降温速率对混凝土冻结应力的影响及机理研究

戈雪良^1,2,3，陆采荣^1,2,3，梅国兴^1,2,3

1. 南京水利科学研究院2. 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室3. 水利部应对气候变化研究中心

摘 要：抗冻性是混凝土耐久性的关键指标之一,但仍没有一种冻害理论可以全面解释冻融破坏的所有问题。区别于质量损失、动弹性模量变化等常用抗冻性能表征参数,本研究从混凝土受冻过程中液-固相变产生的冻结应力入手,采用研制的冻结应力测试装置对混凝土单个降温阶段的冻结应力进行了测试表征,系统对比了强度等级C30、抗冻等级F300混凝土在-17℃、-40℃以及60℃/h、30℃/h、20℃/h、10℃/h等四种降温速率条件下的冻结应力初始生成、增长及其最终值的变化规律。试验结果表明,混凝土受冻阶段的冻结应力是可以实现测试的,降温段降温速率主要影响冻结应力的初始生成时间、增长速度;混凝土试件中心温度主要影响最终冻结应力的大小。采用冰晶体生长的热力学理论以及多孔介质材料力学理论,在静水压假说和结晶压假说的基础上,揭示了引发混凝土冻结应力的主要驱动因素,提出了冻结应力的组成及其作用机制模型,该模型可对本试验关于降温速度、最终低温影响混凝土抗冻性的机理进行解释。

关键词：混凝土;抗冻性;降温速率;冻结应力;机理;