混凝土凍害劣化機理

【摘 要】 混凝土凍害會使混凝土的組織膨脹劣化、表面層剝落與開裂等現象，凍害對建筑物的正常使用產生了較大影響，甚至危及安全問題，本文討論了混凝土劣化的機理。

【關鍵詞】 混凝土；凍害；機理

【Abstract】 Freezing of concrete will cause deterioration of the concrete's tissue expansion， peeling and cracking of the surface layer， etc. Freezing damage will have a greater impact on the normal use of the building and even endanger the safety problem. This paper discusses the mechanism of concrete degradation.

【Key words】 Concrete；Freezing damage；Mechanism

隨著國民經濟的不斷發展，各種各樣的建筑物在不斷地涌現，混凝土是大部分建筑物的主要材料之一，在寒冷地區，混凝土的凍害對建筑物的正常使用產生了較大影響，甚至危及安全問題，本文討論了混凝土凍害劣化的機理。

1. 凍害的定義與類型

混凝土中的凍害，是由于混凝土細孔中的水分受到凍結，伴隨著這種相變，產生膨脹壓力；剩余的水分流到附近的孔隙和毛細管中，在水運動的過程中，產生液體壓力；膨脹壓力及液體壓力，使混凝土被破壞。這種現象稱之為混凝土的凍害，凍害的基本機理除了混凝土的組織膨脹劣化之外，表面層剝落與開裂等現象均會發生。

1.1 膨脹劣化。

這是混凝土凍害的基本機理，一般結構物均能見到的一種凍害現象。劣化基本原因是由于混凝土中水分凍結，水泥石的組織發生膨脹，初期時觀察到裂紋發生，繼續進行凍融時，混凝土的組織產生崩裂。混凝土由于凍融而產生的裂紋是龜甲狀的。當混凝土內部膨脹超過極限值時，部分混凝土產生崩裂。對于這種凍害，摻人適量的引氣劑是相當有效的。

1.2 表層剝離。

由于混凝土表面受水分濡濕，潮濕部分由于膨脹劣化，出現表層剝落。在這種情況下，僅摻人引氣劑是對付不了的，最重要的是降低水灰比和充分養護，使混凝土的結構致密。

混凝土由于凍害表層剝離有如下幾種情況：

（1）水灰比大的混凝土受凍融作用時，常常產生表層剝落；

（2）海水等鹽害與凍融復合作用時，發生表面剝落；

（3）由于泌水，混凝土表層疏松，凍融時，表面剝落。

1.3 崩裂。

由于使用了多孔質吸水率高的骨料，骨料中水分凍結膨脹，骨料表面砂漿剝離，這種現象稱為崩裂。在這種情況下，即使摻人引氣劑，也難以預防。

2. 凍害劣化機理

2.1 除了由于崩裂之外，混凝土的凍害破壞，基本上都是由于凍融作用、硬化水泥石的組織結構發生膨脹而造成的。發生凍害的混凝土，在凍結時發生異常的膨脹；解凍后，有一部分膨脹仍殘留下來。受凍溫度越低，膨脹值越大，殘留膨脹值是凍害劣化的指標，動彈性模量降低?？估瓘姸冉档?。如圖1和圖2所示。

2.2 Powem的水壓理論：凍害是由于混凝土孔縫中水的結冰，生成壓力使水移動，水在移動過程中產生液體壓力。T.C.Powers理論能說明以下幾點。

（1）凍害是從溫度低的表層開始，表層毛細管中的水分先凍結。

（2）伴隨著水分凍結而發生膨脹，擠壓未凍結的水分，向未受凍的混凝土內部移動。

（3）向內部流動的水，通過微孔過程發生粘性阻力，形成水的壓力梯度；這種水的移動壓力如果超過混凝土的抗拉強度，就會產生混凝土的劣化。

2.3 當混凝土的組織致密、透水性越低，凍結速度越快，凍結水量越多時，移動水的壓力就會越大。這個機理說明了由于引氣，緩和了水流壓力，有效地防止了凍害。而水壓力的緩和與水的移動距離，與氣泡間隔系數間的關系是十分重要的。

2.4 伴隨著凍結溫度降低，劣化繼續進行，但這個理論并不能說明即使是0℃以下也持續膨脹，但混凝土并沒有劣化。為此，其后對該理論進行了修正。加入了：“毛細管中水分凍結之后，凝膠水向冰晶方向擴散”的內容；也就是說，必須注意到結冰形成時，一部分水泥石產生膨脹，而另一部分由于C-S-H凝膠失水，會產生收縮，要考慮到這兩部分的疊加作用。

2.5 關于水分擴散移動的作用，從未凍結內部向凍結表層移動和擴散，是其重要的觀點。

（1）臨界飽和度 水結冰時壓力顯著增大。如混凝上內部具有一定含氣量時，就可以避免結冰壓力帶來的損傷破壞、也就是說，凍害發生與否與混凝上的飽水程度有關（見圖3）：超過臨界飽和度的混凝上就發生受凍破壞。

（2）水分凍結溫度 通常水處于結冰階段時，發生9%的體積膨脹?；炷猎?℃以下的溫度時，隨著溫度降低，混凝土體積持續膨脹；劣化也隨著溫度的降低而嚴重。因為隨著溫度降低，比較小的孔徑中的水結冰；溫度越低，結冰的水量增大，影響也越大。在細毛細孔中的水分，結冰溫度比水的相變溫度低?；炷林械乃宣}類時，凍結溫度也隨之降低。

參考文獻

[1] 張雄. 張永娟. 現代建筑功能材料 [M]. 化學工業出版社，2009.

[2] 陳建奎. 《混凝土外加劑原理與應用》中國計劃出版社， 2004.

[文章編號] 1619-2737（2018）01-18-638

[作者簡介] 陳善江（1973.8-），男，籍貫：浙江新昌，工作單位：浙江景成工程管理有限公司。