下载文档原格式
引言近年来，我国经济迅猛发展，大规模的城市基础设施建设加快，混凝土作为建筑结构的基础材料，其用量急剧上涨。
据统计，仅2020年我国商品混凝土用量已超20亿m3，这意味着同样消耗了大量的砂石和水泥等原材料。
随着我国基础设施建设的持续推进，我国对这些资源的需求仍然在不断增大，进一步加剧了砂石的供应不足。
仅2019年，我国砂石紧缺约170亿吨[1-2]。
此外，在水泥的生产过程中，燃料燃烧和石灰石煅烧分解会排放大量的CO2，据国际能源署统计，2018年全球CO2排放总量已达331亿吨，其中水泥行业排放的CO2总量占了7%。
如果不控制CO2气体的排放量，到本世纪末全球气温将会在2012年温度的基础上进一步上升1.4～5.8℃。
与此同时，近些年我国每年产生了数以亿吨的建筑垃圾，这些建筑垃圾粗犷的堆放在道路两旁，主要用于路基回填、填充材料，简单粗放，实质上是一种资源浪费，其有效利用率不足5%。
这不仅占用了大量的土地，而且还极大的浪费了资源，同时也对生态环境产生二次污染，导致土壤、水质劣化[3-4]。
针对上述问题，本文系统研究了再生骨料不同取代率对混凝土中力学性能及抗冻性能的影响，建立了再生混凝土累积损伤劣化模型，此外，采用压汞法探究了再生粗骨料不同取代率对混凝土孔结构的影响，为再生骨料在混凝土中的应用提供了理论支撑。
1、试验部分1.1 原材料水泥：某厂生产的P·O 42.5水泥。
细骨料：天然河砂，其细度模数2.7，表观密度2450kg/m3，堆积密度1620kg/m3。
粗骨料：某桥梁破碎后通过筛分得到的粒径5～20mm 骨料，且破碎前原生混凝土的强度等级为C30；天然粗骨料为石灰石；再生粗骨料与天然粗骨料均为连续级配，其物理性能见表1。
减水剂：聚羧酸高效减水剂，其含固量35%，为保证再生混凝土的流动性在150mm左右，要控制减水剂掺量。
表 1 粗骨料的物理性能1.2 试验方案按照JGJ/T 240—2011《再生骨料应用技术规程》，系统研究不同再生粗骨料取代率、水灰比对混凝土力学和耐久性的影响。
【文章编号】:1672-4011(2008)05-0006-02浅析混凝土冻融破坏机理及提高混凝土抗冻性能的对策江俊松,王泽云(西华大学建筑与土木工程学院,四川成都 610039) 【摘 要】:本文简要阐述了混凝土冻融破坏的直观特征和机理;根据混凝土的冻融破坏机理,提出了提高混凝土抗冻性能的主要措施。
【关键词】:混凝土;冻融破坏;抗冻性;措施 【中图分类号】:T U35212 【文献标识码】:B0 引言2008年1月,我国南方大部分地区普降暴雪,由于持续的冻雨天气,某些地区的不少电缆铁塔结冰达10φ以上。
在南方出现这样的灾害,实属罕见!我们所修建的混凝土建筑物、混凝土构筑物在抗冻性能方面的考虑比北方少很多。
这次灾害给我们敲响了警钟,使我们对南方地区的混凝土建筑物、混凝土构筑物的抗冻性能更加关注。
1 混凝土冻融破坏的直观特征混凝土发生冻融破坏的显著特征是表面剥落,严重时可能露出石子。
(如图a、b、c、d所示)在混凝土受冻过程中,冰冻应力使混凝土中产生裂纹。
冰冻所产生的裂纹一般多而细小,因此,在单纯冻融破坏的场合,一般不会看到较粗大的裂缝。
但是,在冻融反复交替的情况下,这些细小的裂纹会不断地扩展,相互贯通,使得表层的砂浆或净浆脱落。
当然,并不是说混凝土的表面剥落就一定是冻融破坏所造成的。
因为导致混凝土表面剥落的原因很多,除了冻融破坏以外,防冻盐使用不当、干湿交替、抹面较差、养护不良、化学侵蚀、磨损等都可能引起混凝土表面剥落,所不同的是冻融破坏不仅引起混凝土表面剥落,而且导致混凝土力学性能的显著降低。
大量试验研究表明:随着冻融次数的增加,混凝土的强度特性均呈下降趋势,其中反映最敏感的是抗拉强度和抗折强度,即随着冻融次数的增加,混凝土的抗拉强度和抗折强度迅速下降,而抗压强度下降趋势较缓。
2 混凝土冻融破坏的机理混凝土是由集料、水泥和水三部分组成。
用作集料的物质,不论是天然的岩石材料还是人工制造的材料,都不是完全密实的。
混凝土耐久性问题要点全总结一、什么是混凝土的耐久性混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下,不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。
混凝土耐久性与诸多因素有关，但在很大程度上取决于施工过程中的质量控制和质量保证以及结构使用过程中的正确维修与例行检测。
二、混凝土结构耐久性问题的分析混凝土耐久性问题，是指结构在所使用的环境下，由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力。
即所为的耐久性失效，耐久性失效的原因很多，有抗冻失效，碱-集料反应失效，化学腐蚀失效，钢筋锈蚀造成结构破坏等。
下面作具体分析。
1混凝土的冻融破坏结构处于冰点以下环境时，部分混凝土内孔隙中的水将结冰，产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，形成各种压力，当压力达到一定程度时，导致混凝土的破坏。
混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落，严重时可以露出石子。
混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关。
孔越少越小，破坏作用越小,封闭气泡越多，抗冻性越好。
影响混凝土抗冻性的因素，除了孔结构和含气量外，还包括：混凝土的饱和度，水灰比，混凝土的龄期，集料的孔隙率及其间的含水率等。
氯盐环境下混凝土结构耐久性理论与设计方法¥97.5购买2、混凝土的碱-集料反应混凝土的碱-集料反应，是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应,引起混凝土的膨胀,开裂,甚至破坏。
因反应的因素在混凝土内部，其危害作用往往是不能根冶的，是混凝土工程中的一大隐患。
许多国家因碱-集料反应不得不拆除大坝，桥梁，海堤和学校，造成巨大损失，国内工程中也有碱-集料反应损害的类似报道，一些立交桥，铁道轨枕等发生不同程度的膨胀破坏。
混凝土碱-集料反应需具备三个条件,即有相当数量的碱,相应的活性集料,水份。
反应通常有三种类型：碱-硅酸反应，碱-碳酸盐反应，慢膨胀型碱-硅酸盐反应，避免碱-集料反应的方法可采用：①尽量避免采用活性集料；②限制混凝土的碱含量；③掺用混合材。
混凝土抗冻性的主要影响因素及改善措施摘要：伴随着我国经济建设的突飞猛进，人民生活水平的日益提高，我国的公路交通事业得到了迅速的发展，公路建设开创了崭新的局面。
由于水泥混凝土路面具有强度高，稳定性好，耐久性好，造价适当，养护维修费用小，及利于夜间行车等诸多优点被越来越多应用于我国的道路建设中。
混凝土冻融破坏在我国北方地区的各种混凝土工程中有一定的普遍性,冻融剥蚀导致结构物的承载能力和稳定性下降,危及建筑物的安全性。
因此,混凝土的冻融剥蚀破坏是我国北方地区混凝土建筑物老化危害的主要因素之一。
本文探讨了影响混凝土抗冻性的主要影响因素，并讨论了改善混凝土抗冻性的技术措施。
关键词：混凝土；抗冻性；措施1混凝土的冻融破坏机理混凝土是一种多孔性材料,在拌制混凝土时为了得到必要的和易性,加入的拌和水总要多于水泥的水化水,这部分多余的水便以游离水的形式滞留于混凝土中,形成连通的占有一定体积的毛细孔,这种孔隙中的自由水就是导致混凝土遭受冻害的主要原因。
由膨胀压和渗透压理论可知,吸水饱和的混凝土在冻融过程中遭受的破坏力主要由两部分组成:一是膨胀压力。
当温度降到0℃以下时,水便凝结成冰,水结成冰且体积膨胀达9%,因受毛细孔约束形成膨胀压力;二是渗透压力。
由于表面张力作用,混凝土孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。
因而在粗孔中的水结冰后,冰与过冷水(存在于较细孔和凝胶孔中)的饱和蒸气压差和过冷水之间盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。
另外,过冷水迁移渗透的结果必然会使毛细孔中的冰的体积不断增大,从而形成更大的膨胀压力,当混凝土受冻时,这两种压力会损伤混凝土的内部微观结构,在经过反复多次冻融循环后,损坏逐步积累,不断扩大,发展成相互连通的大裂缝,使混凝土的强度逐渐降低,最后混凝土结构由表及里遭受破坏。
冻融对混凝土剥蚀破坏作用的大小取决于混凝土的抗冻性能、饱水程度、混凝土所处环境的最低气温、冻融速率、最大冻深和年冻融循环次数等因素。
混凝土冻融破坏机理及影响混凝土抗冻性能的主要因素摘要：由于我国经济的持续发展需要，人民生活质量的持续提升，必然会对水利建设提出更加严格的要求。
一想到水利工程，不少人会将其与混凝土相联系，因为混凝土的强度高、可塑性强、造价适宜、维护成本少等优势逐渐在水利建设领域得到广泛应用。
但是在我国北方一些地区，冬季严寒等因素会对混凝土的耐久性带来不容忽视的影响，所以我们需要更加深入地分析影响混凝土抗冻性能的相关要素，然后整理出混凝土冻融破坏机理，希望能够在技术层面给予持续升级与优化，由此能够为增强工程质量带来启发与指导。
关键词：混凝土；冻融破坏机理；影抗冻性能；主要因素引言：在我国北方地区，由于冬季较长、温差很大，在进行水利工程的建筑物施工期间不可避免地要考虑混凝土质量，否则很容易造成其耐久性减弱，这对于现场施工安全及后续维护等带来不利影响。
那么，该如何最大化地增强混凝土质量、提升其抗冻性能等已经成为很多学者探讨的一个重要课题。
一、混凝土冻融破坏机理混凝土是一种富含毛细孔的典型复合材料，其内部组成包括两大部门，即：水泥砂浆与粗骨料。
若要确保在浇筑的过程中能够具备较强的和易性，则需要在混凝土中加入一些拌和水，并且其加入量需要明显超过水泥所需要的水化用水量。
此时多余的水则会通过游离水的形式停滞在混凝土内，逐步转变成具有一定体积的连通毛细孔，而这就是引起混凝土遭遇到冻害的一个直接诱因。
现今很多学者在对混凝土的冻融破坏机理进行研究的过程中提出了不少理论与学说，其中美国学者提出的“渗透压”与“膨胀压”等理论体系是最受关注的。
该理论明确指出：吸水饱和状态的混凝土若出现冻融，那么其遭受到的破坏应力包括两大组成：①在混凝土中毛细孔水在某负温因素的影响下会出现物态转变，从水变成冰，此时体积会扩大9%，由于毛细孔壁限制而形成膨胀压力，那么能够在毛细孔四周的微观结构中形成拉应力。
②在毛细孔水冻结成冰块的情况下，在凝胶孔中过冷水于混凝土微观结构的迁移、重分布等情况下会形成渗透压。
硬化混凝土含气量和气孔结构与抗冻性的关系一、试验方案配制含气量为1%---7%的硬化混凝土，所用配合比见表3-1。
采用快速冻融法进行冻融试验，测定参数为相对动弹性模量和质量损失率，同时采用VISION208硬化混凝土检测仪测量硬化混凝土的气孔结构参数，所测定参数主要有气泡总个数、硬化混凝土含气量、气泡比表面积、气泡平均半径、气泡间距系数和气泡孔径分布。
通过VISION208硬化混凝土含气量检测仪获得的图片示例测定各组的气孔体系特征参数。
二、试验结果与分析1、混凝土含气量与抗冻性关系试验所测得的结果见表4-1和图4-1.从表4-1和图4-1知，未掺引气剂的基准混凝土抗冻融能力不到F150，其余的都达到F300，属于高抗冻等级的混凝土，从这一点也说明了引气对于高抗冻混凝土的重要性。
随着冻融次数的增加相对动弹性模量逐步降低，质量损失率增长。
不同含气量的混凝土抗冻融的能力是不一样的，含气量小的混凝土相对动弹性模量损失的较大一些，抗冻融能力稍差一些。
2、混凝土气孔参数与抗冻耐久性系数的关系混凝土气孔体系特征参数与抗冻耐久性系数的关系如表4-2和图4-2.以上试验结果表明:1. 在W /C相同的条件下，耐久性系数随硬化含气量增大而增大，随气泡间距系数的增大而减小。
2. 硬化含气量从3.58%增大到6.74%时，耐久性系数DF值从92.2%增大到98.7%，可见在本试验条件下，含气量大于3.58%时，耐久性系数就可以达到90%以上，符合高抗冻混凝土的要求。
3. 气泡间距系数从0.279mm减小到0.197mm时，耐久性系数从92.2%增大到98.7%，可见Powers提出的抗冻混凝土的<0.25mm的气泡间距准则是很保守的，本试验条件下，气泡间距系数可放宽到0.28mm.4. 硬化后含气量从1.74%增大到5.4%时，>1000μm孔径的孔所占的比例从6.19%减小到1.39%，耐久性系数从45.3%增大到98.1%，而含气量从5.4%继续增加到6.74%时，大孔所占的比例从1.39%增大到3.17%.耐久性系数只增加了0.6%。
混凝土孔结构与强度的关系摘要：强度是混凝土的一个最主要的力学性能指标，也一直是混凝土材料科学研究中的热点。
以往有关混凝土力学特性的模型大多是基于混凝土材料宏观层次的认识，其主要特点是把具有多相、非均匀性质的材料理想化为均匀、连续体进行建模，这种简化尽管在一定程度上满足了工程实践的需要，却难以用这种方法来研究混凝土材料内部微观或细观结构对材料强度所产生的影响，不能说明材料内部结构如孔结构变化时强度的变化规律，也不能用于指导如何改进材料的组成和微观结构而达到提高混凝土强度的目的。
本文主要从混凝土材料观结构的一个主要方面一一孔结构对混凝土强度的影响规律进行了分析。
通过对各种类型孔结构、孔隙率以及孔级配与强度之间的联系以及对混凝土强度产生影响。
关键词：混凝土；孔结构；孔隙率；强度Relationship between Structure and Strength of Concrete Abstract: Strength is one of the most important mechanical properties of concrete, and it has always been a hotspot in the scientific research of concrete materials. In the past, most of the models on the mechanical properties of concreteare based on the macroscopic understanding of concrete materials. The main feature is that the materials with multi-phase and non-uniform properties are idealized as uniform and continuous modeling. This simplification, though to a certain extent It is difficult to use this method to study the effect of the micro or meso-structure on the strength of the material in the concrete. It can not explain the change of the strength of the internal structure of the material, such as the change of the pore structure, To guide how to improve the composition of materials and microstructure to achieve the purpose of improving the strength of concrete. In this paper, the influence of the pore structure on the strength of concrete is analyzed from a major aspect of the concrete structure. Through the relationship between the various types of pore structure, porosity and pore gradation and strength, as well as the effect on the strength of the concrete.Key words: concrete; pore structure; porosity;strength.1 引言钢筋混凝土结构是当今应用最为广泛的结构形式，它作为结构物必须保证安全性、适用性与耐久性的功能要求，而能否达到规定的功能要求，作为主体的混凝土有着举足轻重的作用。
如何提高混凝土的强度和耐久性摘要：混凝土广泛用于工程建设当中,它的各种性质决定了工程的质量及可靠度,尤其是混凝土的强度和耐久性。
随着科技的发展,对混凝土的强度和耐久性的研究也取得了诸多成果。
从决定混凝土的强度和耐久性的根本原因入手,讨论如何提高混凝土的强度和耐久性。
关键词：混凝土耐久性强度原因分析措施一、影响混凝土强度的因素及改善措施1、水泥对混凝土强度的影响水泥标号对混凝土强度的作用是人们所熟知的, 同样配合比, 水泥标号愈高, 混凝土强度愈高, 水泥标号愈低, 混凝土强度愈低。
关于水泥用量对混凝土强度的影响, 一般认为“水泥越多混凝土强度越高”。
这个认识是不确切的: 一是没有前提。
这个前提应该是在水灰比不变的情况下。
如果水灰比不同,就无法谈高低问题。
二是两者间关系不是永恒的。
在水灰比不变的情况下, 混凝土强度有随水泥用量增加而提高的可能。
但当水泥用量增加到某一极限量时, 混凝土强度不但没有提高, 反而有下降的趋势。
从水泥用量对水泥石孔隙的影响来分析, 在某一水灰比时,水泥用量如果恰在水泥全部水化限度内, 则水泥石的孔隙率是最小的, 也就是水泥石强度是最高的。
如果水泥用量增加, 相应地水也要增加。
所以, 孔隙率不会再少, 相反地增加了水泥石在混凝土整个体积中的比例。
在混凝土中, 水泥石的强度远较集料强度低, 因此,过多的增加水泥不但不会提高混凝土的强度, 很可能要降低强度, 同时还要浪费水泥, 这在技术上和经济上都是不可取的。
2. 集料对混凝土强度的作用集料本身强度一般都高于混凝土强度, 所以集料强度对混凝土强度没不利影响。
但是集料的一些物理性质, 特别是集料的表面情况, 颗粒形状对混凝土强度有较大的影响, 相对地讲, 对混凝土的抗拉强度影响更大一些。
集料品种对混凝土强度的影响, 又与水灰比有关。
当水灰比小于0.4, 用碎石制成的混凝土强度较卵石要高, 两者相差值可达30%以上。
随着水灰比的增大, 集料品种的影响减小,当水灰比为0.65时, 用碎石和卵石制成的混凝土在强度上没有差异。
混凝土防冻剂的作用我国地域辽阔，在长江中下游、东北、华北、及内蒙、青海、新疆等地，冬季气温都在-5℃以下。
低温对混凝土十分不利，在这些地区的混凝土的破坏多数与冻融作用有关，混凝土在冻融循环作用下破坏是关系到建筑物使用寿命、工程质量、安全等方面的重大问题。
冻融破坏是混凝土水工建筑物损坏的主要形式之一，冻融破坏严重影响水工建筑的正常运行，必须充分认识它的严重性，了解其破坏原因，采取正确的设计、施工和管理措施以减轻冻融破坏对建筑物的影响，就此问题国内外混凝土专家对混凝土抗冻问题的研究日益重视，各自理论不断提出，各种方法不断采用，都力图通过对混凝土受冻机理研究而找到提高混凝土抗冻性能的更有效、更经济、更实用的方法。
1国内外关于混凝土受冻机理的研究状况如下1.1水转化为冰的相变过程常温下硬化混凝土是由未水化的水泥、水泥水化产物、集料、水、空气共同组成的气-液-固三相平衡体系，当混凝土处于负温下时，其内部孔隙中的水分将发生从液相到固相的转变。
对混凝土受冻破坏的现象，人们最初仅仅是以水结冰时体积膨胀9%这一自然现象来解释，认为这种现象和盛满水的密闭容器受冻后胀裂的破坏情况类似。
当孔溶液体积超过91%时，溶液结冰后产生膨胀压力使混凝土结构破坏。
但这种过于简单的观点无法解释复杂的混凝土受冻破坏的动力学过程。
而且试验表明水饱和度低于91%时，混凝土也可能受冻破坏。
这说明混凝土受冻破坏的机理远远不止这么简单。
大量的研究表明影响混凝土受冻破坏的原因很多，其机理相当复杂。
但从本质上说，混凝土受冻破坏主要取决于混凝土中水的存在形式。
1.2混凝土中水的存在形式及空隙中饱水程度在混凝土硬化初期混凝土中水存在形式：(1)结晶水。
如钙矾石等晶体中所含的水称结晶水，这部分水是不可能结冰的。
(2)吸附水。
也称凝胶水，存在于各种水化物，如钙矾石的胶凝孔中，因凝胶孔尺寸很小，一般为15!～20!之间仅比水分子大一个数量级，可认为在自然条件下这部分水是不可能结冰的。
