变冻融温度下水工混凝土抗冻演变行为及寿命预测

In different regions of China, concrete structures subjected to different freeze-thaw cycles and low temperature. The regional division of freeze-thaw and the freeze-thaw low temperature of concrete structures will change because of climate change. There is regional applicability of design antifreeze and actual cold conditions according to the current antifreeze test methods to evaluate the frost resistance of concrete and antifreeze design level. The hydraulic concrete as one of the important core building material of water conservancy construction, frost resistance is an important indicator of durability, and the most sensitive and vulnerable to freeze-thaw temperature change caused by climate change. Three kinds of freeze-thaw system with different specimen center low temperature will be designed based on GDJS-800 climate simulation system. The evolution behavior of mass loss and dynamic elastic modulus of hydraulic concrete with different antifreeze design level with be studied under variables freeze-thaw low temperature in center of concrete specimen. The scientific issues about frost durability of hydraulic concrete with different antifreeze design level in different freeze-thaw system will be revealed. And create a freeze-thaw life prediction method of hydraulic concrete about different climate zones. This study fully reveals the frost resistance evolution characteristics of hydraulic concrete under variables freeze-thaw low temperature, and provides a theoretical basis for rational designing antifreeze level and improving frost resistance durability of hydraulic concrete within different regions of China.

在我国不同区域，水工混凝土经受的年冻融循环次数、冻融温度均不同，气候变化将使其经受冻融作用破坏程度的区域划分与冻融温度发生改变，按现行抗冻试验方法评价混凝土抗冻性能、并进行抗冻等级设计存在区域适用性问题，出现设计抗冻与实际受冻不符的情况。水工混凝土作为水利工程建设最核心的建筑材料之一，抗冻性能既是耐久性的重要指标，又对气候变化引发的冻融温度变化最为敏感与脆弱。本项目基于GDJS-800型气候模拟系统，设计了三种降温终了试件中心温度的冻融制度，研究变冻融中心温度下低、中、高三种抗冻设计等级水工混凝土质量损失与动弹性模量的演变行为，揭示不同抗冻设计等级水工混凝土在不同冻融制度下的抗冻耐久性演化规律这一科学问题，建立基于气候分区的水工混凝土抗冻融寿命预测新方法。项目全面揭示变冻融中心温度下水工混凝土抗冻性演变特征，为气候变化下合理设计不同区域内水工混凝土抗冻等级、提高抗冻耐久性提供理论依据。

在我国不同气候区域，水工混凝土经受的年冻融循环次数、冻融温度均不同，气候变化将使其经受冻融作用破坏程度的区域划分与冻融温度发生改变，按现行抗冻试验方法评价混凝土抗冻性能、并进行抗冻等级设计存在区域适用性问题，出现设计抗冻与实际受冻不符的情况。水工混凝土作为水利工程建设最核心的建筑材料之一，抗冻性能既是耐久性的重要指标，又对气候变化引发的冻融温度变化最为敏感与脆弱。本项目对我国气候温和区、寒冷区、严寒区内的最冷月（1月）极端低温，以及上述区域内水利工程混凝土的原材料、抗冻设计等情况进行了调研，在此基础上设计了水工混凝土降温终了试件中心温度为-5℃、-20℃、-30℃、-40℃，升温终了试件中心温度为8℃的4种新冻融制度。采用新设计的冻融制度，对强度等级为C20、C30，抗冻设计等级为F50、F150、F300的水工混凝土进行了系统的抗冻试验，并与现行冻融制度下的抗冻性能进行了对比。揭示了低、中、高抗冻设计等级水工混凝土在降温终了温度为-5℃、-20℃、-30℃、-40℃下质量损失率、动弹性模量、抗压强度、抗折强度的演变规律，以及在不同气候分区内可能发生的实际低温冻害条件下，C20F50、C20F150、C30F300水工混凝土的含气量、气泡比表面积、气泡间距系数、平均切割弦长等气泡参数的演变规律。提出了考虑不同气候分区的水工混凝土冻融寿命预测新方法以及水工混凝土“冻融温度-抗冻设计等级-能经受的最大冻融循环次数”归因查询图，可对不同抗冻设计等级、不同强度等级的水工混凝土在不同降温终了试件中心温度下的冻融寿命进行预测。研究成果为合理设计各气候区域内水工混凝土的抗冻等级、提高气候变化条件下水工建筑物的整体抗冻耐久性提供了理论依据。