混凝土冻融破坏的原因和机理是什么？
文摘
科技
2024-12-09 16:18
湖南
当混凝土冻结时，它可能会被损坏。该视频解释了混凝土冻融损坏的机制。该视频讨论了混凝土内的不同孔隙、它们在不同含水量下如何填充，以及这些孔隙中的水如何应对冻结。提供的数据显示了冻结前后混凝土内部的裂缝模式，以及不同气泡间距如何影响冻融性能。https://www.youtube.com/watch?v=E2Vf0-Y69Cc&t=482s这个混凝土为什么会崩裂？为什么每到冬天，这座桥就会越裂越多？这条路面到底出了什么问题？这里发生的事情是什么？今天我要跟大家讲讲混凝土的抗冻融性能。我叫泰勒·雷，我是一个混凝土狂人，我为你们制作这些视频，我的混凝土爱好者们。当我们有混凝土，它变湿了，然后冻住了，哦，它就会裂开，不，我们不喜欢裂缝。为了更好地理解这一点，我们在俄克拉荷马州立大学有一台微型CT扫描仪，我们用它来观察混凝土的内部。我们可以在3D中看到它，我们可以看到骨料、孔隙、浆体等各种神奇的东西。在那里，我们可以看到一些裂缝，是的，在之前就有一些裂缝，但是经过一些冻融后，我们开始看到更多更多的裂缝。我们看到这些裂缝发生在浆体内，比在骨料内发生的频率高出14倍。但是骨料也会裂开，所以如果你得到一个湿的混凝土，然后它冻住了，那么你就会得到一些冻融损伤。那么，这到底是为什么呢？这就是这个视频的内容。混凝土，信不信由你，就像一个硬海绵。是的，像这样的海绵。混凝土里实际上有很多孔隙，如果我们切开它，抛光它，看看它的内部，是的，看到所有的孔隙，看起来有点像海绵，至少对我来说是这样。让我们详细地谈谈这些孔隙。如果我们放大某些区域，我们会看到，有些孔隙是在水化产物之间形成的，如果你放大水化产物本身，你会发现，猜猜看，里面有更多的孔隙，更多更多的孔隙。这些较大的孔隙是我们称之为气孔的东西。这些孔隙在水化产物之间，我要称之为毛细孔。然后这些孔隙本身在水化产物内部，将被称为凝胶孔。它们之间的区别是什么呢？主要是它们的大小和位置，但主要是它们的大小。气孔是大个子，它们的大小大于10微米。如果你在制作混凝土时使用了空气引入掺合剂，你就会制造出更多的这些孔隙。这就像在混凝土中加入肥皂，让它起泡沫。如果你以前从未听说过这个，你应该看看这个视频，它很酷。中等大小的孔隙被称为毛细孔，它们的大小在0.1到10微米之间。最小的孔隙是凝胶孔，它们的大小小于0.1微米。所以我要画一个概念性的卡通，来展示混凝土的内部是什么样子的，至少是孔隙方面。我们要讨论它们的所有方面。那么，当混凝土冻结时，这些孔隙或空隙起什么作用呢？所以，如果我们拿这些孔隙，而不是试图用这个复杂的卡通来解释，我们要试着用一些简单的东西来简化它，就是吸管，是的，吸管。当我们有一个装满水的盆子，我们放进不同大小的吸管，最小的吸管就像凝胶孔，中等的吸管就像毛细孔，最大的吸管就像气孔。现在，根据它们的大小，它们会有不同的性能，这些吸管会吸水。这是一个很好的类比，来说明我们的混凝土内部发生了什么。让我给你展示一下。如果我们在这个托盘里倒一些水，就像水试图进入混凝土，可能是从上面，它会填满托盘到一定的高度，然后你可能不相信，根据吸管的大小，它们会把水吸到不同的高度。这是为什么呢？这叫做毛细张力。当你有一个吸管，你把它装满水，里面会有水分子，你会得到一个弯月形，我希望你以前听说过这个，这是形状，这个有趣的形状，它取决于液体的表面张力，以及墙壁的材料类型。但在很多情况下，这些墙壁之间的表面张力比水分子之间的表面张力要大，这使得它们沿着边缘上升。所以如果我有一个一定直径的吸管，我把它和另一个稍微小一点的吸管比较，我再次把水分子放进去，它们实际上会填充得更高，弯月形会更尖锐，这是因为表面张力，看到这个垂直的分量，看到它有多大，这个更尖锐的角度会产生更高的毛细上升，而且实际上也有更多的水分子感受到这种张力。这就是为什么较小的吸管更有可能吸水或被水填满，而不是较大直径的吸管。而且，这些水分子上的更高的张力实际上会使水更难冻结。我之前给你们看过这张图片，记得吗？我告诉过你们，最小的吸管就像凝胶孔，它们会比其他孔隙更充满，毛细孔会比气孔更充满，但是当它开始冻结时，会发生什么呢？这些最小的孔隙不想冻结，因为它们有更高的张力，毛细孔里会形成一种类似于冰沙的东西，有一些冰晶，但不是很多，而气孔，最大的那些，它们会想要冻结。所以总结一下，我们有最小的在顶部，最大的在底部，最小的对于给定的水分含量，会有最多的水，最大的孔隙会有最少的水，但是当涉及到冻结时，最小的孔隙虽然充满了水，但不太可能冻结，而最大的孔隙虽然没有很多水，但更有可能冻结。那么，你怎么测量混凝土内部的水分呢？这实际上非常非常重要。我们用一种叫做饱和度的东西来做，或者简称为DOS。我不知道你们，当我想到DOS，我想到的是旧式的MS-DOS命令行，是的，那是老派的电脑东西，是的，比尔·盖茨就是靠这个产品赚了他的第一个十亿。所以，但是如果我们有混凝土的饱和度，现在是百分之百，那就意味着所有的孔隙都是满的，如果我们有它在零百分比，那就意味着所有的孔隙都是空的。这些都不会发生，这些是极端情况，只会发生在一些奇怪的实验室情况或者奇怪的事情中。但是大多数时候，如果我有40%的饱和度，这也不会经常发生，除非混凝土遇到火灾或者类似的事情，凝胶孔仍然是满的。但是在85%的时候，毛细孔就会完全充满。那么，是什么改变了这个饱和度呢？这完全取决于水在混凝土上停留的时间，水在混凝土上停留的时间越长，混凝土中的饱和度就会越高。那么，当饱和度非常高的时候会发生什么呢？我告诉过你们40%，告诉我们85%吧，关键点是大约88%，人们还在争论这个，它会有一点点变化，但大约是88%。那么，为什么比尔看起来这么关键呢？为什么他这么不高兴呢？好吧，比尔知道他是个聪明的家伙，他知道在关键的饱和度下，凝胶孔是满的，毛细孔是满的，气孔只是有点满，不是真的很满。我们回到我们的混凝土卡通，它看起来是这样的，凝胶孔是满的，毛细孔是满的，气孔不是很满。那么，在这种情况下，当它冻结时会发生什么呢？我们回到我们的吸管的概念模型，凝胶孔没有冰，毛细孔有一些冰，气孔想要形成冰，但是记住，当水冻结时，它会膨胀，增长9%。你会说，什么，我从来没听说过这个，好吧，拿你最喜欢的碳酸饮料吧，假设你有一个派对要举行，你可能想把它放在冰箱里，让它快速冷却，小心点，如果你这样做，一旦它冻住了，这个东西就会爆炸，对，这是一个剧烈的爆炸。为什么呢？因为水在变成冰的时候，体积增加了9%。所以，当这种情况发生在我们的混凝土内部，水开始冻结，我们得到了冰，但它不是在凝胶孔里形成的，它是在毛细孔的一大部分里形成的。我在说什么呢？你知道那些我们之前说过的毛细孔吗？这里有一个稍微大一点的区域，砰，冰晶形成了，推水，水压沿着像管道一样被填充和加压，一次又一次，一次又一次，一次又一次，哦，不，我们希望它不要爆裂。这就是正在发生的事情，冰晶形成，压力上升，又一个，又一个，又一个，压力，压力，压力，上升，上升，哦，不，会发生什么呢？好吧，我们看看气孔，如果我们放大气孔，用扫描电子显微镜看它，它看起来是这样的，让我们再放大一点，看看这里的边界，我们实际上会看到，每一个气孔周围都有一个气孔壳，这是一个非常低渗透性，非常低孔隙率的材料，就在气泡的周围，然后我们可以看到其他的东西，这里是毛细孔，冰会在这里形成，然后每个壳都很重要，它实际上起到了一个压力释放阀的作用，当压力足够高的时候，水会喷进去，形成非常非常大的冰晶，而且，壳的非常低的孔隙率实际上这确实会发生，这里有一些CT扫描的图片，我们可以看到左边是一个差的气孔系统，右边是一个好的气孔间距。它们有什么区别呢？气体的体积是差不多的，但是气泡的间距却非常不同。右边的那个会有很好的抗冻融性能，左边的那个则不怎么样。气体的体积，女士们先生们，并不等于抗冻融耐久性，它更多地取决于气泡的间距，你希望它们紧密地排列在一起，你希望有一个低的间距因子，你也希望有一种叫做低SAM数的东西。我有关于这些的视频，你可以去看看。所以比尔·盖茨很高兴，这太棒了。我希望你喜欢这个视频，如果你喜欢，请给我一个点赞，订阅我的频道，![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
深圳市威锴众润建材科技有限公司VICZOOM，立足世界装饰混凝土工艺技术前沿。联合相关高校和研究院专家和科研精英。开发研制出具有自主知识产权的装饰混凝土造型模具、成像膜等核心产品。打破了装饰混凝土核心材料被国外公司垄断的尴尬局面。将博大精深的的中国传统文化和现代建筑装饰之间架起一座沟通的桥梁。我们将世界先进的混凝土技术和工艺介绍给国内同行，希望对大家有所做启发和帮助！文末有打赏接口。期待你的肯定和支持！
![]()
![]()
![]()
![]()
