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混凝土在其服役过程中通常会受到各种环境因素下的联合作用,比如溶蚀、冻融循环等,为了提高混凝土材料的抗冻融破坏耐久性,国内外学者进行了多方面研究,如使用掺合料、早强剂、抗冻剂、引气剂、纤维等措施。内养护是将预湿吸水的内养护材料替代骨料作为混凝土原料,因向混凝土提供内部水分补偿,对缓解自干燥,减小自收缩,增强混凝土密实性,提高结构耐久性具有重要意义。本文通过室内试验、理论分析等手段,选取100-250μm粒径的高吸水树脂(SAP)与轻细骨料(LWA)为内养护材料,设置不同内养护材料掺量和引入水量,进行快速冻融与盐冻试验研究,通过观测宏观质量损失、SEM微观形貌结构与物相组成,对内养护混凝土冻融破坏进行机理分析,并提出内养护混凝土最优抗冻性方案,探讨冻融与盐冻环境下内养护高强混凝土耐久性损伤劣化机理,旨在对特殊环境下服役的高强混凝土综合性能设计提供重要理论基础与应用价值。具体研究如下:(1)通过试验得知,内养护材料的掺入会降低高强混凝土的抗压强度,但降低幅度较小,主要是由于内养护水引起的水化充分产生的钙矾石AFt、AFm引起的致密性减弱、SAP释水后形成大孔洞而导致的强度降低;轻细骨料振捣过程中出现上浮现象,改变试块表面的水灰比与表层混凝土性质,对混凝土的强度有较大影响,但内养护混凝土强度仍满足规范设计要求;(2)通过清水和3%NaCl盐溶液快速冻融试验,获取宏观抗冻性指标质量损失率和相对动弹性模量,为便于分析,将含SAP内养护材料的试块标记为HSC+数字,数字为引入水量,含LWA内养护材料的试块标记为LWA+数字,同配比的基准混凝土标记为HSC,分析如下:在水冻环境中经150次冻融循环,SAP掺量为0.24%,预湿水量为总水量10%的HSC10混凝土质量损失率最低,仅为0.2%;质量损失率从小到大顺序为HSC10>HSC0>LWA5>LWA10>HSC5>HSC>LWA0,可见采用内养护技术可提高混凝土的抗冻性,其中内养护材料SAP提高抗冻性的效果要优于LWA。冻融25、50、75、100和150次后分析试块相对动弹性模量知,相比基准混凝土HSC,LWA0组与HSC10组混凝土相对动弹性模量较大,抗冻性优于基准混凝土,其他组试块的动弹性模量稍有降低,但降幅不大。总体看来,掺加LWA更能有利于掺加SAP的试验组,对提高高强混凝土的抗冻性有更加积极的影响。经3%NaCl溶液快冻的试块相较于标准冻融试验的清水环境下质量损失率都有约50%程度的增加,表面剥落严重,但是相对动弹性模量的下降比在水中时稍为缓慢。(3)经盐冻(单边冻融)之后,质量损失率随引入水量的增加而降低,HSC10-<HSC10<HSC5-<HSC5<HSC0<HSC,主要原因是:水结冰膨胀引起混凝土面层浆体剥落是导致质量减小。相对动弹性模量表现为HSC10->HSC5->HSC10>HSC5>HSC0>HSC,混凝土内部产生微小而均匀的气泡,不易被水充满,饱水度明显降低。同时及时吸纳受冻区的过冷水,缓解盐溶液产生的结冰压,可以改善混凝土的抗盐冻性能;氯离子与水化产物反应生成水化氯铝酸钙,起到缓解侵蚀破坏的作用。进行电镜扫描分析,主要对SAP孔洞处、骨料与水泥浆体联结处与微裂缝处的微观形貌与物象组成进行观测,根据钙矾石的生长形态,可以证明在SAP释水形成孔洞处,空气由于无法进入而形成真空,内外存在压力差形成“微气泵”,为“微气泵”假说提供了依据。为SAP的掺加导致的强度降低,自收缩减小,抗冻性能提高提供了理论依据。(4)根据实验研究结果选取最优内养护材料掺量方案,认为HSC10试验组(SAP掺量0.24%,内养护水量为SAP质量的25倍)的抗冻性与自收缩效果最好。对内养护高强混凝土的综合性能设计与工程利用提供了理论依据。