冻土区季节活动层钻孔灌注桩等强度混凝土孔结构劣化演变及抗冻耐久性控制研究

This subject adopts laboratory tests combined with theoretical analysis to study the pore structure degradation evolution rule in the process of the strength formation of bored piles same compressive strength concrete in seasonal active layer of permafrost region, and study the change regularity of frost resistance durability of concrete under freeze-thaw cycles, through the optimization design of mix proportion, get the durability control technology of bored piles same compressive strength concrete in seasonal active layer of permafrost region. Comprehensive considering the factors such as water binder ratio, mineral admixture and air content, the concrete mix proportion was designed; Thin sections of the image analysis and mercury intrusion pore structure analysis and electron microscopy were used to examine the pore structure of concrete before reaching same compressive strength curing under the -3℃.The relative dynamic modulus, mass loss and compressive strength loss of concrete under the condition of freeze-thaw cycles were tested under the -3℃ to study the change regularity of frost resistance under different influence factors; Through the concrete mix proportion design, prevent the bleeding of concrete, optimizing the pore structure , restraining cold water migration and reduce ice crystal expansion, so as to improve the frost resistance durability control theory of same compressive strength concrete. Through in-depth study on experiment and theoretical systematically, it can provide theoretical guidance and technical assistance for design and construction of bored piles concrete in seasonal active layer of permafrost region.

本课题采用室内试验、理论分析相结合的方法，研究冻土区季节活动层钻孔灌注桩等强度混凝土强度形成过程中孔结构劣化演变规律，进一步研究冻融循环作用下达到等强度后混凝土的抗冻耐久性变化规律，通过配合比优化设计，得到冻土区季节活动层灌注桩等强度混凝土抗冻耐久性控制技术。综合考虑水胶比、矿物掺合料、含气量等因素，设计混凝土配合比；利用薄切片的图像分析、压汞仪孔结构分析、电镜观察法考察-3℃养护条件下达到等强度之前不同龄期混凝土的孔结构，研究孔结构变化规律；测试-3℃养护条件下达到等强度的混凝土在冻融循环作用下的相对动弹模量、质量损失、抗压强度损失，研究不同影响因素下抗冻耐久性变化规律；通过配合比设计，防止混凝土泌水、改善孔隙结构、抑制冷水迁移、减少冰晶聚胀，完善等强度混凝土抗冻耐久性控制理论。通过深入系统地进行试验和理论研究，为冻土区季节活动层钻孔灌注桩混凝土配合比的设计、施工提供理论指导和技术支持。

随着西部大开发等重要战略的实施，我国西北高寒高海拔冻土地区基础设施建设方兴未艾。为减少对冻土的热扰动，冻土区铁路和公路工程建设中通常都采用钻孔灌注桩作为桥梁的桩基础，但受冻土的影响，桩基混凝土将持续处于冻土提供的天然低负温养护环境中，如何保证冻土区桩基混凝土的强度和耐久性成为了亟待解决的问题。开展冻土区季节活动层钻孔灌注桩等强度混凝土孔结构劣化演变及抗冻耐久性控制研究，具有重要的理论意义和工程应用价值。.本项目采用室内试验和理论分析相结合的方法主要进行了以下研究：（1）通过恒定负温养护和标准养护环境下不同入模温度水泥净浆的水化热试验，分析了入模温度、养护温度对水泥水化热和水化程度的影响规律。（2）通过恒定负温养护和标准养护环境下混凝土抗压强度的试验，分析了水胶比、引气剂掺量、负温养护对混凝土抗压强度的影响规律，明确不同影响因素对混凝土达到“等强度”龄期的影响规律，阐明了混凝土在恒定负温养护下强度发展缓慢的机理。（3）通过核磁共振测试仪、压汞仪、气孔结构分析仪测试了不同养护条件下混凝土的孔隙结构，分析了水胶比、引气剂掺量等因素对混凝土孔隙结构的影响规律，阐明了不同影响因素对孔结构劣化演变的影响机理。（4）测试了“等强度”混凝土在快速冻融环境下的质量损失、强度损失和相对动弹模量等宏观指标，进行了混凝土应力-应变曲线中的峰值应力、峰值应变随着冻融循环的劣化规律试验，分析水胶比、含气量、养护温度等因素对混凝土抗冻性的影响。（5）利用灰色关联法计算冻融过程中混凝土的质量损失、相对动弹性模量等宏观指标和孔隙率、孔径分布等孔隙特征参数的关联度，得到了冻融过程中宏观指标与微观参数的关联度。进行了“等强度”混凝土在不同地区服役寿命计算，为冻土区钻孔灌注桩混凝土寿命预测提供了依据。项目完善了冻土区混凝土抗冻耐久性控制理论，研究成果可以为冻土地区钻孔灌注桩混凝土配合比设计、施工提供理论支撑。