[发明专利]一种混凝土室内快速冻融循环与自然冻融循环关系的确定方法

权利要求书

1.一种混凝土室内快速冻融循环与自然冻融循环关系的确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：选取待考察的混凝土水工程，获得所述混凝土水工程水工混凝土的设计配合比和强度等级；

步骤2：结合待考察混凝土水工程水工混凝土的设计配合比，设计并开展N种，N≥3，不同冻融循环最低温度的冻融试验，获得不同冻融次数下混凝土劣化试验数据，研究不同冻融循环最低温度对混凝土抗压强度冻融损伤的影响；

步骤3：类比混凝土等效龄期理论，提出考虑冻融循环温度历程的混凝土等效损伤龄期计算式，采用分数阶微积分理论，建立考虑冻融循环温度历程的混凝土冻融损伤模型，结合步骤2中不同冻融循环最低温度的混凝土室内快速冻融循环试验数据,优化确定上述混凝土冻融损伤模型的参数；

步骤4：通过现场检测获得待考察的混凝土水工程水工混凝土当前抗压强度参数，结合步骤3建立的考虑冻融循环温度历程的混凝土冻融损伤模型，获得室内快速冻融下的等效损伤龄期，与此同时，结合所述待考察的混凝土水工程历年环境气温资料，计算获得待考察的混凝土水工程水工混凝土在实际环境气温下对应的等效损伤龄期，从而建立混凝土室内快速冻融循环和自然冻融循环之间的关系；

步骤3的具体步骤为：

步骤3-1：类比混凝土等效龄期理论，提出考虑冻融循环温度历程的混凝土等效损伤龄期计算式：

式中t_e为等效损伤龄期，k为损伤系数，在无试验数据时，参考等效龄期公式中U_h/R的取值，U_h为混凝土活化能，R为气体常数；T为混凝土实际热力学温度；T₀为参考热力学温度，取为293K；

式(3)为积分形式且冻融循环过程中温度随时间变化，故采用分段计算的方式对随时间变化的温度进行等效损伤龄期的计算；由于每个循环周期为3小时，将每个循环周期3小时等分为100等份，故每个时间步长为0.03小时，并运用辛卜生公式进行计算：辛卜生公式原理如式(4)～(5)所示：

式中，a、b分别为积分上、下限，t为时间，f(t)为时间t的函数，N为每个循环周期，3小时的等分数量，N＝100，h为时间步长，h＝0.03小时，m为整数，t_m为第m个时间步开始的时间；

采用上述辛卜生公式进行等效损伤龄期计算，得到不同冻融循环温度历程对应的等效损伤龄期；

步骤3-2：采用分数阶微积分理论，建立考虑冻融循环温度历程的混凝土冻融损伤模型，结合步骤2中不同冻融循环最低温度的混凝土室内快速冻融循环试验数据，优化确定上述混凝土冻融损伤模型的参数：

根据Riemann-Liouville型分数阶微积分算子理论，建立考虑冻融循环温度历程的混凝土冻融损伤模型为：

E为抗压强度损失率；t_e为等效损伤龄期，a、r、β为待拟合参数，Γ()为伽马函数，n为整数；

结合步骤2得到的不同冻融循环最低温度的混凝土室内快速冻融循环试验数据，采用复合形法优化确定式式(3)、(6)中的参数。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土室内快速冻融循环与自然冻融循环关系的确定方法，其特征在于步骤2中：根据自然冻融循环温度,设计N种，N≥3，不同冻融循环最低温度的冻融试验，冻融循环时间采用标准冻融循环时间；结合待考察的混凝土水工程的水工混凝土配合比，按水工混凝土试验规程要求成型混凝土立方体试件，N组试验均冻融循环25次后进行抗压强度实验，得到混凝土立方体试件的抗压强度损失率，并对试验结果定性分析抗压强度损失率和冻融循环最低温度之间的关系。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土室内快速冻融循环与自然冻融循环关系的确定方法，其特征在于步骤4的具体步骤为：

步骤4-1：对待考察的混凝土水工程的水工混凝土结构受到冻融的部位进行强度检测，获得待考察的混凝土水工程的水工混凝土抗压强度检测值；

步骤4-2：由所述混凝土水工程水工混凝土设计强度等级，根据混凝土强度随龄期变化的规律和计算方法，推算得到强度检测时混凝土的抗压强度理论值；

步骤4-3：根据现场检测获得的水工混凝土抗压强度检测值与式(7)推算的混凝土抗压强度理论值的比值，即得到混凝土水工程水工混凝土经历多年冻融循环损伤后，在现场检测时，龄期为n d的混凝土抗压强度损失率E^sj；

步骤4-4：将混凝土抗压强度损失率E^sj代入考虑冻融循环温度历程的混凝土冻融损伤模型，即式(6)，获得该混凝土抗压强度损失率E^sj对应的室内快速冻融对应的等效损伤龄期

步骤4-5：根据待考察混凝土水工程实例，搜集获得从混凝土浇筑开始到对该混凝土水工程的水工混凝土进行现场检测期间的历年环境气温资料；

步骤4-6：采用步骤4-5获得的历年环境气温资料，采用考虑冻融循环温度历程的混凝土等效损伤龄期的计算式，即式(3)，计算自然冻融对应的等效损伤龄期t^zr；

步骤4-7：将室内快速冻融对应的等效损伤龄期t^sn与自然冻融对应的等效损伤龄期t^zr进行对比，即获得所述混凝土水工程的水工混凝土室内快速冻融和自然冻融之间的关系；

步骤4-2的推算过程为：

式中：f_n—nd龄期的混凝土抗压强度，MPa，n＞3；

f₂₈—28d龄期的混凝土抗压强度，MPa；

混凝土设计强度为龄期28d下的混凝土抗压强度，而在进行混凝土水工程强度检测时，龄期远大于28d，因此采用式(7)，由龄期28d的混凝土抗压强度，推算第nd龄期的混凝土抗压强度。