谈防冻剂在混凝土中的作用

谈防冻剂在混凝土中的作用

谈防冻剂在混凝土中的作用



常温下硬化商品混凝土是由未水化的水泥、水泥水化产物、集料、水、空气共同组成的气-液-固三相平衡体系，当商品混凝土处于负温下时，其内部孔隙中的水分将发生从液相到固相的转变。对商品混凝土受冻破坏的现象，人们初仅仅是以水结冰时体积膨胀9%这一自然现象来解释，认为这种现象和盛满水的密闭容器受冻后胀裂的破坏情况类似。当孔溶液体积超过91%时，溶液结冰后产生膨胀压力使商品混凝土结构破坏。但这种过于简单的观点无法解释复杂的商品混凝土受冻破坏的动力学过程。而且试验表明水饱和度低于91%时，商品混凝土也可能受冻破坏。这说明商品混凝土受冻破坏的机理远远不止这么简单。大量的研究表明影响商品混凝土受冻破坏的原因很多，其机理相当复杂。但从本质上说，商品混凝土受冻破坏主要取决于商品混凝土中水的存在形式。
1.2商品混凝土中水的存在形式及空隙中饱水程度
在商品混凝土硬化初期商品混凝土中水存在形式：
(1)结晶水。如钙矾石等晶体中所含的水称结晶水，这部分水是不可能结冰的。
(2)吸附水。也称凝胶水，存在于各种水化物，如钙矾石的胶凝孔中，因凝胶孔尺寸很小，一般为15!～20!之间仅比水分子大一个数量级，可认为在自然条件下这部分水是不可能结冰的。
(3)毛细孔水。存在于毛细孔中，这部分水是可冻的。由开文公式：rtln(pr/po)=m/d(2σ/r)式中r为气体常数；t为温度；pr为曲率半径为γ的毛细管中液体的蒸汽压；po为大体积液体的蒸汽压；d为水的密度；σ为表面张力；r为毛细管中的液体曲率半径。得知随毛细孔半径的减小，水蒸气的冰点也随之下降。例如：半径为5!的孔中纯水冰点为-5℃，而半径为115!孔中水要到-70℃才结冰。
(4)游离水。也称自由水，存在于各种固体颗粒之间，是可冻水。由此可见商品混凝土冻害是由于游离水和孔径较大的毛细水结冰造成的。水转化为冰体积约增大9%，若硬化商品混凝土孔隙中的游离水达到饱和，则会在商品混凝土内部产生内应力，使商品混凝土结构发生破坏。
另一种类似的说法这样表述，商品混凝土是一种水泥石，粗细骨料和各种气孔组成的多相复合材料，其中孔径在一定尺寸以上的毛细孔和商品混凝土拌合物拌和时裹入的大气孔在含水时受冻，是造成商品混凝土受冻破坏的主要原因。当温度降低到0℃以下的某一温度时，由于商品混凝土孔隙内的水受冻而结冰对水泥石产生了膨胀压力，当这种膨胀压力过大而超过了水泥石的抗拉强度时，水泥石就会受到损害(如产生微裂缝)甚至于破坏。在一定负温下商品混凝土受冻程度除了与水泥石本身强度有关外，还与商品混凝土孔隙、及孔隙中饱水程度有关，尤其是孔结构对商品混凝土抗冻性影响大。混凝土中的孔隙一般分为水泥石中的凝胶孔、毛细孔和大气孔等三种，因此凝胶孔不受冻害；孔径较小的毛细孔(约320!以下)，由于其中水冰点极低，一般不也不受冻害；而1000!以上的毛细孔则受冻融作用影响；大气孔中的水结冰是商品混凝土受冻破坏的主要危害因素。此理论基本上同于上一理论，商品混凝土中水的存在形式是由商品混凝土的孔隙结构决定的，商品混凝土中的毛细孔水和游离水也就是指存在于大气孔中的水分。而商品混凝土受冻害程度与孔隙中饱水程度有关也就是肯定了水转化成冰相变过程的说法。