影响混凝土抗冻性的主要因素

1、含气量
  在混凝土中加入一定量的引气剂,可使混凝土中形成一些细小的圆形封闭气孔,进一步提高混凝土的流动性,减少拌合物的离析和泌水,提高混凝土的均匀性,改善混凝土的耐久性(抗渗性、抗冻性)。在美国、日本、加拿大等国家,引气剂在混凝土中的使用是很普遍的,甚至也用于高强混凝土中。掺入引气剂是提高混凝土含气量有效途经,以达到提高抗冻耐久性的目的。因此,含气量也是影响混凝土抗冻性的主要因素。为使混凝土具有较好的抗冻性,其最佳含气量约为5%-6%。混凝土中加入引气剂产生了均匀稳定、互不相通的微小气泡,这些互不连通的微细气孔不仅部分阻断了混凝土内的开口连通孔隙,同时在混凝土孔隙中的自由水冻结膨胀时,能使毛细孔中的静水压力减小,即起到减压作用。在混凝土受冻结冰过程中,这些孔隙可阻止或抑制水泥浆中微小冰体的生成。在混凝土中必须保证气孔的均匀分布,这样才能使混凝土具有较好的抗冻性。
  在混凝土中平均孔隙间距随含气量增加而减小,在最佳含气量条件下,孔隙间距将会防止冻融造成的压力过大。实验表明,当混凝土含气量超过6%后,抗冻性不再提高[2]。
2、水灰比
  混凝土的抗冻性主要取决于混凝土的水灰比及含气量,由于含气量取决于骨料最大粒径,也可以说,当混凝土的含气量满足骨料最大粒径的要求时,混凝土的抗冻性取决于混凝土的水灰比。严格限制混凝土的水灰比对于保证较高的抗冻性仍然是十分必要的。水灰比不仅直接影响混凝土的孔隙率及结构,还间接影响混凝土各种性能(强度、耐久性等)。在同样良好成型条件下,水灰比不同,混凝土密实程度、孔隙结构也不同,其抗冻性能也不同。在含气量基本相同的条件下,水灰比愈大,混凝土中气泡平均尺寸及其间距均增大,此时在水泥浆中可冻水的含量也相应增大,从而导致混凝土的抗冻性显著下降。反之,水灰比愈小,气泡平均尺寸也随之减小,气泡个数增加,可以大大提高混凝土的抗冻性。因此,为提高混凝土的抗冻性,必须严格控制水灰比。
3、粉煤灰
  随着混凝土材料科学的发展,粉煤灰在混凝土中应用越来越广泛。粉煤灰由于其化学成分、矿物组分及颗粒形态等特征,在混凝土中主要产生三大效应,即活性效应(火山灰效应)、形态效应及微集料效应[3]。
  (1)活性效应可以降低混凝土中Ca(OH)2浓度,其不仅减弱了溶析导致的混凝土内部微观结构的劣化;而且经过二次水化反应消耗了混凝土中薄弱的Ca(OH)2结晶,使混凝土内部孔隙率得到降低,不但改善了混凝土孔结构,还提高了混凝土的密实性。
  (2)形态效应有利于减少混凝土用水量,这是由于粉煤灰的小球形颗粒形状在骨料之间起到填充和润滑作用,提高混凝土的流动性,此外,细小粉煤灰颗粒有助于水充分地散开,提高混凝土的保水性,防止泌水,从而可以减低了水灰比,提高混凝土的密实度。
  (3)微集料效应使混凝土内部空隙细化,增强混凝土的密实性。
  由此可见,混凝土中掺入粉煤灰可以有效降低水灰比、细化混凝土内部空隙,提高其密实性,从而减少了有害孔的相对数量,提高混凝土的抗冻性能。然而,混凝土中的粉煤灰含量应该存在一个最佳含量值,当粉煤灰掺量过大时,由于粉煤灰的容重小于水泥的,大约为水泥的2/3,将使得胶凝材料的体积增大,体积增大必将导致混凝土表面吸附水的增加,使其流动性降低,混凝土不能够很好的密实,混凝土密实性下降,使得环境中的水容易进入,混凝土的抗冻性能自然会降低。由于混凝土中掺入适量的粉煤灰,可以提高混凝土的密实度、保水性,降低了水灰比,根据混凝土冻融破坏机理,当混凝土饱水程度较低时,混凝土在冻融循环过程中的破坏应当很小。故掺加了粉煤灰的混凝土抗冻性较好。

4、硅粉的填充性和火山灰活性
硅粉具有独特的细度,无定型的SiO2含量高,这使其适于代替一部分胶凝材料,小的球状硅粉填充于水泥颗粒之间,使胶凝材料具有更好的级配。硅粉提高混凝土强度的关键在于提高了水泥浆体与集料之间的粘结强度。硅粉的作用为降低泌水、防止水分在集料下表面凝聚,从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度,硅粉与粉煤灰一样,具有火山灰活性。硅粉含有大量的非晶质硅和超细粉末,在水泥水化初期与Ca(OH)2反应,生成C—S—H凝胶,使混凝土中的钙硅比降低,从而提高了混凝土的强度。
  硅粉掺入水泥石中,填充了水泥浆部分微细空隙,减小了水泥中的孔隙率,使水泥石致密化,提高了强度,降低了透水性和透气性。由压汞法测定,在掺入硅粉的水泥石中,0.1μm以上的大孔径数量有所降低。
5、水饱和度
  混凝土的冻融破坏还与其饱水程度密切相关。冰冻破坏主要是由于混凝土中水份结冰产生的膨胀应力,一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力,在混凝土完全饱水状态下,其冻结膨胀压力最大。因此湿冻(完全水饱和)要比干冻的破坏作用大得多。混凝土的饱水状态主要与混凝土结构的部位及其所处的自然环境有关。经常处于潮湿环境下的混凝土,其含水量明显高于处于大气中的混凝土。然而,最容易发生冻融破坏是位于水位变化区的混凝土,此处的混凝上经常处于干湿交替变化的环境中,受冻时极易破坏。此外,由于处在一定环境下的混凝土,其表面含水率通常大于其内部的含水率,因此冻害往往是由表层开始逐步深入发展的。

常见问题:

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