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原文传递寒区机场道面混凝土耐久性区划及抗冻性参数设计

论文题名：	寒区机场道面混凝土耐久性区划及抗冻性参数设计
关键词：	混凝土;除冰液;机场道面;耐久性设计;抗冻等级
摘要：	混凝土结构的工作环境等级、分类一般以环境侵蚀为主并结合各自在不同情况下的冻融、侵蚀程度进行分类分级的定性描述，而没有定量的区划指标设计，那么相应的混凝土抗冻性设计就会大打折扣，产生适用性、安全性和耐久性问题，甚至未达到设计使用寿命就已破坏。本文利用余红发课题组冻融疲劳方程建立了室内与现场混凝土冻融循环之间的关系，统计分析了较有价值的全国520个气象台站点历年气象资料，结合预测模型理论提出了混凝土耐久性区划，为机场道面混凝土在盐冻环境下的耐久性设计提供了区划参考，并取得了如下创新性成果：　　1、从混凝土耐久性理论基础出发，确定了混凝土抗冻性环境区划指标，引用规范、文献等深入讨论了寒区混凝土冻融循环过程，明确了室内快冻法、室外实际工程基于水冻和盐冻的两类大环境指标，选定了室内快冻法基于水冻环境相对动弹性模量低于60％和盐冻环境相对动弹性模量低于80%的破坏标准。　　2、以-3℃作为自然冻融循环的温度交替点，详细阐述了气温数据统计分析方法、处理过程。编制出最冷月气温、日最低气温、最大降温速度的平均值（μ）等值面图和标准差（σ）等值面图，经过修正得到具有95%保证率的相关标准等值面图。同时围绕全国520个气象台站点的正负温度交替数据，绘制了年正负温度交替次数等值面图，研究了日冻融循环次数的32种典型循环特征，得出自然环境以日冻融循环次数1次为主的结论，在此基础上得到全国年冻融循环次数等值面图。经过模拟分析发现，海拔的上升与纬度的增大会引起冻融循环次数上升，海拔高低与纬度大小是冻融循环次数变化的两种诱因。　　3、基于余红发课题组冻融疲劳模型进行了混凝土耐久性寿命预测，讨论了该模型与李金玉课题组和金伟良课题组预测模型的差异与优势，得出了室内外冻融循环次数的转换关系在1：7～1：8左右，而非李金玉课题组认为的1：10~1：15。基于《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008)划分了6类冻融环境等级。基于静水压理论和渗透压理论，提出了影响混凝土抗冻性的年自然冻融循环次数、日最低气温和最大降温速度等三大指标的具体权重。结果表明，对于某一特定地区，混凝土发生冻融破坏的影响因素中，年自然冻融循环次数对抗冻性的影响最大，占比可达到90%，其次是日最低气温，占比8%，最后才是最大降温速度，占比2%。以抗冻等级F50的混凝土为例，预测了该混凝土在全国范围内的冻融寿命。分别按100年、50年和30年三个设计年限绘制了水冻环境下的混凝土抗冻等级分布图，即抗冻性区划图表。　　4、结合李金玉课题组提出的混凝土抗冻性参数设计模型，运用余红发课题组的冻融疲劳方程模型，将混凝土抗冻性与混凝土含气量、水胶比和粉煤灰掺量等配合比参数，以及年自然冻融循环次数、最大降温速度和日最低气温等自然环境参数有机联系在一起，实现了对混凝土在自然环境下冻融寿命的预测。以此为基础，将全国混凝土抗冻性区划与混凝土抗冻性参数联系在一起，进而按4级混凝土结构设计使用级别的规定，分别推算出在6类冻融环境等级相应的抗冻参数取值范围，以此绘制出假定混凝土水胶比为0.45时在100年、50年、30年和5年等4类设计年限下的混凝土含气量等值分布图，以及假定含气量为5%时在4类设计年限下的混凝土水胶比等值分布图。最终总结出了一套基于抗冻性参数的混凝土配合比设计流程，并针对抗冻性设计提出了建议。　　5、在分析混凝土盐冻剥蚀机理的基础上，运用课题组建立的混凝土抗冻性与冻融介质的经验关系，进一步调整了余红发课题组冻融疲劳方程的冻融损伤失效参数，使其能够适用于盐冻环境。绘制了100年、50年和30年等3种设计年限基于3.5%浓度的氯化钠（NaCl）、乙二醇（EG）、丙二醇（PG）、醋酸钙镁（CMA）、醋酸钾（KAC）和醋酸钠（NAC）等6种冻融介质下的混凝土抗冻性区划图，以满足寒区机场道面混凝土在各种冻融环境下的抗冻性参数设计要求。计算分析了未引气C40普通混凝土（OPC40），含气量5%、矿渣掺量30%的C40高性能混凝土（HPC40S30），含气量5%、粉煤灰掺量20%的C50高性能混凝土（HPC50F20）在7种冻融介质作用下的冻融寿命，得出 OPC40冻融寿命从大到小依次是：CMA＞水＞EG≈PG＞KAC≈NAC≈NaCl，HPC40S30冻融寿命从大到小依次是：水≈CMA≈NAC＞PG＞EG＞NaCl≈KAC，HPC50F20冻融寿命从大到小依次是：CMA＞NAC≈PG＞水≈EG≈KAC≈NaCl。在寒区机场、公路等重大基础设施建设中，建议采用高性能混凝土，并根据机场不同位置选用合适的除冰液。　　6、围绕机场道面混凝土耐久性区划及抗冻性参数设计在全国的通用性、准确性，分别选取华北、西北、东北地区和青藏高原等4个典型样本城市机场展开了实际工程验证，根据水冻情况检验了实际工程混凝土配合比，根据盐冻情况提出了该地区机场运营管理的除冰建议。
作者：	麻海舰
专业：	道路与铁道工程
导师：	余红发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文