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1、混凝土冻融循环破坏（读书报告）,汇报：费彩会 导师：何世钦,1 冻融破坏的定义,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冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件。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，危及结构物的安全性。一般认为混凝土的冻融破坏是一个物理作用过程。,图1 冻融循环引起的混凝土结构劣化,图2 海洋环境下混凝土柱由于混凝土质量的差异而导致的不同劣化现象,2、冻融破坏研究
2、的意义,我国地域辽阔,有相当大的地区处于严寒地带,不少水工建筑物出现了冻融破坏现象。寒冷地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土结构物或构筑物在冻融循环作用下的冻融破坏是运行过程中的主要病害，世界各国每年都要花费巨额费用维修被腐蚀的混凝土结构。因此对混凝土冻融循环的研究就很有必要。,3、冻融破坏的机理,一般认为,冻融破坏主要是因为在某一冻结温度下,水结冰产生体积膨胀,引起各种压力,当压力超过混凝土能承受的应力时,混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐增大,扩展并互相连通,强度逐渐降低,造成混凝土破坏。,3.1 目前提出的混凝土冻融破坏理论,Diagram,目前认可度较高的是美国学者提出的膨胀压理论和渗
3、透压理论。,破坏理论,3.2 膨胀压理论认为：,在一定负温下混凝土中的毛细孔水发生物态变化,由水变成冰,体积膨胀约 9%,因受毛细孔壁约束形成膨胀压力,从而在孔周围的微观结构中产生拉应力。这种在负温下因水体积膨胀而产生膨胀压力从而导致的破坏,主要取决于混凝土中水的存在形式及其内部微观孔隙结构和外界正负温度变化等因素。,硬化初期混凝土中水的存在形式,3.3 渗透压理论认为,渗透压力是由孔内冰与未冻水两相的自由能之差引起的。在一定的温度下,由于冰的自由能小于液态水的自由能。在冻结时,凝胶孔中的水流向毛细孔,当水到达毛细孔时,产生冻结,冰的体积增加。当毛细孔水结成冰时,凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构
4、中迁移和重分布从而引起渗透压。,膨胀压理论与渗透压理论的异同点,3.4 影响混凝土冻融破坏的因素,不同水灰比下混凝土中冰及水体积的膨胀量,4 国内外混凝土抗冻性能试验方法,4.1 美国标准规定的抗冻性能试验方法 称为混凝土快速冻融试验方法，包括：快速冰冻水融法和快速气冻水融法。两种方法规定冻融循环温度为-17.84.4，每个试件应连续进行300次冻融循环，或进行到室内的相对动弹模量降到初始值的60%为止。该实验用DF表示耐久性系数，即：DF=PN/M 式中P为N次冻融循环后的相对动弹性模量：N为规定的最小值而停止实验时的循环次数：M为规定的经受冻融循环的次数。,4.2 英国标准规定的冻融试验方
5、法 规定试件尺寸为75mm75mm2250mm3050mm试件在-15温度下冻1617h,在20的水中养护72h。试件经50次冻融循环后计算相对长度变化率。即：L=(L50-L0）/L0式中：L50 为经历50次冻融循环后试件的长度：L0 为试件原始长度。,4.3 我国国家标准规定的抗冻性试验方法用28天龄期的试件进行慢冻法，试件为立方体（150mm150mm150mm）,到达试验龄期的前四天，将冻融试件放在20的水中浸泡，水深应没过试件顶面2cm以上。在温度-17至-20下冻结4h，然后在20的水中溶解4h，至此为一次冻融循环，需8h。每次冻融循环后测定其重量和抗压强度，同时达到重量损失5%和强度损失25%的最大冻融循环次数，即为混凝土的抗冻标号，例如D300。,5 混凝土冻融破坏的防治,6 感悟,混凝土结构发展到现在，理论部分已经趋于成熟，未来将会有越来越多的人研究混凝土的耐久性问题，抗冻性作为耐久性方面一个不可回避的话题，将会越来越表现出其重要性。目前对于冻融循环的研究存在很多不足之处。所以，我们仍需要努力、努力、再努力。,
