冬季施工混凝土冻害与防治

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1、浅析冬季施工混凝土冻害与防治【摘要】混凝土受冻害损伤可以区分为两种情况：（1）剥落脱皮是由于冻融引起的混凝土表面材料的损伤；（2）内部损伤是表面没有可见效应而在混凝土内部产生的损害，它导致混凝土性质改变（如动弹性模量降低）。因此，在冬季施工过程中，防治混凝土受冻害损伤就显得尤为重要。【关键词】混凝土；冻害与防治新建秦淮河船闸按Ⅳ级船闸进行设计，设计最大船舶吨级为500吨，兼顾1000吨，船闸尺度为165×18×4m（闸室长×口门宽×槛上水深），上、下游主导航墙直线投影长度为45m，辅导航墙直线投影长度为30m，上、下游引航道护坦30m。上、下闸首采用钢筋砼坞

2、式结构，口门宽度18.0m，边墩宽12.4m，总宽42.8m。闸室钢筋砼坞式结构，闸室墙结构为悬臂墙结构，闸室墙口宽18.2m，净宽18.0m，长165m。主辅导航墙采用钢筋砼空箱及砼重力式结构两种结构形式。本船闸水工建筑物级别划分如下：下闸首按1级水工建筑物设计；上闸首、闸室按3级水工建筑物设计；导航墙按4级水工建筑物设计；临时建筑按5级水工建筑物设计，因此在秦淮河船闸施工中，闸室墙封底、底板、闸室墙施工中，必须考虑混凝土抗冻技术要求，且在两个冬季进行施工，经过检测，所用混凝土抗冻性能完全满足设计要求。1、引言当环境昼夜平均气温（最高和最低气温的平均值或当

3、地时间6时、14时及21时室外气温平均值）连续三天低于5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土工程按照冬季施工方法进行施工。混凝土受冻害损伤可以区分为两种情况：（1）剥落脱皮是由于冻融引起的混凝土表面材料的损伤；（2）内部损伤是表面没有可见效应而在混凝土内部产生的损害，它导致混凝土性质改变（如动弹性模量降低）。2、混凝土受冻害损伤有关原因2.1新拌混凝土受冻害损伤的原因新拌混凝土的强度低、空隙率高、含水多，极易发生冻胀破坏。冻胀破坏的外观特征是材料体内出现若干的冰夹层，彼此平行而垂直于热流方向。其过程为：结构物表面降温冷却时，冷流向材料体内延伸，在深处某水平位置开

4、始冻结，一般从较粗大孔穴中水分开始，冰晶形成后从间隙吸水，发育增长，且是不可逆转的过程，水分从材料未冻水或从外部水源补给，并进行宏观规模的移动。第一层孔穴中冰冻后，在冰晶生长的过程中，材料质体受到拉应力σt，如果超过抗拉强度即破坏。2.2成熟混凝土受冻害损伤的原因混凝土构件中的孔径分为三个范畴，即凝胶孔、毛细孔及气泡，在某一固定负温下混凝土构件中水分只有一部分是可冻水，可冻水产生多余体积直接衡量冰冻破坏威力。可冻水（即冰）主要集中在水泥石及骨料颗粒的毛细孔中，凝胶水由于表面的强大作用不大可能就地冻结，气泡水易冻结。混凝土构件中各种孔径的空隙可认为连续分布，分

5、布在这些空隙中的水在降温过程中将按顺序逐步冻结，不可能同时冻结。冻水一般是温度的逆函数，温度愈低，可冻水愈多。连续的毛细管沟网络体系破坏过程；随着水化进展凝胶体生成，网络的联系被破坏、分成个别孤立的毛细孔（水在其中冻结的容器），而凝胶连同其特征性凝胶孔和少数细小毛孔就构成透水器壁。随着水化深入，材料质地致密及温度的下降，将有更多细小空间的水参与冰冻，作为器壁的凝胶的渗水性也不断减小。当冰冻多余水受水压力推动向附近气泡（逃逸边界）排除时，材料本身将受到推移水分前进的后应反作用力导致受拉破坏。材料组织愈致密水流宣泄不及，疏导不畅引起的动水压力增大。水泥浆中包含的

6、一般是盐类稀溶液，一旦冰冻后变为纯冰和浓度更高的溶液；随着温度下降，浓度不断提高。另一方面邻近凝胶中水分始终保持不冻，其溶液浓度保持原有的水平，于是在毛细孔溶液和凝胶水之间出现浓度差。浓度差使得溶剂向溶液中自发扩散渗透，即溶质向凝胶水中扩散，而凝胶水向毛细孔中浓溶液转移，其结果毛细孔中水分增加，和冰接触的溶液稀释，冰晶逐渐生长，长大。当毛细孔穴充满冰和溶液时，冰晶进一步生长必将产生膨胀压力，导致破坏。另一方面在水压的情况下，水分冻结膨胀，多余水在压力推动下外流，流向可能消纳水分的未冻地点；作为水流的结果压力消失，析冰情况正好相反：水分不是从冰冻地点外流，而是

7、从未冻地点（凝胶）流向已冻冰地点（毛细孔），方向恰好相反。未冻地点的水移动一定距离后，最后以冰冻结束，作为水流运动的结果产生压力。以上两点可以综合为：第一阶段毛细孔中始发的冰冻，向所有方向产生的水压力，引起内应力；第二阶段较大毛细孔中水分首先生成冰晶，可从小孔中吸引未冻结水使自身增长，产生静应力。骨料作为一个组分，如果冰冻膨胀同样会成为导致混凝土破裂的应力来源；为了保证混凝土完好，必须要求骨料和水泥净浆两者都不破坏。由于引气混凝土的广泛使用，水泥净浆的抗冻性较易保证；从这个意义上来说，骨料抗冻性更具有突出意义。如颗粒大到一定限度以上，核心存在的距离任何逃逸边

8、界均在临界尺寸以上的保水区域，此时将因超过骨料破裂强