基于交流阻抗谱的混凝土早期受冻过程研究

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负温下早龄期的混凝土水化硬化过程缓慢,可冻水含量大,随着温度的逐渐降低,静水压、结晶压等作用产生的冻胀应力将会破坏混凝土内部脆弱的微结构,导致微裂纹的产生,其性能劣化与结构的损伤取决于早期受冻程度。目前,实际工程中早期受冻程度的评价方法主要采用混凝土抗压强度的损失率,需要预留大量试件或者取芯,因此,需要一种适用于混凝土的无损检测方法来监测混凝土的受冻过程。交流阻抗测试方法是一种快速、实时、操作便捷、适用于混凝土的无损检测手段。本文采用交流阻抗法来研究混凝土的受冻过程。首先,研究了电压幅值、导线连接方式与测试长度这些测试参数对交流阻抗谱测试结果的影响,获得了负温水泥基材料的最佳测试参数取值。其次,研究了净浆、砂浆和混凝土在受冻过程中的交流阻抗谱,选择适合于负温水泥基材料的等效电路并获得了浆体-孔溶液电阻R、浆体-孔溶液电容C和常相位角弥散指数n三个主要特征参数随温度的变化规律,辅以低温DSC和超声波手段进行验证,建立了基于交流阻抗谱的混凝土受冻过程评价方法。在此基础上,以砂浆体系为主要研究对象,使用交流阻抗法分析了水灰比,预养时间和矿物掺合料三个因素对水泥基材料受冻过程的影响。结果表明水灰比越大则负温时相同温度下试件的浆体-孔溶液电阻值越大,浆体-孔溶液电容值越小,但整体差异不大,弥散指数n随水灰比的变化不明显;预养时间能较显著地改变特征电参数的变化形态,特别是预养7d的试件由于可冻水含量大大减少,同温度下含冰量更小,导致负温下浆体-孔溶液电阻值减小,浆体-孔溶液电容值因界面面积大幅减小也随之减小,弥散指数略有降低;掺合料主要因其不同的粒径大小而对浆体-孔溶液界面产生了不同的影响,如硅灰因其较大的比表面积而降低了负温时同温度下试件的含冰量,但增大了浆体-孔溶液的面积,从而降低了电阻值而增大了电容值,又因其与浆体颗粒粒径相差较大,致使界面粗糙度增大而降低了弥散指数。最后,用交流阻抗法研究了以氯化钙,亚硝酸钙和尿素为代表的防冻剂对水泥基材料受冻过程和负温水化的影响,发现可以用电阻值表征含冰量的多少,用电容值和弥散指数评价界面的变化进而评价防冻剂的作用,如相同掺量的三种防冻剂同温度下氯化钙的电阻值和弥散指数最小,电容值最大,说明氯化钙同龄期水化程度最高,但孔结构的不均匀性较高,界面粗糙度较大。通过电参数的变化给出重要结果,实现了通过交流阻抗法对外加剂种类和掺量的优选。
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