混凝土冻融及盐冻劣化机理研究进展及模型综述

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发布时间：2022-02-24

资料介绍

对近年来混凝土冻融及盐冻破坏机理的研究进展及成果进行了总结，评述了孔结构、水灰比及外掺料对混凝土抗冻性及抗氯
盐冻融性能的影响，同时总结了混凝土冻融劣化模型的研究进展。在此基础上为混凝土冻融及盐冻劣化的进一步研究方向提出了建议。
关键词：冻融；盐冻；孔溶液；微观；劣化；模型
中图分类号： TU528．O1 文献标志码： A 文章编号： 1002—355O(2012)O9—0015—04
Review of mechanism and mathematical model for salt scaling and freezing-thawing dam age of concrete
RENXu—chert，WANXiao-mei，ZHAO Tie-jun
(School ofCivilEngineering，QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao 266033，China)
Abstract： The research developm ent of m echanism and mathematical model for salt scaling damage and freezing—thawing damage of concrete
was summ arized．The effect ofpore structure，water—cement ratio and admixtures that had on the salt scalingan d freezing—thawing resistance ofcon·
crete was observed and the research development offreezing-thawing deterioration m odel ofconcrete was summarized．On this basis，the further di—
rection for salt scalingand freezing—thawing deterioration ofconcrete research was recommended．
Key w ords： freezing—thawing cycling；salt scaling；pore solution；micro—scale；degradation；model
0 引言
冻融是混凝土耐久性研究中的重要方面，这一劣化过程在
许多国家至今仍不断引起混凝土结构的耐久性问题。虽然自
20世纪三四十年代以来以 Powers为代表的研究者就开始对混
凝土的冻融机理进行了大量研究，形成了一系列理论假说，但已
有的很多理论都不能完全解释所有试验中观察到的现象。另
外，由于除冰盐在路面和公路大桥中的使用以及北方海洋地区
的环境特点，盐冻也日益成为混凝土冻融研究中最典型、最复
杂的热点问题之一。
1 冻融劣化机理
1945年，T．C．Powers提出了冻融破坏的静水压假说【1]。假说
认为，在冰冻过程中，混凝土孔隙中部分孔溶液结冰膨胀，迫使
未结冰孔溶液向外迁移。当孔溶液迁移流程长度过长，静水压力超
过混凝土材料的抗压强度时，混凝土发生破坏。后来，T．C．Powers
和 R．A．Helmuth联合提出的渗透压假说[21认为，毛细孔中水的
冰点与孔径有关，孔径越小，冰点越低。未结冻孔溶液向已结冻
大孔迁移。1975年，Fagerlund提出了临界水饱和度理论【3J。该理
论认为混凝土的水饱和度存在一个与极限平均气孔问隔系数
相对应的临界值，当混凝土水饱和度小于此临界值时，混凝土
不会发生冻害，这个临界值称为混凝土临界水饱和度。200 1年，
M．J．Setzer提出了微冰晶模型嗍，用“微冰晶泵”效应较好地解释
了随着冻融循环的进行，混凝土饱水度不断增加这一现象。以上这
些理论和假说为混凝土冻融破坏机理的研究奠定了理论基础。
慕儒等的研究[5]解释了渗透压、最不利饱水度、微冰晶模型
理论联合作用下的混凝土冻融循环条件下水分迁移和损伤机
理。研究认为，在冻融循环的降温过程中，混凝土试件表层大孔
首先结冻，相邻未冻结小孔中水分向大孔迁移。在升温过程中，
小孔首先解冻，由于孔内负压作用外部水分被吸入小孔。随着
温度继续升高，大孔解冻，周围小孔以及外部水分流人大孔。在
整个冻融循环过程中，水分总是由小孑L向大孔中迁移。这样，根
据微冰晶模型理论，随着冻融循环的进行，表层混凝土中的大
孔饱水度不断提高，数个冻融循环之后达到最不利饱水度。在后
续的循环中这些孔隙中的压力不断增大，孔隙中的压力引起的
周围孔隙的拉应力可能引起基体开裂。由于表层大孔很容易高
度饱水，所以混凝土表层开裂要比内部严重得多。混凝土内部裂
缝导致相对动弹性模量的下降。
2 盐冻劣化机理
最近 60年来，关于混凝土氯盐冻融机理的研究主要围绕
以下几个冻融现象展开：①盐冻的过程伴随着胶凝材料或是混
凝土碎片的剥落网。②存在一个大约为 3％的最不利盐浓度，且
这个最不利浓度与溶液种类无关。③混凝土表面不接触盐溶
液时不会有剥落发生。④冻融循环的最低温度大于一10℃时
}昆凝土不会发生破坏。最低温度小于一10℃时，最低温度越低，
混凝土在最低温度受冻时问越长，盐冻破坏越剧烈同。⑤掺入引
气剂可以明显提升混凝土抗盐冻性能嘲。⑥混凝土表面盐溶液
浓度比孔溶液盐浓度的影响大得多[刀。⑦ 表面混凝土的强度决
定了混凝土体的抗冻性嘲。国内目前对混凝土冻融的研究则更