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抗冻技术6
工程抗冻技术结课论文
班级:水利水电二班
姓名:马亚鹏
学号:2011510285
寒冷地区建筑工程抗冻胀问题浅谈
摘要:就我国寒冷地区建筑物施工阶段可能发生的混凝土和基础冻胀问题,探究其发生机理和典型现象,对于预防冻害的发生,具有重要意义。
关键词:混凝土 地基土 冻胀
Abstract: In view of the possible occuring frost heave in concrete and foundation of the construction stage in cold areas of our country, this paper explores its occurrence mechanism and typical phenomena, which has important meaning to prevent the occurrence of frost.
Keywords: concrete, subsoil; frost heave
寒冷地区普遍存在冻胀的问题,在我国东北、西北及华北地区,冻融破坏在工程中占10%。尤其是公路路基、水利工程、渠系建筑物等均受到不同程度的地基土冻胀作用而遭到损坏,造成经济损失。有地下室的公用民用建筑如大型会所、住宅、别墅等,在主体施工过程中,若不重视抗冻胀设计,并采取相应防冻胀措施及冬季停工采暖等,也会因为冻胀而发生相应的工程质量问题,不仅影响工程进度及质量,更是造成人民财产的损失。
冻胀问题在建筑工程中包含两部分内容,一是混凝土的冻融破坏,二是地基土的冻胀导致基础底板鼓起、开裂等。
一、混凝土的冻融破坏
混凝土的冻融破坏是混凝土耐久性的一种。目前,我国处于大规模基础建设阶段,在混凝土结构设计方面,偏重考虑结构的安全使用性,对结构耐久性考虑不全面。然而在实际工程中,因为耐久性不足造成混凝土结构破坏的例子不断增多。据调查统计,混凝土破坏的主要原因,包括钢筋腐蚀、干湿交替及冻融循环、物力化学侵蚀等。所以,寒区混凝土的冻融问题值得引起相关工程技术及管理人员的重视。
(一)混凝土冻融破坏机理
混凝土是由粗细骨料与水泥砂浆胶结而成。新浇筑的混凝土内部为骨料、砂浆填充,浇筑过程中混入空气气泡。混凝土水化凝固过程中形成孔隙,这些孔隙包括有毛细孔之外和非毛细孔。当混凝土结构遇水,毛细孔中的水结冰膨胀时,部分含有空气的隙中能缓冲水冻结的膨胀压,避免混凝土内部结构破坏。当混凝土含水率达到饱和状态时,孔壁承受的压力分为毛细孔冰晶膨胀压和凝胶孔渗透压,二者之合力超过混凝土抗拉强度时,混凝土出现裂缝。当混凝土处于冻融循环条件下,裂缝由表及里发展,孔壁受压逐渐增大,混凝土强度逐渐降低,开始疏松破裂。
(二)混凝土冻融破坏典型特征
混凝土冻融破坏,显著的外在表现及保护层酥松脱落,由表及里发生片状剥落,甚至露出石子,应力集中部位出现开裂,直接导致构件截面积削减,承载能力下降。除此之外,表层混凝土孔隙率增大、加速碳化,氯盐等有害离子在混凝土中扩散,使钢筋腐蚀进程加快。
(二)混凝土冻融破坏典型特征
混凝土冻融破坏,显著的外在表现及保护层酥松脱落,由表及里发生片状剥落,甚至露出石子,应力集中部位出现开裂,直接导致构件截面积削减,承载能力下降。除此之外,表层混凝土孔隙率增大、加速碳化,氯盐等有害离子在混凝土中扩散,使钢筋腐蚀进程加快。
二、地基土的冻胀
冻土可以分为季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。季节性冻土指在天然条件下冬季冻结,夏季全部融化的土层;隔年冻土指冬季冻结,一两年内不融化的土层;多年冻土指冻结状态持续三年或三年以上的土层。我国地域辽阔,包括上述三类冻土在内,冻土面积约占国土面积的70%。东北、华北及青藏高原属于寒冷地区或季节性冻土区。
在开放水源条件下的季节性冻土引发的冻胀问题是造成工程冻害的主要原因。土体的冻结根据是否有外界水源补给,分为开放系统冻结和封闭系统冻结。包括原位冻胀和分凝冻胀两种。原位冻胀,是指土体没有外界水源补给,属于封闭系统的冻结,土体内部水分发生迁移而重分布,冻结后上层土层含水率(一般1/2-1/3最大冻深以上部分)较冻结前显著增加,下部土层含水率较冻结前减少,土体总含水率维持不变。分凝冻结,是指受外界温度梯度影响,水在土体内分发生迁移产生分凝,如果在开放系统中,未冻区的水分由于可以得到外界补给,水分可以不断的向冻结锋面迁移,土体冻结锋面吸收外界补给水分冻结形成冰聚合体,则导致土体冻胀量急剧增大。
粘土、粉质土含水率一定时,土体冻结过程中,孔隙水原位冻结,造成孔隙水体积增大9%,使土粒产生位移。有实验研究表明,当外界水源补给并在土中迁移产生分凝冻结,土体体积将增大至原来的1.09倍
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