混凝土抗冻耐久性标准及评价

2008年第21期河南建材2009

混凝土抗冻耐久性标准及评价

潘书云

中煤国际工程集团武汉设计研究院（430064）

摘

要：介绍了混凝土冻融破坏的机理和特征、国际混凝土抗冻耐久性试验方法和评价指标，对各种试验标准进行了对比评价。

关键词：混凝土；抗冻；耐久性；标准

各国评价混凝土抗冻性的试验方法不同，造成了试验结果的差异，降低了对混凝土抗冻耐久性评估的准确性。

表面均成斑状剥落；

2）破坏逐层发展，暴露骨料。经过10次左右冻融循环的

普通混凝土，开始从砂浆层剥落，露出骨料后逐步向内部发展，造成一层层疏松层，导致表面凸凹不平；

1混凝土冻融破坏的机理和特征

1.1混凝土的冻融破坏机理

混凝土受冻破坏机理各国学者进行了很多研究，并提出众多学说，如静水压理论、渗透压理论、Fagerlund的临界饱水程度理论、DuvHudec的吸附水理论、Litvan理论、Cady的双机制理论以及Setzer的微冰晶透镜模型理论，其中以美

3）剥蚀出现在表层，NaCl结晶聚集在混凝土底部，遇湿

或受潮后NaCl溶解再度进入混凝土,干燥后又重新结晶，由此产生的结晶压要远远大于混凝土中的骨料与水泥砂浆界面层的粘结力。如此反复，即使停止使用除冰盐，盐冻剥蚀破坏仍将产生，直至受盐污染的混凝土层破坏为止。

生

产技术

国的T.C.Powers提出的静水压理论、Powers和Helmuth的渗透压理论较受重视。目前，混凝土的受冻破坏机理还不完全清楚，它可能是上述一个或者几个作用机理的结合。

尤其是有除冰盐的作用时，其冻融破坏机理和过程更加复杂。虽然除冰盐可以降低混凝土内部孔溶液的冰点，但它提高了混凝土内部水溶液的饱和程度，缩短了达到饱和平衡的时间，增加了混凝土的保水能力。此外，由于除冰盐的侵入在受冻时混凝土中将产生更高的渗透压及不稳定的过冷水，同时吸收大量的热量，加剧了冻融循环对混凝土破坏作用。除冰盐还会对混凝土进行化学侵蚀，NaCl组分对活性骨料

[1]

2混凝土抗冻耐久性试验方法和评价指标

2.1美国材料试验协会(ASTM)标准

美国混凝土抗冻性试验方法主要有以下两种：ASTM

C666-97检测混凝土抵抗快速冻融能力的标准方法[3]；ASTMC672-2003混凝土表面暴露于冰盐时抗盐冻性的试验方法[4]。

ASTMC666-97是美国材料试验协会推荐的混凝土快

速冻融的试验方法，分为A和B两种，分别与我国的《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ82-85）的快冻和慢冻相似。A法采用试件全部浸泡在清水(或盐水)中快速冻融，B法采用冻在空气中而融在水中。冻融循环的温度在-17.8℃~4.4℃内变化，降温速度为8~10℃/h，试验连续进行到300次或者动弹性模量减小到初始值的60%为止。

能加速碱骨料反应而破坏混凝土结构，而CaCl2组分浓度超过30%时，在不同温度下表现出不同的破坏特征。温度超过·20℃时混凝土中的Ca(OH)2与CaCl2反应生成3CaO·CaCl2

15H2O复盐而溶出；而温度小于20℃时这种复盐在混凝土内

部形成晶体，产生膨胀，很容易引起表面剥落。

ASTMC672方法采用单面盐溶液池法[4-5]，密封试件四

周，仅在试件顶部使用NaCl盐溶液进行冻融。冻融循环结束后，通过测量试件超声传播时间和表面剥蚀量的变化来评价混凝土的抗冻性。每5次循环收集盐冻试件表面剥蚀量，更换盐冻溶液。以盐冻试件单位面积的剥蚀量来定量评价其抗盐冻性能。

1.2混凝土的冻融破坏特征

在水中冻融循环次数较少时混凝土的破坏特征不明显,一般冻融循环低于50次时混凝土的表面损伤较小，力学性能略有减小，而混凝土的质量会因吸水而有所增大。只有超过大约100次冻融循环时混凝土的表面开始逐渐剥落，力学性能降低较快，质量也有所降低。表面露出粗骨料后，微裂缝进一步向内部发展，混凝土在200次到300次冻融循环时所有性能才开始大幅度的降低,达到规范规定的破坏指标。

除冰盐导致混凝土表现剥落破坏的主要特征表现为以下几个方面[2]：

2.2国际材料协会混凝土抗冻性试验标准

1997年国际材料与结构研究试验联合会颁布的RILEMTC4-CDC试验方法，包括:快冻法、盐冻法和极限充水

程度法。2002年国际材料试验学会颁布了RILEMTC176-

IDC2002，包括CIF法和平板法[6-7]。

CIF试验：在某一设定的液体中通过冻融循环测定混凝

土内部结构的破坏，试验可以被剥落试验补充或合并。通常，蒸馏水被用作试验液体决定混凝土抗冻融的能力，3%的

1）表面裂纹扩展迅速，破坏速度加快，一般情况下，水

中100次冻融循环破坏的普通混凝土,耐盐冻不到20次，且

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河南建材

NaC1溶液被用来监测混凝土在除冰盐中抗冻融的能力。CIF试验通过超声波传输时间决定内部破坏。

平板试验(Slabtest)：试样从混凝土试验样品中锯出，试验时除顶部与底部外试件四周密封，3mm深的去离子水层或

现行冻融试验方法的缺陷还包括没有考虑到混凝土的实际使用环境和条件,很多人将混凝土的抗冻性看作是混凝土的一个本质属性，忽视了实际使用环境和条件。但实际情况是，混凝土抗冻与否与其自然环境、使用要求、受力和破坏方式等内容有关[8]。

从总体来看，每种试验方法都有其各自的特点，同时又存在着很大的差异。混凝土的抗冻性试验方法应尽量和实际情况接近。试件和传热介质的接触方式、传热介质的种类和冻融循环制度都应该与所研究的混凝土及其处的环境一致。目前，我国应用最广的快冻法，虽然在一定程度上也能反映混凝土的抗冻性，但对于路桥混凝土来讲，尤其冬季在有大量除冰盐使用的情况下,仅仅用快冻法远远不能达到设计、预测混凝土耐久性的目的，而在国外广泛应用的单面盐冻法和通过动弹性模量损失及试件单位面积的剥蚀量来评价混凝土抗盐冻性能更适合道路混凝土的实际情况[9]。

3%NaCl溶液位于混凝土试样顶部，进行冻融循环。抗冻性是

通过测量56次循环后平板表面的剥落情况进行评定。

2.3我国冻融循环试验标准

抗冻性试验方法主要依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)的规定，分为慢冻法和快冻法。

在慢冻法中，混凝土立方体试件进行气冻水融的时间均不小于4h。当混凝土试件的质量损失超过5%，或者抗压强度损失超过25%时停止试验,混凝土的抗冻标号以同时满足强度损失和质量损失的最大冻融循环次数表示。

快冻法以美国ASTMC666(A)方法为基础，试件的冻结和融化均在水中进行。对混凝土棱柱体试件进行水冻水融，整个过程需在2h~4h内完成。以混凝土的动弹性模量、质量损失率和相对耐久性指数作为评价指标,以质量损失率达

4结语

混凝土抗冻性试验方法从慢冻法、快冻法、多面盐冻法到单面盐冻法的过程发展,混凝土抗冻性的试验方法由繁琐变为简洁，同时越来越接近工程的实际情况。从混凝土抗冻性的评价参数来看，从原来的(慢冻法和快冻法)只能够用参数(混凝土的强度损失和质量损失)去宏观评价混凝土抗冻性发展到从多角度去评价混凝土的抗冻性能(CIF法等)，即从混凝土的外部剥落程度(单位面积剥蚀量)、内部损伤(超声波通过混凝土试件内部的时间)及微观结构变化(混凝土内部的气泡结构)等去评价混凝土的抗冻性。参考文献:

5%或相对动弹性模量下降至60%作为混凝土冻融破坏的临

界值，并规定以相对动弹性模量下降至60%或质量 …… 此处隐藏：2962字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……