以真正改善的关键，然而，气泡体系形成、稳定与气泡结构的建立密不可分，因此高度重视气泡体系稳定性的问题就显得

29、更加重要。他们根据国外的研究成果和部分实验结果得出结论:影响混凝土中气泡体系形成与稳定性的因素有混凝土各组成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及外界条件，如环境温度、搅拌、运输和浇灌技术等。针对不同环境条件、不同工程要求的混凝土，必须进行适应性试验，才能使得硬化混凝土具有设计所要求的含气量和合理的气泡结构，增进了混凝土工程界对引气剂应用技术的认识。 由以上众多学者的研究表明：混凝土孔结构性质是影响混凝土抗冻耐久性及其它性质的根本所在。掺引气剂可以改善混凝土孔结构性质，因此，测试硬化混凝土孔结构性质是研究混凝土抗冻耐久性能的有效途径和方法之一。 引气剂的掺入虽然是提高混凝土抗冻耐久性最有效的手段，

30、但引气剂的掺入同时会引起混凝土其它性能降低，如强度、耐磨蚀能力等。 减水剂目前 ，减水剂的应用也成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比 (水胶比) ，提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。迟培云，李金波，扬旭等(2000) 研究了在混凝土中掺入高效减水剂可取得的技术 经济 效果论文联盟WWW.LWLM.COM整理如下 17 ：(1) 保持和易性不变，可减水25 % ，R28 %提高90 % ，抗渗性提高45 倍；(2) 保持和易性不变，节约水泥25 % ，R28提高26 % ，抗渗性提高2 倍；(3) 保持用水量和水泥用

31、量不变，R28提高27 % ，抗渗性提高3 倍。活性的矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性技术 研究 动态 混凝土是各种建筑工程上 应用 最广泛、用量最多的人造建筑材料， 目前 ，我国正处在大规模的基础建设时期，对混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各项技术性能，对于充分利用有限的投资，延长混凝土结构的使用寿命，减论文联盟WWW.LWLM.COM整理少 自然 资源的消耗，保护生态平衡，有着非常巨大的 经济 效益和 社会 效益。 在混凝土的基本组成材料中，水泥的价格最贵，因此，在满足对混凝土质量要求的前提下，单位体积混凝土的水泥用量愈少愈经济。因此，用一些具有活性的掺和料

32、(硅粉、矿渣、粉煤灰) 来替代一部分水泥正在被广泛的应用4.2 掺合料混凝土是各种建筑工程上应用最广泛、用量最多的人造建筑材料，目前，我国正处在大规模的基础建设时期，对混凝土的需求量也就更大。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各项技术性能，对于充分利用有限的投资，延长混凝土结构的使用寿命，减少自然资源的消耗，保护生态平衡，有着非常巨大的经济效益和社会效益。在混凝土的基本组成材料中，水泥的价格最贵，因此，在满足对混凝土质量要求的前提下，单位体积混凝土的水泥用量愈少愈经济。因此，用一些具有活性的掺和料(硅粉、矿渣、粉煤灰) 来替代一部分水泥正在被广泛的应用。4. 2.1 硅粉的掺入 近年来

33、，硅粉混凝土也已应用于混凝土工程各个领域，其抗冻耐久性问题已引起人们的普遍重视，在丹麦、美国、挪威等国家，硅粉作为混凝土混合材已经得到了广泛的应用。但关于硅粉混凝土的抗冻耐久性，各国学者结论各异。 日本的Yamato 等人通过试验得出结果：非引气混凝土当水/ (水泥+ 硅粉) = 0. 25 ，不管硅粉的掺量如何，皆具有良好的抗冻耐久性。加拿大的Malhotra 等人通过试验得出:引气硅粉混凝土不管水灰比多少，硅粉掺量15 %以下时都具有较高的抗冻耐久性。我国学者丁雁飞，孙景进通过实验探讨了硅粉对混凝土抗冻耐久性的影响，得出结论：非引气硅粉混凝土的抗冻耐久性与基准混凝土比较，在胶结材总量相同，

34、塌落度不变的条件下，非引气硅粉混凝土的抗冻能力高。范沈抚得出：在相同含气量的情况下，掺15%的硅粉混凝土比不掺硅粉的基准混凝土，气孔结构有很大的改善。硅粉对抗冻耐久性有显著的效果，但硅粉的产量有限而且成本较高。4. 2 .2矿渣的掺入磨细矿渣与混凝土内水泥水化生成的Ca (OH) 2结合具有潜在的活性，但磨细矿渣对提高混凝土的抗冻融性目前也不少研究。张德思，成秀珍通过试验得出结论：随着矿渣掺量的增加，其混凝土的抗冻融性能愈差，但掺合比例合适时，抗冻性能与普通混凝土相比有较大改善。4. 2.3 粉煤灰的掺入国内外粉煤灰应用已有几十年的历史。最早研究粉煤灰在混凝土中应用的是美国加洲理工学院的R.

35、E.Davis ，1993 年他首次发表了关于粉煤灰用于混凝土的研究报告。到本世纪五、六十年代，粉煤灰作为一种工业废料，其活性性能被进一步研究和推广，不仅仅是为了节约水泥，更主要是为了改善和提高混凝土的性能。美国加洲大学Mehta 教授指出，应用大掺量粉煤灰(或磨细矿渣) ，是今后混凝土技术进展最有效、也是最经济的途径。国内外有关资料表明：粉煤灰混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低，和相同强度等级的普通混凝土相比较，28d 龄期的粉煤混凝土试件抗冻耐久性试验结果偏低，随着粉煤灰混凝土技术的深入研究和发展，引气粉煤灰混凝土的抗冻耐久性研究已越来越多地引起人们的关注。LinhuaJiang 等

36、学者通过研究高掺量粉煤灰混凝土水化作用得出:粉煤灰的掺量和水灰比影响了高掺量粉煤灰混凝土的孔结构，并且随着掺量和水灰比的增加而孔隙率增加，但随时间的延长，孔隙率会下降。这是因为粉煤灰的掺入改善了混凝土的孔尺寸，但最大掺量不得超过70 %。游有鲲、缪昌文、慕儒等对粉煤灰高性能混凝土抗冻耐久性的研究表明:水胶比在0. 25 - 0. 27 范围内，随着粉煤灰内掺量的提高，不掺引气剂，混凝土抗冻耐久性随粉煤灰增加而增加。当掺引气剂后，混凝土抗冻耐久性有先升后降的趋势，既存在最佳的粉煤灰掺量为30 %。习志臻认为:相对于许多混凝土而言，粉煤灰高性能混凝土提高了混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化能力。田倩、孙伟

37、讨论了掺入硅灰、超细粉煤灰及两者的复合物对抗冻耐久性能的影响以及钢纤维的阻裂效应对混凝土抗冻耐久性能的作用。实验证明:当超细粉煤灰与硅灰相掺时，提高抗冻耐久性的效果尤为显著，其冻融循环300 次以后，动弹性模量与重量基本无变化，而钢纤维的进一步复合有利于混凝土抗冻耐久性的改善。由此可见，双掺或多掺矿物的复合效应对混凝土抗冻耐久性的提高是值得研究的课题。4. 2.4 消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟

38、生成，以及混凝土的碱骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1- 等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性。4. 2.5 保证混凝土的强度尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关,它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活

39、性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。【5】 总之混凝土结构的耐久性是一个涉及环境、材料、设计、施工等多种因素的复杂问题，要解决好这个问题需要进行多方面的工作。钢筋混凝土结构耐久性应由正确的结构设计、材料选择以及严格的施工质

40、量来保证，同时应注意对其在使用阶段实行必要的管理和维护。只有这样，才能保证和提高混凝土结构的耐久性，才能保证我国建筑事业的可持续发展五、目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法引气剂的掺入虽然是提高混凝土抗冻耐久性最有效的手段，但引气剂的掺入同时会引起混凝土其它性能降低，如强度、耐磨蚀能力等。目前，减水剂的应用也成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比(水胶比) ，提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。迟培云，李金波，扬旭等研究了在混凝土中掺入高效减水剂可取得的技术经济效果如下：(1) 保持和易性不变，可减水25 % ，R2

41、8 %提高90 % ，抗渗性提高45 倍；(2) 保持和易性不变，节约水泥25 % ，R28提高26 % ，抗渗性提高2 倍；(3) 保持用水量和水泥用量不变，R28提高27 % ，抗渗性提高3 倍。六.高强混凝土抗冻融技术现状高强混凝土抗冻融技术现状高强混凝土抗冻融技术现状高强混凝土抗冻融技术现状 目前，高强度混凝土已在工程中得到广泛应用，但是，由于理论上认为高强度混凝土应具有较高的抗冻能力，所以对高强度混凝土的抗冻性的研究并不多。 由于试验结果限制，高强混凝土本身抗冻融能力仍有争论。Marchandetal.(1995)认为:当水胶比为0.3，并且硅灰掺量为20%-30%时，混凝土需要适当

42、的引气来增强抗冻融能力，只有当水灰比低于0.25时，混凝土不需要引气。李金玉(1998)从宏观和微观结构两个方面研究高强度混凝土的抗冻性及其冻融的破坏规律，并配制出C60.C80.C100高强混凝土。在C60高强混凝土的基础上，掺用优质引气剂配制成C60引气混凝土，该混凝土具有超高抗冻性，进行1200次快速冻融循环后，相对冻弹性模量仅为92.6%，为开发研制高强度高耐久性能的混凝土提供基础。然而，21世纪的混凝土是高性能混凝土，是混凝土技术的主要发展趋势。著名的中国工程院资深院士吴中伟教授对高性能混凝土下的定义是：高性能混凝土是一种新型高技术制作的混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采

43、用现代技术制作的混凝土，以耐久性作为设计的主要指标，高性能混凝土具有很丰富的内容，但核心是保证耐久性，不能片面追求单一性。七、结语虽然各国学者研究成果各异，但是，我国地域辽阔，环境条件复杂，虽经几十年的努力，但混凝土工程的抗冻耐久性尤其在三北地区混凝土工程的抗冻耐久性问题仍未得到根本解决。本论文从混凝土冻融破坏机理出发，综合阐述了提高混凝土抗冻耐久性的措施，可以看出，掺入活性的矿物掺和料是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一，也是21 世纪混凝土技术的主要发展趋势。单掺矿物掺合料来配制高性能混凝土的文献资料及工程报道很多，并已取得了一定成果。然而，对于多种矿物掺合料复掺并研究其复合叠加效应目

44、前尚少系统研究，也是解决问题的难点和关键所在。参考文献：（1）阎西康主编，土木工程材料，天津大学出版社，2004.3（2）郭杏林主编，混凝土工程施工细节祥解，机械工业出版社 2007.2 (3)P 梅泰著，混凝土的结构、性能与材料.同济大学出版社，1991（4）中华人民共和国标准.混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）S.北京:中国建筑工业出版社.2002（5）张誉、蒋利学、张伟平、屈文俊编.混凝土结构耐久性概论.上海.上海科学技术出版社.2003（6）金伟良、赵羽习编.混凝土结构耐久性.北京.科学出版社.2002（7）冯浩、朱清江编著.混凝土外加剂工程应用手册.北京.中国建筑工业出版社.1999（8）中华人民共和国标准.普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000).北京.中国建筑工业出版社.2000（9）杜天玲、孟云芳、王治著，论文下载中心，2006.3城市轨道交通分院毕业设计评审意见表毕业设计题目对混凝土的抗冻耐久性的研究学 生 姓 名霍英亮专 业 班 级土木工程检测技术（1）班指导教师评语:待添加的隐藏文字内容3建议成绩：指导教师（签字）：