[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

说明书

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，该方法包括以下步骤：步骤1：获得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：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；步骤3：建立考虑冻融循环温度历程的混凝土冻融损伤模型；步骤4：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。本发明提供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，可以解决现有方法没有考虑冻融循环温度历程对混凝土冻融损伤的影响的问题，可以定量地将室内快速冻融指导现场水工程的自然冻融劣化。

技术领域

本发明涉及水工混凝土结构设计领域，尤其是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。

背景技术

水工混凝土在冻融、温度疲劳等复杂因素作用下将逐渐劣化，因此，在进行水工混凝土结构设计时，混凝土抗冻性是一个重要的耐久性指标。目前，水工混凝土的抗冻性主要基于实验室快速冻融或慢冻试验来确定。由于实际水工混凝土结构在自然冻融下的劣化机制十分复杂，而室内快速冻融的温度幅值和循环时间等都与自然冻融存在较大差异，因此，室内获得的混凝土冻融循环次数，无法直接与实际工程环境经历的冻融次数建立联系。从设计上来说，水工结构混凝土的抗冻指标采用的是实验室条件下快速冻融次数，即按照试验标准，把混凝土试件放入快速冻融试验机，进行冻融循环并检测混凝土的抗冻性，这与水工结构混凝土的实际运行环境不一致，那么如何建立二者之间的关系，进而判断水工结构混凝土的使用寿命，提出经济合理的维修方案，对水利工程效益的发挥和安全运行具有重要意义。

李金玉等人通过有关气象部门对我国的华北地区(北京)、东北地区(长春)、西北地区(西宁)和中南地区(宜昌)进行了五十年的气温分析，不同年份的最高和最低气温，不同年份温度处于零下的天数以及可能产生的冻融循环天数的统计分析，除了宜昌地区外，北京、长春、西宁三个地区的年平均负温天数和年平均循环次数存在着明显的折算关系，折算系数为0.7，可以据此推定我国不同地区可能出现的平均冻融循环次数，再结合现场抗冻试验初步得出了试验条件与实际环境的冻融关系：按照我国现行规范所进行的混凝土快速冻融试验，室内外的对比关系一般在1:10～1:15之间，即快速冻融循环一次大致相当于自然环境下冻融循环10～15次。由于在自然环境中，每次发生冻融循环时温度都存在差异，但在此前的研究过程中并未考虑不同冻融循环温度对混凝土冻融损伤的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供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，可以解决现有方法没有考虑冻融循环温度历程对混凝土冻融损伤的影响的问题，将冻融循环温度与循环时间进行综合分析，搭建了室内快速冻融和自然冻融之间的桥梁，可以定量地将室内快速冻融指导现场水工程的自然冻融劣化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：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，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；