水工建筑結(jié)構(gòu)混凝土抗凍性能測(cè)試方法初探

徐維柜

【摘要】對(duì)于混凝土的抗凍性能試驗(yàn)每個(gè)國(guó)家的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都有一定的差異，但是如果混凝土所在地段的氣溫溫差變化顯著，則會(huì)出現(xiàn)反復(fù)的凍融現(xiàn)象，這種反復(fù)凍融會(huì)造成破壞的累積，使混凝土結(jié)構(gòu)擴(kuò)張，最后表面脫落直到完全破壞。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；混凝土；抗凍性能；測(cè)試方法；初探

從微觀角度來(lái)講，混凝土表面分布了大量的小孔，含有一定水分的混凝土經(jīng)過(guò)反復(fù)的凍結(jié)和融化之后其內(nèi)部的大量小孔不斷地收縮膨脹會(huì)摧毀混凝土的表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得其承重性能出現(xiàn)巨大的破壞，所以，加強(qiáng)對(duì)于水利工程建筑所利用的混凝土的抗凍性能的測(cè)試，并針對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固是現(xiàn)在保證水工建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效措施，接下來(lái)我們先由混凝土的凍融破壞機(jī)理來(lái)研究，并分析其抗凍性能測(cè)試方法的科學(xué)性。

1、水工建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的凍融破壞機(jī)理

混凝土結(jié)構(gòu)的研究不僅涉及到了材料科學(xué)、還涉及到理論力學(xué)、材料力學(xué)、化學(xué)等一系列相關(guān)的學(xué)科，因此，研究混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)專家也從不同的角度對(duì)混凝土總結(jié)出很多不同的理論，接下來(lái)我們分析幾種常見(jiàn)的理論。

第一種理論是滲透壓理論，即含有離子和冰的溶液與含有還沒(méi)有凍結(jié)的水的小孔之間會(huì)存在一定的滲透壓，這是因?yàn)槟z孔和毛細(xì)孔之間產(chǎn)生的濃度差會(huì)迫使凝膠孔中的水分像毛細(xì)孔中擴(kuò)散，在這個(gè)過(guò)程中兩個(gè)不同小空間之間的薄壁承受的壓力就會(huì)增加，從宏觀角度來(lái)講，這種薄壁承受壓力破壞的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致整個(gè)混凝土表面出現(xiàn)一定的潰爛現(xiàn)象。

第二種理論為靜水壓理論，該理論指出混凝土表面的水會(huì)在其表面形成一定厚度的冰層，這層冰膜會(huì)把混凝土和外界環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，而結(jié)冰的過(guò)程又是一個(gè)物理膨脹的過(guò)程，膨脹產(chǎn)生的壓力會(huì)使得水分子朝著混凝土內(nèi)部飽和度比較小的區(qū)域進(jìn)行，微觀狀態(tài)下的混凝土內(nèi)部的滲透作用會(huì)形成一定的水壓梯度，這種水壓梯度積累到一定程度就會(huì)強(qiáng)烈擠壓混凝土內(nèi)壁。之后混凝土內(nèi)部會(huì)的溫度進(jìn)一步降低，混凝土內(nèi)部的水分飽和度會(huì)繼續(xù)增大，隨之而來(lái)的是內(nèi)部氣孔之間距離的增大，造成水壓繼續(xù)上升，當(dāng)水壓超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，內(nèi)部孔壁就會(huì)破碎，使混凝土結(jié)構(gòu)受到損害，如果混凝土所在地段的氣溫溫差變化顯著，則會(huì)出現(xiàn)反復(fù)的凍融現(xiàn)象，這種反復(fù)凍融會(huì)造成破壞的累積，使混凝土結(jié)構(gòu)擴(kuò)張，最后表面脫落直到完全破壞。

第三種理論為微冰晶透鏡模型理論，這種理論主要強(qiáng)調(diào)的是混凝土內(nèi)部水分的凍結(jié)和融化是飽和狀態(tài)下發(fā)生的過(guò)程，混凝土只有達(dá)到了飽和的程度，其內(nèi)部才有可能發(fā)生破壞，水分凍結(jié)過(guò)程中的冷縮過(guò)程和融化的過(guò)程中產(chǎn)生的濕脹反應(yīng)是導(dǎo)致飽和狀態(tài)發(fā)生的原因。水分在凍結(jié)過(guò)程中的冷縮使其向微冰晶透鏡方面發(fā)生了不可逆的遷移，同時(shí)，水分在融化的時(shí)候冰轉(zhuǎn)化成水的過(guò)程幾乎不能進(jìn)行，因此，外部的水分會(huì)以比原來(lái)更快的速度進(jìn)入混凝土內(nèi)部，形成一個(gè)惡性循環(huán)，在這種理論的狀態(tài)下，混凝土的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)就像一個(gè)泵，導(dǎo)致了飽和作用的發(fā)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同等溫度下的飽和作用，一旦臨界狀態(tài)下的飽和作用被達(dá)到，混凝土的破壞就會(huì)隨之發(fā)生。

以上就是人們?cè)谘芯窟^(guò)程中較為普遍的三種關(guān)于混凝土凍融破壞機(jī)理的研究，除此之外，還有好多特殊地區(qū)如冰鹽侵蝕的研究理論等等，這些研究成果可以幫助人們更好的認(rèn)識(shí)混凝土破壞的原因，并從不同的角度制定出測(cè)試混凝土抗凍性能的方法，接下來(lái)我們介紹目前混凝土抗凍性能測(cè)試方面的相關(guān)內(nèi)容。

2、我國(guó)混凝土抗凍性能的試驗(yàn)

對(duì)于混凝土的測(cè)試主要有兩大方面，即長(zhǎng)期性和耐久性，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分為快凍法和慢凍法，其中慢凍法又稱為“氣凍水融”評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為混凝土多次凍融試驗(yàn)之后強(qiáng)度的損失率，混凝土相應(yīng)的抗凍標(biāo)號(hào)要滿足重量損失損失率不超過(guò)百分之五，強(qiáng)度損失率不超過(guò)百分之二十五的最大循環(huán)次數(shù)來(lái)表示，冷凍室內(nèi)的溫度應(yīng)該在-15度到-20度之間，與之對(duì)應(yīng)的使混凝土溶解的水槽溫度應(yīng)該在15度到20度之間，凍結(jié)的混凝土試件的時(shí)間應(yīng)該由其對(duì)應(yīng)的尺寸決定，對(duì)于100毫米*100毫米*100毫米以及150毫米*150毫米*150毫米的試件的凍結(jié)時(shí)間不能少于四個(gè)小時(shí)，200毫米*200毫米*200毫米的試件凍結(jié)時(shí)間不能少于六個(gè)小時(shí)。

快凍法的抗凍性能指標(biāo)則是耐久性系數(shù)和快速凍融的循環(huán)次數(shù)，快速凍融的循環(huán)次數(shù)應(yīng)該以滿足重量損失率不小于百分之五和相對(duì)動(dòng)彈性量不小于百分之六十為標(biāo)準(zhǔn)，耐久性系數(shù)計(jì)算公式為：Kn=P*N/300.

其中Kn表示耐久性系數(shù)，N為快速凍融的循環(huán)次數(shù)，P為凍融之后對(duì)應(yīng)的彈性模量。快速凍融循環(huán)的時(shí)間必須在2到4個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成，融化過(guò)程的時(shí)間不能小于整個(gè)過(guò)程的四分之一，凍結(jié)完成時(shí)試件溫度應(yīng)該在-15度到-19度，融化完成后試件中心溫度應(yīng)該在6度到8度，試件從6度到-15度的時(shí)間不能少于整個(gè)凍結(jié)時(shí)間的一半，試件內(nèi)部和外部的溫度差不能超過(guò)28度，凍結(jié)和融化的時(shí)間不能少于10分鐘，所有的快速凍融循環(huán)試驗(yàn)都應(yīng)該嚴(yán)格按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

以上是我國(guó)對(duì)于混凝土抗凍性能測(cè)試的試驗(yàn)方法，對(duì)于混凝土的抗凍性能試驗(yàn)每個(gè)國(guó)家的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都有一定的差異，就像美國(guó)的試驗(yàn)方法在試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)時(shí)間上都和中國(guó)有較大的差異，關(guān)于混凝土全面的抗凍性能的檢測(cè)還需要進(jìn)一步的科學(xué)理論作為支撐，相信隨著對(duì)混凝土破壞機(jī)理的深入研究，未來(lái)的抗凍試驗(yàn)方法必將更加科學(xué)，助力我國(guó)的水工建筑的質(zhì)量提升。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)的研究涉及到了很多的材料科學(xué)，另外對(duì)于混凝土的研究，必須具有長(zhǎng)期性和耐久性，我國(guó)工作者必須對(duì)混凝土做全面的抗凍性能的檢測(cè)，保證施工質(zhì)量。

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