凝土抵抗冻融破坏的内部机制包括哪些

常温下硬化的混凝土是由未水化水泥、水泥水化产物、集料、水、硅粉、空气共同组成的气—液—固三相平衡体系，当混凝土处于负温度下时，其内部孔隙中的水分将发生从液相到固相的转变。由于水的固相体积为其液相体积的1.1倍，经过多次冻融循环后，这种体积膨胀应力造成的损伤积累将会导致混凝土的永久性变形，从而破坏混凝土结构。

四川圆柱子木模板的小编了解到，三峡地区年最低气温约-2C，大坝混凝土在负温作用下可能遭受冻融破坏，因此，积极开展混凝土抗冻性能的研究对保证三峡大坝长期、安全的运行具有一定的现实意义。

影响混凝土抗冻性的原因很多。其机理相当复杂。但从本质上说。混凝土抵抗冻融破坏的能力主要取决于混凝土自身的孔隙特征。

混凝土内部的孔隙按孔径大小可分为凝胶孔、毛细孔及介于二者之间的过渡孔。其中凝胶孔存在于水化硅酸盐凝胶内部，是在水泥水化反应过程中形成的，孔径较小。一般为l5～30A;毛细孔是水泥—水体系中未被水化产物填充的原来充水的空间。孔径较大，为2000A左右;过渡孔则介于二者之间，孔径波动较大。混凝土内部孔隙特征对抗冻性能的作用主要体现在以下方面：

1、浆体强度的影响

混凝土自身的强度使之具有抵抗各种内外应力的能力。只有当混凝土所受到的应力超过了它的极限强度时，混凝土才会发生破坏。其中，水泥浆体的强度对混凝土抗冻性能影响较大。根据美国人T.C鲍维斯的浆体强度理论，浆体强度与胶—空比成函数关系，胶—空比越小，则浆体强度越高，因而抗冻性能越好。

2、孔隙水相变温度的影响

不同孔径的孔隙中水分的相变温差较大。随着孔径的减小，孔隙中水分的冰点逐渐降低，毛细孔中的水一般为自由水，冰点为0C左右。凝胶孔中的水分。冰点可达到零下40C左右。因此，混凝土内部凝胶孔所占比例越大，其抵抗冻融破坏的能力越强。

3、气泡的作用

内部封闭气泡对提高混凝土抗冻性有重要意义。

其—：缓解、消洱内部相变应力。混凝土内部各种物化作用产生的封闭气泡通过凝胶孔相互联结，进而形成一个有机的网络体系，当毛细孔中的水分发生液—因转变时，未凝结的液态水受冰晶压迫，产生静水压力，水分子以凝胶孔为通道。被挤入气泡内，从而消除了对混凝土骨架结构的应。在这里，气泡系统的主要作用是为容纳相变产生的体积膨胀提供储备，因此有人称之为“储备孔”。需要指出的是，上述过程是不可逆的，随着冻融循环的不断进行，可发挥储备的气泡数目逐减渐少，混凝土将发生破坏。

其二：阻止裂缝生长。根据葛里非斯的材料断裂理论，混凝土的抗断裂能力可表示为：σ=(2Er/πC)0.5 ，其中为σ断裂应力，E为弹性模量，r为单位面积的材料表面能，C为裂缝长度。从公式中可以看出，混凝土内部裂缝越短，则断裂应力越大，抗断裂能力越强。微气泡的存在，使混凝土内部裂缝生长必须绕过气泡进行。从而有效地阻止了裂缝的生长，提高了混凝土的断裂应力，增强了混凝土的抗冻能力。但如果气泡粒径太大会导致气泡周围局部应力集中。反而加速混凝土破坏的进程。因此，在混凝土中引入适量的气泡有利于提高混凝土的抗冻性，但还须重视引气的质量。

综上所述，决定混凝土抗冻性能的内因在于混凝土的孔隙率及孔隙结构，其他诸多因素都是通过对以上二者施加影响从而改变混凝土的抗冻性能。