混凝土抗凍性能多尺度研究進展

雷　斌，鄒　俊，扶名福，熊進剛

(南昌大學建筑工程學院，南昌　330031)

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混凝土抗凍性能多尺度研究進展

雷斌，鄒俊，扶名福，熊進剛

(南昌大學建筑工程學院，南昌330031)

本文通過查閱當前國內外學者對混凝土抗凍性能的研究，在混凝土抗凍性能的宏觀、細觀和微觀方面進行了多尺度的總結，同時指出存在的問題并提出了今后研究方向。在宏觀方面，發(fā)現輕骨料的含水率對其混凝土抗凍性有顯著影響，普通再生骨料隨取代率的增加將降低混凝土的抗凍性能，陶瓷廢渣骨料對混凝土抗凍性能有一定的提高，水膠比越大，混凝土抗凍性能越差，礦物摻合料和外加劑可以提升混凝土的抗凍性能。腐蝕環(huán)境和應力狀態(tài)下將降低混凝土的抗凍性能。在細觀方面，孔隙率、孔徑分布與混凝土抗凍性能直接相關，混凝土細觀微裂紋的損傷演化的數值模擬是目前研究混凝土抗凍性能的重要手段。在微觀方面，混凝土中有害毛細孔和微裂紋的發(fā)展是混凝土抗凍性能降低的主要影響因素，混凝土界面過渡區(qū)是混凝土抗凍薄弱區(qū)域，易發(fā)生破壞。

混凝土； 多尺度； 抗凍性能

1　引　言

目前，國內外對于混凝土抗凍性能的研究已經取得了大量的成果[1]。尺度上大體可以分為宏觀研究(試件尺寸>10-2m)、細觀研究(試件尺寸在10-3～10-2m)和微觀研究(試件尺寸在10-6～10-3m)。許多的學者針對混凝土在凍融循環(huán)條件下進行了大量的宏觀試驗，他們通過改變混凝土的一些組分和水灰比，或者在在混凝土中摻入摻合料和外加劑并作對照試驗，以此來找出有助于提高混凝土抗凍性能的配比方案；一些學者則使用加載裝置模擬實際受力狀態(tài)，使得混凝土抗凍性能試驗數據更加具有工程實用性。另外有學者對試驗產物進行了細觀和微觀的觀察分析，試圖找出混凝土在凍融循環(huán)條件下的破壞機理。從細觀層次上看，一方面，孔隙率、孔徑分布等細觀孔結構參數直接影響著混凝土抗凍性能；另一方面，大多數學者從混凝土細觀微裂紋的損傷演化方面進行了研究，基于相應的概率分布理論和數字圖像處理技術，建立了混凝土的抗凍性能相應的數值模型。從微觀層次上看，在凍融循環(huán)條件下，混凝土中有害毛細孔和微裂紋的發(fā)展是混凝土抗凍性能降低的主要影響因素，而混凝土界面過渡區(qū)則比基體混凝土更加脆弱，易發(fā)生破壞。宏觀和細觀上的試驗研究可以直觀的得出混凝土材料的力學性能變化，而運用SEM等微觀掃描電鏡對混凝土材料微觀層次的產物變化、結構致密性狀變化可以有效的驗證宏、細觀試驗的研究成果。本文在此基礎上分析研究了當前的一些成果，對將來的混凝土抗凍性能研究提出了一些建議。

2　混凝土抗凍性能宏觀方面研究現狀

混凝土的耐久性能主要由其所組成的材料組成(內因)以及混凝土所處的環(huán)境(外因)共同決定，因而可以從影響因素即內因和外因兩個方面進行闡述混凝土的抗凍性能。

2.1內因

2.1.1骨料

混凝土中骨料的級配和分布情況將影響混凝土中的孔隙結構，而孔隙結構將影響混凝土的抗凍性能，因此，國內外已有學者對骨料與混凝土抗凍性能之間的關系進行了研究。宋玉普等[2]試驗發(fā)現未經凍融循環(huán)的引氣混凝土骨料與水泥砂漿邊界處結合較好，水泥砂漿內部未發(fā)現明顯裂縫。經過200次凍融循環(huán)后引氣混凝土骨料與水泥砂漿邊界處開始出現裂縫，但沒有貫通；經過400次凍融循環(huán)后引氣混凝土骨料與水泥砂漿邊界處的裂縫發(fā)展變寬，某些部位已經出現分離，水泥砂漿逐漸疏松。毛繼澤等[3]研究發(fā)現輕骨料含水率控制著輕骨料混凝土的抗凍性能，且隨著輕骨料含水率的增加,混凝土耐久性系數降低,混凝土表面的剝蝕損失率增加。Mao等[4]的研究發(fā)現高密度輕骨料混凝土表現出優(yōu)異的抗凍融性，低密度的輕骨料混凝土在低凍融速率下表現出較好的抗凍融能力，輕骨料和凍融速率對混凝土的抗凍融能力有一定的影響。陳德玉等[5]的研究表明凍融循環(huán)達到300次后,隨著再生骨料取代率的增加,再生混凝土的抗凍性能比天然骨料混凝土下降更多；改性骨料能在一定程度上改善混凝土的抗凍性能。孫家瑛等[6]研究發(fā)現在相同配合比下，再生細骨料混凝土的抗凍性能明顯比普通混凝土差；隨著再生細骨料最小粒徑減小、摻量增加，混凝土的抗凍性能下降。楊洪生等[7]研究發(fā)現混凝土的抗凍性能隨著再生骨料摻量的增加而下降。馮嘉等[8]的研究表明再生粗骨料混凝土的凍融質量損失率隨著再生骨料取代率的增加而下降；再生粗骨料混凝土的相對動彈模量比天然骨料混凝土低，但仍然達到了試驗設計的抗凍性要求。周宇等[9]研究發(fā)現再生粗骨料混凝土的抗凍性能整體上比原生混凝土差，且隨著再生骨料摻量的增加，抗凍性能下降。程云虹等[10]研究發(fā)現廢棄陶瓷骨料與水泥石界面與天然骨料與水泥石界面無明顯差異，在掃描電鏡鏡下觀察無明顯裂隙且骨料與水泥石咬合緊密；廢瓷陶瓷骨料混凝土與普通混凝土的最高凍融循環(huán)次數均為50次，試驗抗凍性能未表現出明顯差異。Medina等[11]研究了20%～25%的陶瓷工業(yè)廢渣骨料混凝土的抗凍性能，結果發(fā)現混凝土抗凍性隨著再生骨料含量的增加而增強。綜上可知，輕骨料的含水率對其混凝土抗凍性有顯著影響，而再生骨料混凝土的抗凍性能比天然骨料混凝土差，且隨再生骨料的摻入量的增加而降低，但陶瓷廢渣骨料在20%～25%的區(qū)間遞增時，混凝土的抗凍性能反而提高，可能是陶瓷廢渣骨料比普通再生混凝土骨料更加能提高混凝土的抗凍性能。

2.1.2水膠比

杜文龍等[12]設計了 3 組不同水灰比的試件進行對比試驗，發(fā)現隨著混凝土水灰比的降低，混凝土的動彈性模量損失、質量損失明顯降低，混凝土的抗凍性能得到提高。譚克鋒[13]的研究結果表明,水灰比越低,混凝土的抗凍性能越好,低水灰比的高強混凝土即使不摻引氣劑,抗凍性能也表現良好。Yi[14]在霜凍條件下對早齡期混凝土的凝固時間進行了研究，發(fā)現隨著水灰比的減小，混凝土抗壓強度降低率逐漸減小，原因是混凝土的毛細孔隙中出現了自由水的相變，導致其抗壓強度降低，從而導致了混凝土的抗凍性能下降。總體而言，水灰比越低，混凝土越致密，抗凍性能越好。

2.1.3礦物摻合料

尹興偉等[15]研究了單摻粉煤灰、雙摻粉煤灰和石灰粉再生混凝土在淡水、海水和硫酸鹽溶液等不同介質下的抗凍性能，試驗結果表明：在單摻粉煤灰摻量為20%或雙摻石灰粉和粉煤灰比例為3∶7時，可明顯提高再生混凝土的抗凍性能。徐長偉等[16]研究了粉煤灰和礦渣粉的摻入對新拌混凝土和易性和硬化混凝土強度以及抗凍性的影響，得出無論是單摻粉煤灰、單摻礦渣粉，還是兩者復摻，都能夠一定程度上改善引氣混凝土的和易性和抗凍性能。Ma等[17]用快凍法對高摻量礦物摻合料類型的高強混凝土、高強補償收縮混凝土和鋼纖維高強補償收縮混凝土進行了試驗，結果表明高強補償收縮混凝土的抗凍性能比高強混凝土弱，鋼纖維高強補償收縮混凝土抗凍性能比高強補償收縮混凝土強，鋼纖維形成的膨脹引起的裂縫表面可以抑制由礦物摻合料造成的損害。Mehmet等[18]研究發(fā)現廢橡膠的摻入可以提高透水混凝土的耐磨性和抗凍性能，同時會降低其抗彎性能。Ali等[19]研究了高摻量粉煤灰碾壓混凝土的抗凍融性能，在0.30、0.35、0.40和0.45等四種水膠比下從28種混合物中選出了7種最佳含水量的混合物進行凍融試驗，結果表明隨粉煤灰摻量的增加，試件的質量損失增加，抗凍性能下降。Fan等[20]研究了納米高嶺土粘土對混凝土抗凍融性的影響，試驗采用0.5水灰比同時使用0%，1%，3%，和5%質量比的納米高嶺土粘土替代普通水泥來制備試件，在125次凍融循環(huán)后，3%和5%質量比的試件仍然保持良好，并且其抗壓強度損失最小，這表明納米高嶺土粘土的摻入可以提高混凝土抗凍性能。綜上可得，外摻料的添入對混凝土抗凍性能有一定的提升。一般情況下，粉煤灰和礦物摻合料可以改善混凝土的孔隙結構，從而提高混凝土的抗凍性能，但是粉煤灰摻量過多，可能會影響混凝土的性能，使其抗凍性能下降。鋼纖維的使用可以進一步提高混凝土的抗凍性能，納米高嶺土粘土對混凝土也可以起到改良作用。

2.1.4化學外加劑

張粉芹等[21]的研究表明引氣劑可以較大程度的增加C30混凝土閉口孔隙率,提高了混凝土抗凍性能。周世華等[22]研究發(fā)現引氣劑的摻入降低了混凝土的強度，且摻引氣劑混凝土的強度隨氣泡平均半徑增大而降低。摻入引氣劑后，提高了混凝土的抗凍耐久性；氣泡間距系數是引氣混凝土抗凍性能的一個重要參數，當氣泡間距系數超過300 μm時，混凝土的抗凍性能較差。王慶石等[23]研究發(fā)現引氣劑的摻入，不僅提高了混凝土含氣量，而且使混凝土孔隙率、總孔體積、總孔面積增加，平均孔徑、孔間距系數減小，孔徑均勻分布，使混凝土的內部孔隙結構得到改善，提高了混凝土的抗凍性能，混凝土的含氣量在某個合理范圍時，不僅可以提高混凝土的抗凍性能，而且不致混凝土強度下降過多。Peng等[24]采用引氣劑和火山灰硅灰和粉煤灰等，對達到設計強度的50和60 MPa的混凝土進行300次凍融循環(huán)試驗，發(fā)現在0.32水膠比的混凝土中，引氣劑可以提高抗凍性能，火山灰可以用來提高混凝土的長期強度。董超穎等[25]的研究表明減水劑的加入顯著改善了混凝土的抗凍性能。葛勇等[26]總結無機鹽對混凝土耐久性影響，發(fā)現無機鹽外加劑的摻入造成混凝土孔結構劣化、毛細孔收縮力增大、水化產物尺寸穩(wěn)定性差滲透性增大或使混凝土產生裂紋，使混凝土抗凍性能降低。綜上可得，引氣劑和減水劑的摻入可以有效提高混凝土的抗凍性能，但無機鹽外加劑的摻入將降低混凝土的抗凍性能。

2.2外因

混凝土在實際工程中除了自身因素的影響外，還受到其他環(huán)境和荷載等因素的作用。目前，許多學者對復雜環(huán)境下的混凝土凍融進行了試驗研究。

2.2.1其他環(huán)境因素與凍融共同作用

楊文武等[27]分析認為凍融介質選擇海水或NaCl溶液濃度在0.6～0.8 mol/L范圍可以較好的模擬海洋環(huán)境，推薦使用混凝土抗凍耐久性指數DF來評價抗凍性能，這樣可以大大減少試驗次數。宿曉萍等[28]的研究表明在復合鹽-快速凍融試驗中，引氣混凝土比普通混凝土抗鹽凍破壞的能力強，隨著含氣量的增加而增大。而摻入粉煤灰的混凝土抗鹽凍破壞的能力反而比普通混凝土破壞嚴重。Zhang等[29]在3% NaCl溶液中對鋼纖維混凝土凍融循環(huán)的抗彎沖擊響應進行了研究，1.5%(體積分數)的鋼纖維對混凝土的重量損失在3% NaCl溶液中凍融循環(huán)影響小，隨彎曲沖擊試驗的增加，底部和側邊的殘余應變增大。在0，100，150，200次的鋼纖維混凝土凍融，殘余應變和沖擊試驗的數量之間的關系可以用一個良好的相關性系數的指數函數擬合。張士萍等[30]的研究發(fā)現碳化過程中氫氧化鈣轉變成碳酸鈣，使水泥漿體結構密實，混凝土抗凍性提高。

2.2.2荷載與凍融因素共同作用

宋玉普等[31]根據試驗結果分析了極限抗壓、抗拉強度隨凍融循環(huán)次數和應力比的變化規(guī)律。在主應力空間，建立了不同凍融循環(huán)次數后考慮應力比影響的雙軸破壞準則；對于雙軸壓，建立了同時考慮應力比及凍融循環(huán)次數影響的破壞準則，對于雙軸拉-壓，建立了八面體應力空間的破壞準則。Colombo等[32]研究凍融循環(huán)后的纖維增強混凝土的拉伸性能，發(fā)現熱循環(huán)和材料基體自愈以及后期材料水化對材料的性能影響最大。總之，在腐蝕環(huán)境和荷載作用加速了混凝土的凍融破壞，但在三軸壓力作用下混凝土的抗凍性能得到了提升。Jang等[33]研究了在凍融循環(huán)條件下聚乙烯醇纖維混凝土的抗彎疲勞性能，在凍融循環(huán)下用車輪荷載對素混凝土和聚乙烯醇纖維混凝土試件進行彎曲疲勞試驗，建立了與聚乙烯醇纖維增強的彎曲疲勞性能相關的應力比-疲勞壽命關系曲線，彎曲疲勞試驗表明，反復凍融作用不僅降低了靜力強度也大大減少了抗疲勞破壞性能。Shang等[34]研究了素混凝土在不同凍融循環(huán)下不同壓應力作用下的雙向擠壓作用下的強度與變形關系，試驗結果表明：隨著凍融循環(huán)次數的重復，混凝土的雙軸抗壓強度下降，并提出了在主應力空間的雙軸抗壓強度公式。Shang等[35]對加氣混凝土在三軸應力作用下進行凍融循環(huán)，發(fā)現在同一凍融循環(huán)次數下，固定應力比σ2∶σ3=1∶1，應力比σ1∶σ3從0到0.2變化時，材料的三軸抗壓強度要高于任意應力比的雙軸抗壓強度。燕坤等[36]研究發(fā)現施加外部彎曲荷載使快速碳化28 d后的普通混凝土和大摻量礦物摻合料混凝土的凍融破壞加快，對高耐久性混凝土的抗凍性能的影響較小。在MgSO4溶液的化學腐蝕作用下，施加彎曲荷載降低了普通混凝土和大摻量礦物摻合料混凝土碳化以后的抗凍性。孫偉等[37]的研究表明彎曲荷載加快了混凝土在凍融和鹽湖鹵水腐蝕過程中相對動彈性模量的降低速度。

就目前外因的研究現狀來看，在凍融循環(huán)條件下，施加彎曲荷載或軸向荷載將降低混凝土的抗凍性能，但三軸應力作用可以限制其軸向裂紋及空洞的發(fā)展，提高混凝土的抗凍性能，鹽腐蝕環(huán)境也會加快混凝土抗凍性能的退化，在復雜環(huán)境下(即荷載與鹽腐蝕共同作用)，混凝土的抗凍性能下降更快。

3　混凝土抗凍性能細觀方面研究現狀

羅曉輝等[38]通過凍融循環(huán)試驗，依據不同的損傷定義，總結出普通混凝土與高性能混凝土的宏觀強度損傷與細觀孔洞結構的相互關系，并進一步得出混凝土損傷劣化特性規(guī)律，發(fā)現隨著有害孔洞的增加，混凝土抗凍性能降低。鈕長仁等[39]研究了負溫高強泵送混凝土的抗凍臨界強度，同時研究了不同程度凍融損傷的混凝土的細觀結構，發(fā)現表征細觀層次氣孔的各項參數可以有效地反映出混凝土的凍融損傷狀況。Gonen等[40]研究了凍融循環(huán)對礦物摻合料混凝土孔隙率和毛細吸水的影響,發(fā)現毛細管吸水率和孔隙率增加，抗壓強度和超聲波脈沖速度下降，毛細管吸水率受凍融循環(huán)影響最大。劉衛(wèi)東等[41]采用共振法和超聲法進行試件的波速和頻率測試,，得到了凍融循環(huán)200次混凝土試件的損傷參量特征值和強度變化規(guī)律，分析了纖維混凝土凍融損傷破壞的細觀機理,結合動彈性模量和超聲波速相對值的變化特點,根據細觀損傷力學和數學模擬的方法建立了纖維混凝土凍融損傷本構模型。Zhao等[42]使用光纖傳感器對混凝土結構的凍融循環(huán)進行實時檢測，采用混凝土的殘余應變作為評價混凝土抗凍性能的指標。Qiao等[43]對低降解骨料(受侵蝕或破裂作用后的退化骨料)混凝土凍融破壞進行了內聚破壞和概率損傷分析，基于三參數威布爾分布模型，用非線性回歸分析方法建立了相對斷裂能和凍融循環(huán)次數之間的關系，通過建立的模型的預測數據和試驗數據之間的比較，證明了模型的準確性。Li等[44]提出了一種基于真空-環(huán)氧浸漬法和數字圖像處理技術的混凝土凍融損傷評價方法，采用定量分析和力學性能測試手段包括微裂紋的壓縮試驗，彎曲試驗和軸向拉伸試驗和不同的凍融循環(huán)周期下未加氣混凝土的凍融試驗，對混凝土試件基體裂紋特征的演變(包括界面過渡區(qū)(ITZ)裂縫和砂漿裂縫)進行了觀測，建立了相對力學性能和微裂紋密度之間的關系。Fursa等[45]提出了沖擊激勵下的電響應參數對混凝土的凍融損傷評價方法，研究了不同類型的骨料及不同尺寸的混凝土塊，實驗結果表明，該方法可用于凍融混凝土的損傷演化-監(jiān)控，且比聲學法更能有效地估算混凝土的損傷。Ding等[46]通過在混凝土中添加納米炭黑、碳纖維和鋼纖維形成三相導電塑性混凝土，用阻抗變化率和凍融循環(huán)次數來表示凍融循環(huán)下的累積損傷。Li等[47]研究了凍融循環(huán)下堿礦渣混凝土的斷裂性能并用響應曲面法建立了響應面模型，用以預測堿礦渣混凝土斷裂韌性，發(fā)現斷裂韌性隨凍融次數的增加而降低，隨時間的增長，其下降速率和程度提高。

就細觀研究現狀而言，在凍融循環(huán)條件下，從一些學者對混凝土的細觀結構的研究上看，孔隙率、孔徑分布等細觀孔結構參數與混凝土抗凍性能直接相關；大多數學者使用包括共振法和電響應以及聲發(fā)射技術等現有的損傷探測技術，檢測混凝土細觀微裂紋的損傷演化，依據所得數據，采用合適的概率分布公式以及數字化的圖像處理技術，建立相應的數值模型，進而研究混凝土的抗凍性能，但他們在此類研究上缺乏橫向對比，試驗對象較為單一，通用性較差。

4　混凝土抗凍性能微觀方面研究現狀

方永浩等[48]研究發(fā)現用壓汞法和掃描電子顯微鏡研究了凍融循環(huán)作用下硬化水泥漿體和混凝土宏觀與細觀結構的變化。結果表明凍融以后硬化水泥漿體和混凝土中砂漿的孔隙率，特別是大于50 nm的毛細孔體積和微裂紋增大較多，導致硬化水泥漿體由密實體向松散體發(fā)展，最后導致粗骨料與砂漿分離。指出了快速凍融破壞機理與自然條件下緩慢凍融的破壞機理存在差異。張永存等[49]的研究表明雙摻粉煤灰和適量引氣劑，可以改善混凝土內部的孔結構，使孔徑在50 nm以下的孔所占比例明顯提高，100～200 nm范圍內的有害孔大大減少，從而使混凝土的抗凍融能力顯著增強。汪在芹等[50]研究發(fā)現凍融破壞使水泥水化產物的結構從堆積狀密實體逐步變成疏松狀態(tài)，氣泡壁逐步出現了開裂。孔徑25～75 nm之間的孔隙所占的比例呈增大趨勢。付亞偉等[51]研究了高性能堿礦渣混凝土的凍融耐久性、微觀結構、性能機理、凍融后內部損傷變量的變化規(guī)律及損傷模型，建立了以相對動彈模量為損傷變量的高性能堿礦渣混凝土凍融損傷模型，模型能夠較好地反映高性能堿礦渣混凝土的凍融損傷規(guī)律和損傷程度。Gokce等[52]對含再生粗集料的引氣混凝土抗凍融性研究發(fā)現再生粗骨料降低了材料的抗凍性能。微觀結構研究表明，在一定次數的凍融循環(huán)后，非引氣基體混凝土的再生粗骨料和砂漿解體破壞了周圍的新砂漿。Sicat等[53]對混凝土凍融循環(huán)過程界面過渡區(qū)的變形性能進行了試驗研究，發(fā)現界面過渡區(qū)表現出比基體混凝土和骨料更高的孔隙率和更低的強度以及較高的變形。

從微觀層次上看，混凝土的抗凍性能與其微觀孔結構關系緊密，隨著凍融循環(huán)的進行，50 nm以上的毛細孔和微裂紋迅速增加，使混凝土原先致密的結構變得松散，且有害孔中的滲透壓和靜水壓進一步加大，迫使周邊較小孔隙進一步破壞，形成惡性循環(huán)。礦物摻合料和引氣劑的加入有效的改善了微觀孔隙結構，提高了混凝土的抗凍性能。在微觀界面上看，混凝土界面過渡區(qū)孔隙率高、強度低，是混凝土凍融作用的脆弱區(qū)，易發(fā)生破壞。從目前微觀抗凍性能的研究上看，在凍融作用下混凝土的微觀產物及其變化對混其抗凍性能的研究以及對孔結構與混凝土微觀產物綜合作用的混凝土抗凍性能的研究較少，亟待加強。

5　結論與建議

從上述的研究現狀可以得出以下幾個觀點：

(1)目前，國內外對混凝土抗凍性能的影響因素的研究還盡不全面，尚未得出一個系統(tǒng)而統(tǒng)一的結論，大多是從試驗方面去進行對比驗證，還沒有形成一套完整的理論分析體系。大多數的試驗加載形式單一，較少涉及到多種類型荷載共同作用下的混凝土抗凍性能的研究，而工程中混凝土多處于復雜荷載作用下，因此，開展此類試驗極具實際意義；

(2)在宏觀方面，混凝土的抗凍性能由材料組成和外界環(huán)境因素共同決定。不同類型的骨料對混凝土抗凍性能影響各異，輕骨料的含水率對其混凝土抗凍性有顯著影響，普通再生骨料取代率越高，其抗凍性能越差，陶瓷廢渣骨料對混凝土的抗凍性能有一定的提高，建議從骨料對抗凍性能的影響在細觀和微觀方面進行研究。水膠比越低，混凝土越致密，抗凍性能越好。一般情況下，礦物摻合料可以改善混凝土的孔隙結構，從而提高混凝土的抗凍性能，但是粉煤灰摻量過多，可能會影響混凝土的性能，使其抗凍性能下降。目前的研究表明，引氣劑和減水劑能夠提高混凝土的抗凍性能，無機鹽外加劑的摻入使其抗凍性能降低。在凍融循環(huán)條件下，鹽類腐蝕環(huán)境和應力作用將降低混凝土的抗凍性能；

(3)在細觀方面，現有的研究主要考慮了混凝土凍融損傷破壞機理及其數值模擬等內容來研究混凝土的抗凍性能。建議對細觀研究制定定量化的指標，確定混凝土抗凍性能的數值關系，明確研究目標，縮減工作量；

(4)在微觀方面，現有的研究主要是針對過渡界面區(qū)的形變及界面特性進行研究，以及混凝土微觀孔隙結構分布及其變化對混凝土抗凍性能的影響。而在復雜環(huán)境下(如鹽腐蝕環(huán)境等)，混凝土可能發(fā)生化學反應，形成新的微觀產物并改變其微觀結構和性質。目前對此類凍融微觀產物及其變化對混凝土抗凍性能的研究較少，對孔結構與此類混凝土微觀產物綜合作用的混凝土抗凍性能的研究不夠深入。

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Research Progress of Multi Scale on Frost Resistance of Concrete

LEIBin,ZOUJun,FUMing-fu,XIONGJin-gang

(Department of Building Engineering,Nanchang University,Nanchang 330031,China)

A literature review on the frost resistance of concrete conducted by domestic and foreign scholars from macro, meso and micro aspects, that is multiscale aspects, is carried out in this paper, at the same time, it points out the existing problems and puts forward the future research direction. On the macro aspect, it is found that the moisture content of the lightweight aggregate has a significant effect on the frost resistance of concrete. The frost resistance of concrete will be decreased with the increase of the recycled aggregate replacement rate. Ceramic waste slag aggregate has a certain improvement on the frost resistance of concrete. The lower the water binder ratio, the worse the frost resistance of concrete. Mineral admixture and additives can improve the frost resistance of concrete. Corrosion environment and stress state will reduce the frost resistance of concrete. On the meso aspect, the porosity and pore size distribution are directly related to the frost resistance of concrete. Numerical simulation on the damage evolution of micro-cracks in concrete is an important method to study the frost resistance of concrete. On the microscopic aspect, the harmful pores and micro cracks development in concrete are the main influencing factors of concrete frost resistance decreased. Concrete interfacial transition zone is a weak area for concrete frost resistance, which is easy to be destroyed.

concrete;multiscale;frost resistance

國家自然科學基金(51562024)；江西省自然科學基金(20151BAB206057)；江西省重點研發(fā)計劃(20161BBG70056)

雷斌(1980-)，男，副教授，博士.主要從事混凝土結構耐久性方面的研究．

TU528

A

1001-1625(2016)07-2135-07