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混凝土抗冻等级确定方法及生产技术的商榷
摘要:阐述混凝土抗冻等级的确定方法与目前混凝土生产技术存在的不足之处。重点分析了混凝土中大毛细孔和微毛细孔对混凝土吸水性、吸湿性及抗冻性的不同影响。并对混凝土抗冻等级的确定方法和提高耐久性的技术途径提出了建议。

  关键词:混凝土;抗冻等级;确定方法;生产技术;毛细孔;吸水性;吸湿性;耐久性

  引言

  混凝土抗冻等级是衡量混凝土耐久性的一个重要指标。目前,GBJ 82-85中规定混凝土抗冻等级的确定方法,是采用慢冻法和快冻法2种。这2 种方法的共同特点是按规定使混凝土试块在冷冻前后处于水中浸泡和融化,并且要求水面至少分别高出试件顶面20mm和5mm(快冻法试件盒内)以上。也就是说试块必须完全浸入水中融化并吸饱水分。用这种方法测试并评定混凝土的抗冻等级存在一个很重要的问题,即试块吸饱水分后的含水率高低,完全取决于混凝土试块的吸水性,而不是取决于混凝土试块的吸湿性,这与大多数混凝土工程在应用环境中的实际含水率无相关性。因为比越小,混凝土的强度越高。

  大多数混凝土工程是暴露于大气中,而不是浸于水中。这些工程中混凝土的实际含水率主要取决于混凝土在空气中的吸湿性,而不取决于混凝土的吸水性。

  1、抗冻等级确定方法的商榷

  混凝土的吸水性和吸湿性是2个完全不同的概念。吸水性是指混凝土在水中吸收水分的性质通常取决于混凝土中毛细孔数量多少和毛细孔半径的大小。当混凝土浸入水中,其内部孔隙只要是开孔毛细孔就能被水充满。因此,在毛细孔半径范围以内,毛细孔越多、半径越大,混凝土的吸水率越高。其吸水性受大毛细孔数量的影响较大,而受微毛细孔影响相对较小。吸湿性是指混凝土在潮湿空气中吸收水分的性质,与吸水性相反,吸湿性受大毛细孔影响较小,受微毛细孔数量影响相对较大。已有研究表明,只有在半径小于0.1um 的微毛细孔中才能产生毛细孔凝结现象[1],它可以吸附周围介质的蒸汽而被充填,在孔壁上生成液膜,故这样的孔具有吸湿性。所以,混凝土中微毛细孔数量越多,混凝土孔隙的吸湿性越强,排湿性越弱。此时,混凝土的孔隙率和吸水性都可能较低,但因具有吸湿性的微毛细孔数量较多,混凝土在大气环境中仍然有相对较高的含水率(称含湿率更为贴切)。

  半径大于0.1-1um的大毛细孔,只有直接与液体接触时才能被液体充满。在大气中,大毛细孔不仅不吸收潮湿空气中的水分,其中原有的水分反而会被排入空气中[1].这样的孔隙不具有吸湿性。因此,混凝土中微毛细孔数量越少,大毛细孔数量越多,混凝土孔隙的吸湿性越弱;虽然,由于大毛细孔数量较多,混凝土的孔隙率和吸水性都可能较高,但处于大气中混凝土的含湿率仍然可以较低。即吸水性低的混凝土仍可以有较高的吸湿性和含湿率;吸湿性和含湿率较低的混凝土也可以有较高的吸水性。作者试验中,分别采用含细颗粒(小于5um)较少的水泥和细颗粒含量较多的水泥制备成的水泥石试样,在潮湿空气中放置3d,含细颗粒较少的试样,吸湿率比后者降低17%-37%;而在水中浸泡1d,前者吸水率比后者提高13%-29%[2].

  在此应特别强调一下,混凝土的吸湿性或含湿率与混凝土孔隙体积的吸湿性或含湿率也是完全不同的2个概念。前者是相对混凝土的总体积(包括实体体积和孔隙体积)而言,主要取决于混凝土中微毛细孔的绝对数量多少;后者仅是针对混凝土中孔隙的体积而言,主要取决于混凝土中微毛细孔与其它较粗孔隙的相对数量。随着混凝土孔隙率的降低和微毛细孔绝对数量的减少,处于大气中混凝土的吸湿性或含湿率也会相应减少;但此时只要混凝土内部的微毛细孔数量相对较多,大毛细孔数量相对较少,即2者的数量之比较大,相对于混凝土孔隙体积的吸湿性和含湿率比较而言必增无疑。当孔隙中水分结冰产生膨胀应力时,对孔壁造成的破坏和原有裂缝的扩展必然会更加严重。相反,随着混凝土孔隙率和微毛细孔绝对数量的增加,混凝土的吸湿性或含湿率也会相应增加;但此时只要混凝土内部的微毛细孔数量相对较少,大毛细孔数量相对较多,即二者的数量之比较小,处于大气中混凝土孔隙体积的吸湿性和含湿率无疑会减少。因此,混凝土内部孔隙和原有裂缝遭受冰冻破坏的影响自然也小。然而实际工程应用当中,人们通常忽略了混凝土的吸水性和吸湿性以及混凝土孔隙体积吸湿性之间的这种区别。甚至认为它们之间始终存在着一致性。因此,在确定混凝土的抗冻等级和进行抗冻性试验时,只考虑了混凝土的吸水性对混凝土抗冻性的影响,而没有考虑混凝土的吸湿性和混凝土孔隙体积的吸湿性对混凝土抗冻性的影响。

  根据抗冻试验确定的抗冻等级也只能反映在规定饱水状态下混凝土的抗冻性,并不能反映混凝土在大气中的真实抗冻性。其结果是吸水性低的混凝土冻融循环次数多,抗冻等级高;但混凝土的吸湿性及混凝土中微毛细孔内的吸湿性却都可能较大,在处于实际应用的大气环境当中,混凝土的含湿率特别是相对于混凝土孔隙体积的含湿率反而更高,导致混凝土的实际抗冻性并不一定好,甚至比抗冻等级低的混凝土还差。

  2、混凝土生产技术的商榷

  为了提高混凝土的抗冻等级等耐久性指标,目前混凝土施工和生产中除了采用引气剂以外, 通常采用掺入高效减水剂、降低水胶比,并采用细度较细的早强水泥和细粒掺合料等方法。其初衷是通过减少混凝土内部粗大的毛细孔数量或孔半径来提高混凝土的强度和抗冻、抗渗等耐久性能。但在混凝土生产中采用普通水泥和一般的施工方法,目前这一目的较难达到,实际生产出的混凝土大多数仍为多孔体系。

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