北方地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)在常水位以下的部位,海水基本充滿了混凝土的孔隙。當(dāng)冬季氣溫下降至水的冰點(diǎn)以下時(shí),水就會(huì)結(jié)冰,結(jié)冰過程就等同于體積增加的過程,而孔的大小未變,必然會(huì)引起很大的孔壁壓力,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生微小裂縫。次年春天冰化成水,反復(fù)循環(huán)下,冰凍的破壞作用不斷向深度發(fā)展。在工程中,凍融循環(huán)對混凝土結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。
1 凍融循環(huán)對混凝土的影響
1.1 凍融循環(huán)對海水中的混凝土力學(xué)性能的影響
凍融循環(huán)對混凝土強(qiáng)度的影響較為明顯,隨著凍融次數(shù)的增加,混凝土各類強(qiáng)度均呈下降趨勢。凍融循環(huán)100次以后,強(qiáng)度下降幅度近似直線下降。在抗壓強(qiáng)度、抗折、劈拉強(qiáng)度中,抗折強(qiáng)度變化,下降幅度也。因此,在以抗折為主的構(gòu)件中,對混凝土的抗凍性應(yīng)提出更高要求。凍融循環(huán)等于100次時(shí),海水中的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度分別下降至64%、34%、72%,在工程設(shè)計(jì)中必須考慮此項(xiàng)影響。
1.2 凍融循環(huán)對海水中混凝土耐久性的影響
凍融循環(huán)對混凝土耐久性的影響主要表現(xiàn)在對氯離子擴(kuò)散性的影響。凍融循環(huán)會(huì)明顯加強(qiáng)混凝土中氯離子滲透含量?；炷量紫吨械乃蚪Y(jié)冰而膨脹,使孔壁產(chǎn)生拉應(yīng)力,擴(kuò)展了混凝土原有的微裂縫,同時(shí)也會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生新的微裂縫,當(dāng)孔隙中的冰融化時(shí),微裂縫又有所閉合。隨著環(huán)境溫度的升降,微裂縫循環(huán)張開、閉合,并逐步增多、擴(kuò)大,導(dǎo)致混凝土內(nèi)部形成較多和較大的滲透通道,一旦微裂縫貫通,就大大增加了混凝土的滲透性。此外,海水中含有大量的nacl,結(jié)冰后混凝土體積膨脹率和滲透性增大,使飽和后的混凝土表面嚴(yán)重剝落,更多的氯離子滲透到結(jié)構(gòu)中的鋼筋表面,使鋼筋鈍化膜失去了保護(hù)作用造成鋼筋腐蝕,從而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效。
1.3 混凝土的凍害機(jī)理
混凝土是由水泥、水和砂、石按適當(dāng)比例配合,拌制成拌合物。在拌制過程中加入的水總是多于水泥水化作用所需要的水,多余的游離水滯留于水泥石與砂石骨料接觸面上的縫隙和毛細(xì)管中,孔道中的自由水就是引起混凝土遭受凍融循環(huán)的主要內(nèi)在因素。處于飽水狀態(tài)的混凝土受凍時(shí),其毛細(xì)孔壁同時(shí)承受膨脹壓及滲透壓兩種壓力。當(dāng)這兩種壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土就會(huì)開裂,鋼筋腐蝕,耐久性減弱,其強(qiáng)度也逐漸降低,最后甚至喪失。
2 工程中對凍融循環(huán)處理措施的建議
2.1 混凝土中摻入聚丙烯腈纖維和引氣型減水劑
聚丙烯腈纖維是一種直徑小、單位體積數(shù)量多、易分散、耐酸堿和耐溫性強(qiáng)、彈性模量低的新型的有機(jī)纖維。它在混凝土拌合物中的摻入量很低,卻能顯著減少混凝土因體積收縮變形引起的微裂縫,增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和混凝土的耐久性。纖維在混凝土中發(fā)揮的作用在很大程度上取決于微細(xì)纖維與混凝土界面的結(jié)合狀況。條狀纖維的表面刻痕附著了大量的水化硅酸鈣凝膠,有利于提高聚丙烯腈纖維與混凝土間的粘結(jié)力,從而使纖維能夠充分地發(fā)揮其三維空間網(wǎng)狀協(xié)調(diào)效應(yīng),阻止混凝土在多次凍融循環(huán)作用下裂縫的生成和貫通。纖維具有易分散的特性,大量分散的微細(xì)纖維能更全面的阻止混凝土微裂縫的生成。
在混凝土中加入引氣劑,減少混凝土沁水離析、改善和易性,同時(shí)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量均勻分布且不連通的微小氣泡,提高了混凝土的含氣量。這些封閉的氣泡堵塞了混凝土中毛細(xì)管滲水通道,對凍融過程中產(chǎn)生的孔壁壓力和毛細(xì)孔水的滲透壓力起到了一定的緩解作用,減小凍融對結(jié)構(gòu)的破壞力,顯著提高了混凝土的抗凍融能力,同時(shí),混凝土質(zhì)量、強(qiáng)度損失仍在要求范圍之內(nèi)。
2.2 非凍融季節(jié),持續(xù)的灑水養(yǎng)護(hù)
在多次凍融循環(huán)的作用下,混凝土內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)許多微小的新裂縫,致使未水化的水泥內(nèi)核與水充分接觸的條件下,進(jìn)一步進(jìn)行水化反應(yīng)和與ch的二次水化反應(yīng)。水化產(chǎn)物的積累逐漸填充微裂縫,使孔腔體積不斷減少,混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越密實(shí)。這就是混凝土在經(jīng)受多次凍融循環(huán)破壞后經(jīng)灑水養(yǎng)護(hù)后的自修復(fù)現(xiàn)象。因此,在非凍融季節(jié),對混凝土結(jié)構(gòu)的常水位以下部位進(jìn)行持續(xù)的灑水養(yǎng)護(hù),有利于混凝土自愈能力的發(fā)揮,能簡單有效的提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性。
2.3 表面涂覆yjh滲透結(jié)晶型防水材料
yjh防水材料通過具有催化作用的物質(zhì)促使未水化的殘存水泥內(nèi)核在混凝土內(nèi)部孔隙中反應(yīng)形成晶體,隔斷毛細(xì)孔滲水通道,提高混凝土的抗?jié)B性。而且它可溶于水,在孔隙中滲透,遍布整個(gè)結(jié)構(gòu)。當(dāng)混凝土中產(chǎn)生新的微縫隙時(shí),一旦有水滲入,又可與未水化的殘存水泥發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生新的晶體把孔隙填充,等同于一種自愈作用和性防水抗?jié)B能力。同時(shí),yjh滲透結(jié)晶型防水材料具有較強(qiáng)的耐化學(xué)侵蝕能力,正常使用的ph值范圍是3.0~12.0。
在混凝土表面涂覆yjh滲透結(jié)晶型防水材料,可以顯著提高混凝土的耐久性、混凝土或砂漿的強(qiáng)度和增加混凝土抗?jié)B能力的作用,能有效的抵抗化學(xué)侵蝕作用、吸濕作用、毛細(xì)作用及凍融循環(huán)的破壞。
3 結(jié)論
混凝土在凍融破壞過程中,密實(shí)度和強(qiáng)度均下降,其中抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度反映敏感;凍融循環(huán)會(huì)增大和增多了氯離子滲透的通道;凍融循環(huán)次數(shù)越多,凍融作用越明顯。對工程中凍融循環(huán)處理措施的建議:在混凝土中加入低摻量聚丙烯腈有機(jī)纖維和引氣型減水劑;在非凍融季節(jié),對混凝土結(jié)構(gòu)的常水位以下部位進(jìn)行多次灑水養(yǎng)護(hù);在混凝土表面涂覆yjh滲透結(jié)晶型防水材料。