冻融循环对混凝土中氯离子含量的影响及处理措施

摘要 本文通过分析冻融循环对混凝土中氯离子含量的影响,对海水中混凝土力学性能(抗压强度、抗折、劈拉强度、弹性模量)的影响,探讨了混凝土冻融循环的破坏机理。处理措施:在混凝土中加入低掺量(体积掺量≤0.2%)聚丙烯腈有机纤维;在非冻融季节,对混凝土结构的常水位以下部位进行多次洒水养护;混凝土表面涂覆YJH渗透结晶型防水材料。

关键词 冻融循环;氯离子的扩散性;聚丙烯腈有机纤维;YJH渗透结晶型防水材料

中图分类号TU528 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)22-0064-02

0 引言

北方地区的混凝土结构在常水位以下的部位,海水基本充满了混凝土的孔隙。当冬季气温下降至水的冰点以下时,水就会结冰,结冰过程就等同于体积增加的过程,而孔的大小未变,必然会引起很大的孔壁压力,导致混凝土产生微小裂缝。次年春天冰化成水,反复循环下,冰冻的破坏作用不断向深度发展。在工程中,冻融循环对混凝土结构的影响不容忽视。

1 冻融循环对混凝土的影响

1.1 冻融循环对海水中的混凝土力学性能的影响

冻融循环对混凝土强度的影响较为明显,随着冻融次数的增加,混凝土各类强度均呈下降趋势。冻融循环100次以后,强度下降幅度近似直线下降。在抗压强度、抗折、劈拉强度中,抗折强度变化最快,下降幅度也最大。因此,在以抗折为主的构件中,对混凝土的抗冻性应提出更高要求。冻融循环等于100次时,海水中的混凝土抗压强度、抗折强度、劈拉强度分别下降至64%、34%、72%,在工程设计中必须考虑此项影响。

1.2 冻融循环对海水中混凝土耐久性的影响

冻融循环对混凝土耐久性的影响主要表现在对氯离子扩散性的影响。冻融循环会明显加强混凝土中氯离子渗透含量。混凝土孔隙中的水因结冰而膨胀,使孔壁产生拉应力,扩展了混凝土原有的微裂缝,同时也会在内部产生新的微裂缝,当孔隙中的冰融化时,微裂缝又有所闭合。随着环境温度的升降,微裂缝循环张开、闭合,并逐步增多、扩大,导致混凝土内部形成较多和较大的渗透通道,一旦微裂缝贯通,就大大增加了混凝土的渗透性。此外,海水中含有大量的NaCl,结冰后混凝土体积膨胀率和渗透性增大,使饱和后的混凝土表面严重剥落,更多的氯离子渗透到结构中的钢筋表面,使钢筋钝化膜失去了保护作用造成钢筋腐蚀,从而钢筋混凝土结构耐久性失效。

1.3 混凝土的冻害机理

混凝土是由水泥、水和砂、石按适当比例配合,拌制成拌合物。在拌制过程中加入的水总是多于水泥水化作用所需要的水,多余的游离水滞留于水泥石与砂石骨料接触面上的缝隙和毛细管中,孔道中的自由水就是引起混凝土遭受冻融循环的主要内在因素。处于饱水状态的混凝土受冻时,其毛细孔壁同时承受膨胀压及渗透压两种压力。当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会开裂,钢筋腐蚀,耐久性减弱,其强度也逐渐降低,最后甚至完全丧失。

2 工程中对冻融循环处理措施的建议

2.1 混凝土中掺入聚丙烯腈纤维和引气型减水剂

聚丙烯腈纤维是一种直径小、单位体积数量多、易分散、耐酸碱和耐温性强、弹性模量低的新型的有机纤维。它在混凝土拌合物中的掺入量很低,却能显著减少混凝土因体积收缩变形引起的微裂缝,增强混凝土结构的承载力和混凝土的耐久性。纤维在混凝土中发挥的作用在很大程度上取决于微细纤维与混凝土界面的结合状况。条状纤维的表面刻痕附着了大量的水化硅酸钙凝胶,有利于提高聚丙烯腈纤维与混凝土间的粘结力,从而使纤维能够充分地发挥其三维空间网状协调效应,阻止混凝土在多次冻融循环作用下裂缝的生成和贯通。纤维具有易分散的特性,大量分散的微细纤维能更全面的阻止混凝土微裂缝的生成。

在混凝土中加入引气剂,减少混凝土沁水离析、改善和易性,同时使混凝土内部产生大量均匀分布且不连通的微小气泡,提高了混凝土的含气量。这些封闭的气泡堵塞了混凝土中毛细管渗水通道,对冻融过程中产生的孔壁压力和毛细孔水的渗透压力起到了一定的缓解作用,减小冻融对结构的破坏力,显著提高了混凝土的抗冻融能力,同时,混凝土质量、强度损失仍在要求范围之内。

2.2 非冻融季节,持续的洒水养护

在多次冻融循环的作用下,混凝土内部会出现许多微小的新裂缝,致使未水化的水泥内核与水充分接触的条件下,进一步进行水化反应和与CH的二次水化反应。水化产物的积累逐渐填充微裂缝,使孔腔体积不断减少,混凝土内部结构越来越密实。这就是混凝土在经受多次冻融循环破坏后经洒水养护后的自修复现象。因此,在非冻融季节,对混凝土结构的常水位以下部位进行持续的洒水养护,有利于混凝土自愈能力的发挥,能简单有效的提高混凝土结构的抗冻性。

2.3 表面涂覆YJH渗透结晶型防水材料

YJH防水材料通过具有催化作用的物质促使未水化的残存水泥内核在混凝土内部孔隙中反应形成晶体,隔断毛细孔渗水通道,提高混凝土的抗渗性。而且它可溶于水,在孔隙中渗透,遍布整个结构。当混凝土中产生新的微缝隙时,一旦有水渗入,又可与未水化的残存水泥发生反应,产生新的晶体把孔隙填充,等同于一种自愈作用和永久性防水抗渗能力。同时,YJH渗透结晶型防水材料具有较强的耐化学侵蚀能力,正常使用的pH值范围是3.0~12.0。

在混凝土表面涂覆YJH渗透结晶型防水材料,可以显着提高混凝土的耐久性、混凝土或砂浆的强度和增加混凝土抗渗能力的作用,能有效的抵抗化学侵蚀作用、吸湿作用、毛细作用及冻融循环的破坏。

3 结论

混凝土在冻融破坏过程中,密实度和强度均下降,其中抗拉强度和抗折强度反映最为敏感;冻融循环会增大和增多了氯离子渗透的通道;冻融循环次数越多,冻融作用越明显。对工程中冻融循环处理措施的建议:在混凝土中加入低掺量聚丙烯腈有机纤维和引气型减水剂;在非冻融季节,对混凝土结构的常水位以下部位进行多次洒水养护;在混凝土表面涂覆YJH渗透结晶型防水材料。

参考文献

[1]姚武,冯炜.聚丙烯腈纤维混凝土抗冻融耐久性的研究.上 海同济大学,2000.

[2]余剑英,王桂明.YJH渗透结晶型防水材料的研究[J].中国 建筑防水,2004.

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