寒區(qū)機場道面混凝土耐久性區(qū)劃及抗凍性參數(shù)設(shè)計.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境等級、分類一般以環(huán)境侵蝕為主并結(jié)合各自在不同情況下的凍融、侵蝕程度進行分類分級的定性描述，而沒有定量的區(qū)劃指標設(shè)計，那么相應(yīng)的混凝土抗凍性設(shè)計就會大打折扣，產(chǎn)生適用性、安全性和耐久性問題，甚至未達到設(shè)計使用壽命就已破壞。本文利用余紅發(fā)課題組凍融疲勞方程建立了室內(nèi)與現(xiàn)場混凝土凍融循環(huán)之間的關(guān)系，統(tǒng)計分析了較有價值的全國520個氣象臺站點歷年氣象資料，結(jié)合預(yù)測模型理論提出了混凝土耐久性區(qū)劃，為機場道面混凝土在鹽凍環(huán)境下的

2、耐久性設(shè)計提供了區(qū)劃參考，并取得了如下創(chuàng)新性成果：
　　1、從混凝土耐久性理論基礎(chǔ)出發(fā)，確定了混凝土抗凍性環(huán)境區(qū)劃指標，引用規(guī)范、文獻等深入討論了寒區(qū)混凝土凍融循環(huán)過程，明確了室內(nèi)快凍法、室外實際工程基于水凍和鹽凍的兩類大環(huán)境指標，選定了室內(nèi)快凍法基于水凍環(huán)境相對動彈性模量低于60％和鹽凍環(huán)境相對動彈性模量低于80%的破壞標準。
　　2、以-3℃作為自然凍融循環(huán)的溫度交替點，詳細闡述了氣溫數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法、處理過程。編制出最

3、冷月氣溫、日最低氣溫、最大降溫速度的平均值（μ）等值面圖和標準差（σ）等值面圖，經(jīng)過修正得到具有95%保證率的相關(guān)標準等值面圖。同時圍繞全國520個氣象臺站點的正負溫度交替數(shù)據(jù)，繪制了年正負溫度交替次數(shù)等值面圖，研究了日凍融循環(huán)次數(shù)的32種典型循環(huán)特征，得出自然環(huán)境以日凍融循環(huán)次數(shù)1次為主的結(jié)論，在此基礎(chǔ)上得到全國年凍融循環(huán)次數(shù)等值面圖。經(jīng)過模擬分析發(fā)現(xiàn)，海拔的上升與緯度的增大會引起凍融循環(huán)次數(shù)上升，海拔高低與緯度大小是凍融循環(huán)次數(shù)變化

4、的兩種誘因。
　　3、基于余紅發(fā)課題組凍融疲勞模型進行了混凝土耐久性壽命預(yù)測，討論了該模型與李金玉課題組和金偉良課題組預(yù)測模型的差異與優(yōu)勢，得出了室內(nèi)外凍融循環(huán)次數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系在1：7～1：8左右，而非李金玉課題組認為的1：10~1：15?；凇痘炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》(GB/T50476-2008)劃分了6類凍融環(huán)境等級。基于靜水壓理論和滲透壓理論，提出了影響混凝土抗凍性的年自然凍融循環(huán)次數(shù)、日最低氣溫和最大降溫速度等三大指標的

5、具體權(quán)重。結(jié)果表明，對于某一特定地區(qū)，混凝土發(fā)生凍融破壞的影響因素中，年自然凍融循環(huán)次數(shù)對抗凍性的影響最大，占比可達到90%，其次是日最低氣溫，占比8%，最后才是最大降溫速度，占比2%。以抗凍等級F50的混凝土為例，預(yù)測了該混凝土在全國范圍內(nèi)的凍融壽命。分別按100年、50年和30年三個設(shè)計年限繪制了水凍環(huán)境下的混凝土抗凍等級分布圖，即抗凍性區(qū)劃圖表。
　　4、結(jié)合李金玉課題組提出的混凝土抗凍性參數(shù)設(shè)計模型，運用余紅發(fā)課題組的凍融

6、疲勞方程模型，將混凝土抗凍性與混凝土含氣量、水膠比和粉煤灰摻量等配合比參數(shù)，以及年自然凍融循環(huán)次數(shù)、最大降溫速度和日最低氣溫等自然環(huán)境參數(shù)有機聯(lián)系在一起，實現(xiàn)了對混凝土在自然環(huán)境下凍融壽命的預(yù)測。以此為基礎(chǔ)，將全國混凝土抗凍性區(qū)劃與混凝土抗凍性參數(shù)聯(lián)系在一起，進而按4級混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計使用級別的規(guī)定，分別推算出在6類凍融環(huán)境等級相應(yīng)的抗凍參數(shù)取值范圍，以此繪制出假定混凝土水膠比為0.45時在100年、50年、30年和5年等4類設(shè)計年限下的

7、混凝土含氣量等值分布圖，以及假定含氣量為5%時在4類設(shè)計年限下的混凝土水膠比等值分布圖。最終總結(jié)出了一套基于抗凍性參數(shù)的混凝土配合比設(shè)計流程，并針對抗凍性設(shè)計提出了建議。
　　5、在分析混凝土鹽凍剝蝕機理的基礎(chǔ)上，運用課題組建立的混凝土抗凍性與凍融介質(zhì)的經(jīng)驗關(guān)系，進一步調(diào)整了余紅發(fā)課題組凍融疲勞方程的凍融損傷失效參數(shù)，使其能夠適用于鹽凍環(huán)境。繪制了100年、50年和30年等3種設(shè)計年限基于3.5%濃度的氯化鈉（NaCl）、乙二醇（

8、EG）、丙二醇（PG）、醋酸鈣鎂（CMA）、醋酸鉀（KAC）和醋酸鈉（NAC）等6種凍融介質(zhì)下的混凝土抗凍性區(qū)劃圖，以滿足寒區(qū)機場道面混凝土在各種凍融環(huán)境下的抗凍性參數(shù)設(shè)計要求。計算分析了未引氣C40普通混凝土（OPC40），含氣量5%、礦渣摻量30%的C40高性能混凝土（HPC40S30），含氣量5%、粉煤灰摻量20%的C50高性能混凝土（HPC50F20）在7種凍融介質(zhì)作用下的凍融壽命，得出 OPC40凍融壽命從大到小依次是：CMA

9、＞水＞EG≈PG＞KAC≈NAC≈NaCl，HPC40S30凍融壽命從大到小依次是：水≈CMA≈NAC＞PG＞EG＞NaCl≈KAC，HPC50F20凍融壽命從大到小依次是：CMA＞NAC≈PG＞水≈EG≈KAC≈NaCl。在寒區(qū)機場、公路等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，建議采用高性能混凝土，并根據(jù)機場不同位置選用合適的除冰液。
　　6、圍繞機場道面混凝土耐久性區(qū)劃及抗凍性參數(shù)設(shè)計在全國的通用性、準確性，分別選取華北、西北、東北地區(qū)和青藏高