混凝土盐冻破坏机理(Ⅱ)：冻融饱水度和结冰压

研究了冻融循环条件下NaCl浓度(质量分数)对混凝土内部吸入溶液量和饱水度、溶液结冰膨胀率和结冰压的影响,继而对混凝土盐冻破坏机理进行分析.结果表明:随着NaCl浓度的增加,溶液结冰膨胀率和结冰压平衡值显著降低,但溶液结冰产生结冰压的临界饱水度显著提高;在NaCl溶液中进行冻融循环时,混凝土内部饱水度明显高于水中,且饱水度的增长主要取决于冷冻阶段吸入溶液量,与融化阶段关系很小;2%～6%NaCl溶液将产生最大结冰压,因此中低盐浓度引起的混凝土盐冻破坏最严重.     

混凝土盐冻破坏机理(Ⅰ)——毛细管饱水度和结冰压

研究了NaCl浓度对混凝土内部毛细管吸水饱水度、溶液结冰膨胀率和结冰压的影响,继而对混凝土盐冻破坏机理进行了分析.结果表明,随着NaCl浓度的增加,溶液结冰膨胀率和结冰压显著降低,这是最有利于降低混凝土盐冻破坏的因素;另一方面,混凝土内部毛细管吸水饱水度和吸水速度随NaCl浓度的增加而显著提高,这是最不利于降低混凝土盐冻破坏的因素.基于这些实测数据,经计算证明了浓度为2%~6%(质量分数)的NaCl溶液将产生最大的结冰压,从而形成最严重的混凝土盐冻破坏.     

低危害除冰盐对水泥混凝土盐冻破坏的影响及其机理

研究了低危害除冰盐对水泥混凝土表面剥蚀破坏、盐溶液结冰压、混凝土饱水度和混凝土-冰黏结抗折强度的影响.结果表明:掺入添加剂的低危害除冰盐能够明显降低混凝土的盐冻剥蚀破坏;与质量分数为4.00%的NaCl溶液相比,添加剂对盐溶液的结冰压无明显影响,但可以明显降低混凝土-冰的黏结抗折强度和较为明显地降低混凝土的饱水度;基于这些实测数据可以较好地解释低危害除冰盐对混凝土盐冻剥蚀破坏的改善机理.     

NaCl对结冰膨胀率和混凝土溶液吸入量的影响

提出了一种测定溶液结冰膨胀率的简易方法,并研究分析了在冷冻过程中,不同NaCl浓度溶液的体积变化规律及其对混凝土溶液吸入量的影响.结果表明,随NaCl浓度的增加,溶液结冰膨胀率与其增长速度均迅速降低,且达到体积稳定的时间变长,但在开始结冰前,溶液收缩率越大,收缩持续的时间愈长;混凝土溶液吸入量随NaCl浓度的提高而增加.理论分析表明,在开始结冰膨胀前,混凝土内部空隙中溶液收缩和空气冷却将产生较大的负压,且随NaCl浓度和饱水度的提高而迅速增大,这将使混凝土周围的溶液更易被吸入混凝土中.     

NaCl-MgCl2复合除冰盐对混凝土盐冻破坏的影响及其作用机理

研究了NaCl-MgCl₂复合除冰盐对盐溶液结冰压和临界饱水度,以及对混凝土盐冻剥蚀破坏和饱水度等的影响,揭示了其降低混凝土盐冻剥蚀破坏的作用机理.结果表明：在NaCl除冰盐中掺入MgCl₂可有效降低盐溶液造成的混凝土盐冻剥蚀破坏;随着复合除冰盐中MgCl₂掺量的增大,其对盐溶液结冰压的影响很小,但可明显增大盐溶液的临界饱水度;在冻融循环条件下,掺有复合除冰盐的混凝土的饱水度及其增长速率明显降低.     

混凝土保护层抗氯离子渗透性现场测试方法影响因素研究

PERMIT离子迁移方法是目前唯一可现场测定混凝土保护层抗氯离子渗透性的试验方法。研究了混凝土孔溶液中阴离子和饱水程度对于PERMIT测量结果的影响。与氯离子相比,硫酸根及氢氧根等其他阴离子对测试结果的影响可以忽略,PERMIT测定的氯离子渗透性基本不受混凝土孔溶液成分影响。混凝土饱水程度对测量终点时间有显著影响,对电导变化率和氯离子扩散系数测定也有影响,但不显著。     

甲酸钠除冰剂对机场跑道混凝土抗冻性的影响

采用单面冻融法测试了机场道面混凝土在不同浓度甲酸钠溶液中的抗冻性,并用试件表面剥落量作为混凝土抗冻性评定参数。结果表明,混凝土在中低浓度甲酸钠溶液中冻融破坏最严重,在高浓度和水中破坏较轻。并从混凝土吸水率和除冰剂结冰膨胀率两方面对试验结果进行了分析。结果表明,在冻融过程中混凝土吸水率大小和除冰剂本身结冰膨胀率大小共同决定了混凝土在除冰剂中的冻融破坏速率。     

除冰剂对机场跑道混凝土抗冻性能影响

采用单面冻融法,以试件表面剥落量作为混凝土抗冻性能的评定参数,探讨了经不同浓度乙二醇溶液浸泡后的机场道面混凝土的抗冻性能。结果表明,混凝土经中低浓度乙二醇溶液浸泡后,冻融破坏严重,当乙二醇浓度为3%时,冻融破坏达最大值;通过机场道面混凝土破坏机理分析,破坏主要受混凝土中溶液吸入率、除冰剂自结冰膨胀率影响显著。     

影响混凝土水饱和系数的因素的研究

分别采用密度法和水压法测定了W/B为0.5,0.42,0.3和0.26混凝土试件空隙率,主要研究无机盐类外加剂对混凝土水饱和系数的影响,这些盐类包括氯化钠、硫酸钠和亚硝酸钠.试件在水压力下吸水得到0%～100%的饱和系数,经6次快速冻融循环后测定其相对动弹性模量,试验结果证明了混凝土的极限饱水程度确实存在,结合混凝土的相对动弹性模量变化、质量变化,用饱水程度和局部饱和概念解释了冻融循环试验中混凝土的破坏现象.证实了冻融前的初始饱和系数和冻融过程中的饱水速率均随含气量的增大而减小.     

“安全性混凝土抗除冰盐剥蚀性能的研究”成果简介

除冰盐引起的混凝土路桥剥蚀破坏和钢筋锈蚀是北方寒冷地区路桥过早破坏的主要原因之一 ,也是混凝土耐久性领域一个非常重要和最难于解决的问题 ,它已经成为影响我国混凝土路桥工程质量一个新的和现实的严重问题 .同济大学材料科学与工程学院材料工程研究所承担的国家“九五”重点科技攻关项目“安全性混凝土抗除冰盐剥蚀性能的研究”已于近日完成并通过验收 .该项目的主要成果是 :1 .初步探明了除冰盐引起的混凝土路桥剥蚀破坏和钢筋锈蚀的破坏机理主要是除冰盐的存在使混凝土内部饱水度和盐结晶压明显增大 ;2 .探明了抗除冰盐剥蚀性的影响…     

Minimum curing time prediction of early-age concrete to prevent frost damage

The purpose of this study is to propose a method that predicts the minimum curing time required for early-age concrete to prevent frost damage. Tests were performed to examine the primary factors that affect the compressive strength of concrete frozen at early ages and to investigate the source of frost damage in early-age concrete. The test results showed that the rate of the decrease in the compressive strength decreases as the start of the frost damage is delayed and when the water–cement ratio is lower. In addition, the results showed that concrete made with Type III cement was less susceptible to frost damage compared with concrete made with ordinary Portland cement. Furthermore, it was found that frost damage occurred through the formation of ice lenses.When early-age concrete is being damaged as a result of freezing, a phase transition of free water into ice appears in the capillary pores of the concrete and leads to a decrease in the compressive strength. Accordingly, the frost resistance of fresh concrete can be determined based on the saturation degree of the capillary pores. A method for predicting the minimum curing time is suggested using the concept of the critical saturation degree of capillary pores.     

Minimum curing time for preventing frost damage of early-age concrete

When fresh concrete is exposed to extremely low temperatures, the free water in the concrete is cooled below its freezing point and transforms into ice, leading to a decrease in the compressive strength of concrete. When freezing takes place after an adequate curing time, the decrease in compressive strength does not occur. In other words, the concrete can resist the frost damage. Of the many influencing factors, the age of concrete at the beginning of freezing and curing temperatures is significantly important with regard to the loss of compressive strength. In this study, tests were performed to examine how these factors affect the compressive strength of concrete frozen at early-ages as well as to investigate the source of frost damage in fresh concrete. The results from the tests showed that the loss of compressive strength decreases when the onset of freezing was delayed and the curing temperature was high. Moreover, the results showed that the curing temperature after the freezing period does not affect the resistance against frost damage but it affects the strength development. Finally, we propose a new method to predict the minimum curing time based on the development theory of frost resistance with decrease of saturation degree of capillary pores and using the hydration degree curves at an early age.     

土体冻胀敏感性评价

 假定冻胀是由冻土内冰透镜体的生长引起的;冰透镜体的生长由热力学Clapeyron方程控制,并且依赖于已冻结区与未冻结区之间冻结缘是否存在。未冻水和冰共存于冻结缘的孔隙中;冰水交界面处的吸力使水产生流动,并为冰透镜体的生长补给水分。同时,通过定义1个新的简单的“有效应力”的概念,来判断是否会萌生新的冰透镜体,并提出1个简单的冻胀模型。该模型仅通过几个简单的土的参数,就可以计算土体冻胀量及冻结深度。在此基础上,利用所建立的模型对不同土的冻胀敏感性进行分析。土的冻胀敏感性必须结合环境条件来评估,如上覆压力、温度梯度、降温速率及地下水位埋深等;而某些土在传统的分类中属于弱冻胀土,但在一定环境条件下,仍会产生显著的冻胀量或冻胀压力。     

裂隙岩体冻融损伤研究进展与思考

 裂隙岩体具有不同于土体的结构和强度特征,现有冻土理论不能解决低温岩体裂隙冻胀开裂、扩展演化问题,冻融过程中水分迁移机制、冻胀力的量值与萌生消散机制以及裂隙冻融扩展演化机制等是研究裂隙岩体冻融损伤的关键问题。对裂隙岩体中的水分迁移机制研究应立足于微观尺度,从分凝冰理论入手,关注于未冻水膜的迁移机制。低温裂隙岩体冻融损伤程度受到裂隙中冻胀力大小控制,而冻胀力大小和裂隙冻融扩展机制与裂隙的空间位置形态、未冻水含量、冻结温度以及岩石的物理力学性质等因素有关。几十年来,对岩体冻融裂隙扩展的研究主要集中在理论模型探究、室内裂隙岩体冻融试验和现场监测分析3个方面,取得了丰硕的成果,但目前关于冻岩的研究还远未成熟,要深入揭示裂隙岩体冻融损伤演化机制,还应借助于室内试验从裂隙岩体冻融水分迁移机制入手,以探究冻胀力量值的求解方法为初步目标,进而结合岩体裂隙扩展准则研究冻胀力对岩体裂隙网络发展的影响。     

再生粗骨料混凝土及其构件抗冻性能研究进展

由于再生粗骨料中存在较多微孔隙和微裂缝,导致再生混凝土吸水率高且极易达到冻融破坏的临界水饱和程度,所以再生混凝土抗冻性能较差,严重危害了严寒地区混凝土建筑物的安全性和耐久性.因此,开展再生混凝土抗冻性能的研究对其在严寒地区的应用推广具有重要意义.基于再生混凝土冻融破坏的国内外研究现状,介绍了混凝土冻融破坏机理,综述了再...     

饱和土水热耦合分离冰冻胀模型研究

针对饱和土一维冻结过程中的冻胀发展过程,在已有的描述透镜体生长过程的水热耦合模型的基础上,建立了水热耦合分离冰冻胀模型。利用固体表面水膜的热力学理论分析了冻土中未冻水膜在相界面上的平均分离压力,指出当该压力大于土层破坏的临界压力时,冰透镜体产生;以活动透镜体底端将土柱划分为主动区与被动区,主动区过程采用透镜体生长的水热耦合模型描述,而被动区为近似导热过程,由此建立了完整冻胀模型;提出了透镜体的分离冰生长方式,并与刚性冰生长方式进行了对比,阐述了本文模型与已有的各类模型之间的联系。采用有限容积法对模型进行了数值计算,与Konrad的3组试验进行了对比,结果表明模型很好地反应了土体冻结过程中温度场及冻胀的发展过程。     

聚丙烯纤维轻骨料混凝土抗冻耐久性试验研究

通过掺入聚丙烯纤维、高效减水剂、引气剂及矿物掺合料,配制两种强度等级(LC30,LC35)的浮石轻骨料混凝土。对比盐溶液(5%Na2SO4)和水中抗冻性试验发现,盐溶液中冻融的轻骨料混凝土劣化程度大于水中。轻骨料混凝土掺入纤维后,其抵抗冻融损伤能力得到改善,掺量越高,对轻骨料性能的改善作用越明显。SEM观察发现,随着盐溶液的侵蚀以及冻融循环次数的增加,水化产物的结构由密实逐渐变得疏松;聚丙烯纤维与水泥石浆体的粘结力强,能够抑制混凝土的冻融损伤。