一种水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法技术

本发明专利技术属于土木工程建设技术领域，涉及一种水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法，该水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法基于温度应力学假说，提出冻融疲劳特征参数作为水泥基材料抗冻性评价指数，该冻融疲劳特征参数通过衡量水泥基材料抗疲劳能力进而反映水泥基材料抗冻性，该冻融疲劳特征参数通过断裂能试验配合本发明专利技术公开的相关计算公式即可得到，相关的计算公式包括以及A

【技术实现步骤摘要】
一种水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法


[0001]本专利技术属于土木工程建设
，涉及一种水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法。

技术介绍

[0002]冻融循环破坏是水泥基材料结构耐久性的重要课题，也是我国北方地区结构劣化的第一诱因，因此水泥基材料抗冻性十分重要。目前国内外水泥基材料抗冻性的评价方法，主要就是依据水泥基材料抗冻性试验，试验方法主要包括快冻法、慢冻法、盐冻法。快冻法和慢冻法主要是基于Powers提出的静水压理论学说，以ASTMC666为代表；而RILEMTCl76
‑
IDC
‑
2002CF和CDF盐冻法主要是基于渗透压理论。在不同环境中的水泥基材料的抗冻性的评价应根据需要进行选择，并分别以重量损失率、相对动弹模量保留量、强度损失率等反映抗冻能力。
[0003]尽管水泥基材料抗冻性能研究已有很长的历史，在许多方面也都取得一定的成果，但由于冻融问题的复杂性，许多内容都还需要进一步完善，这也包括抗冻机理等。材料的抗冻性能评价作为冻融破坏问题的最基础内容，也仍然存在诸多问题。现有的冻融试验方法较为复杂，且所用的仪器大多为价格高、设备要求高的冻融试验机，这就给水泥基材料的冻融研究带来一些弊端：首先，冻融循环总耗时长、工作量大。冻融循环次数每100次，最低试验时间也需20天左右，因此完成整个冻融循环过程动辄需要数月时间；其次，冻融循环试验成本高。用于冻融循环试验的专用仪器大都购买成本高，租用别处的冻融试验机也是价格不菲；最后，冻融循环试验设备要求高。冻融试验机有着较为严格的降温升温控制系统，所以机器一般都是配备电脑程序进行控制，虽然这更可以精准试验，但同时也对设备提出了更高要求。因此，现有的冻融试验方法存在试验周期长，工作量大，试验设备要求高等明显问题，同时也还有结果误差大等其他问题。
[0004]随着高强/高性能水泥基材料的发展，高强水泥基材料由于水胶比很小，其密实度很高，具有很高的抗冻性，往往经600次以上冻融试验后，其动弹模仍在90％以上，并且失重率为负值，表面不发生脱皮剥落现象，质量还有轻微增加，这就导致传统的试验方法十分耗时费力且不易评判相关水泥基材料的抗冻性能。
[0005]随着研究进展，目前的抗冻融评价指标也还包括有临界膨胀值、临界饱和度等新概念，这为抗冻性评价提出新思路。因此，有必要深入探讨水泥基材料的抗冻性能评价方法及评价指数，设计更简单易行的试验方法，这对于研究与设计高抗冻水泥基材料具有重要的意义，并能更好地服务于大规模的工程实践，提高工程质量。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法，主要针对高强水泥基采用提出了水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法，其试验过程简单、工作量小、试验时间大大降低，并且无需进行复杂冻融循环试验，从而无需购买或者租
用价值高昂的冻融试验机，使水泥基材料抗冻性评价达到与强度评价一致的水平，可以在科研、实际工程建设中各个领域得到广泛应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术提供一种水泥基材料抗冻性评价指数，基于温度应力学假说，提出冻融疲劳特征参数作为水泥基材料抗冻性评价指数，该冻融疲劳特征参数通过衡量水泥基材料抗疲劳能力进而反映水泥基材料抗冻性；
[0009]所述冻融疲劳特征参数分为疲劳裂缝出现阶段和疲劳裂缝扩展阶段，以此来反映冻融作用下裂缝的形成与发展过程，疲劳裂缝出现阶段受抗拉强度和弹性模量的影响，疲劳裂缝扩展阶段可用裂尖微观扩展过程中的所受抵抗力——微观断裂能衡量，从而得到所述冻融疲劳特征参数计算公式如下：
[0010][0011][0012]A
*
＝d
[0013]在上述公式中：D是冻融疲劳特征参数，f
cf
是水泥基材料抗折强度，E是水泥基材料弹性模量，G
*
是微观断裂能；W是荷载
‑
挠度曲线下的面积，A
*
是断裂面的相对面积，A是断裂面的平截面面积，d是断裂面的分形维数。
[0014]进一步，通过三点弯曲试验进行水泥基材料的断裂能试验，从而获得所述f
cf
、E、W、A以及d。
[0015]另一方面，本专利技术还提供一种水泥基材料抗冻性评价方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1：制备水泥基材料试件
[0017]步骤2：进行所述水泥基材料试件的断裂能试验，并记录材料抗折强度f
cf
、材料弹性模量E、荷载
‑
挠度曲线下的面积W以及断裂面的平截面面积A，并计算所述水泥基材料试件断裂面的分形维数d；
[0018]步骤4：计算抗冻性评价指数，采用冻融疲劳特征参数作为抗冻性评价指数，其计算公式如下：
[0019][0020][0021]A
*
＝d
[0022]其中，
*
是断裂面的相对面积，G
*
是微观断裂能，D为冻融疲劳特征参数，D值越高代表抗冻能力越强。
[0023]进一步，在步骤2中，采用三点弯曲试验测试水泥基材料试件的断裂能，加载方法为三点加载，并采用位移控制加载的方式。
[0024]进一步，所述位移控制加载的加载速率取≤0.5mm/min。
[0025]进一步，所述三点弯曲试验中水泥基材料试件的中部切口为水泥基材料试件制备时预制形成或水泥基材料试件成型后切割形成。
[0026]进一步，所述水泥基材料试件断裂面的分形维数d计算包括利用三维激光传感器扫描水泥基材料试件断裂面，将所得的三维坐标数据绘制成图，并利用计盒分形维数计算方法进行计算。
[0027]进一步，在需要判断水泥基材料抗冻性是否合格时，将满足抗冻性要求的水泥基材料作为基准组，待判断所述水泥基材料抗冻性的水泥基材料作为测试组，分别测定基准组和测试组的冻融疲劳特征参数，并将基准组与测试组的冻融疲劳特征参数进行对比，所述测试组的冻融疲劳特征参数大于或等于基准组的冻融疲劳特征参数即可判定该水泥基材料的抗冻性合格。
[0028]本专利技术的有益效果在于：
[0029]1、本专利技术提供一种水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法，基于温度应力学假说，提出冻融疲劳特征参数作为水泥基材料抗冻性评价指数，该冻融疲劳特征参数通过衡量水泥基材料抗疲劳能力进而反映水泥基材料抗冻性，该冻融疲劳特征参数通过断裂能试验配合本专利技术公开的相关计算公式即可得到，无需进行复杂冻融循环试验，从而无需购买或者租用价值高昂的冻融试验机，使得该水泥基材料抗冻性评价指数及评价方法不仅适用于大、中型科研单位与企业，并且对资金、技术实力不强的小科研院所、工程项目部都能采用，大大降低了冻融试验的门槛，使冻融试验研究和测试得到普及，对于工程质量的提高有重要作用。
[0030]并且采用该评价方法的试验工作量小，试验花费时间少，对于高强高性能水泥基材料抗冻性能的评价，在水泥砂浆试件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥基材料抗冻性评价指数，其特征在于：基于温度应力学假说，提出冻融疲劳特征参数作为水泥基材料抗冻性评价指数，该冻融疲劳特征参数通过衡量水泥基材料抗疲劳能力进而反映水泥基材料抗冻性；所述冻融疲劳特征参数分为疲劳裂缝出现阶段和疲劳裂缝扩展阶段，以此来反映冻融作用下裂缝的形成与发展过程，疲劳裂缝出现阶段受抗拉强度和弹性模量的影响，疲劳裂缝扩展阶段可用裂尖微观扩展过程中的所受抵抗力——微观断裂能衡量，从而得到所述冻融疲劳特征参数计算公式如下：融疲劳特征参数计算公式如下：A
*
＝d在上述公式中：D是冻融疲劳特征参数，f
cf
是水泥基材料抗折强度，E是水泥基材料弹性模量，G
*
是微观断裂能；W是荷载
‑
挠度曲线下的面积，A
*
是断裂面的相对面积，A是断裂面的平截面面积，d是断裂面的分形维数。2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料抗冻性评价指数，其特征在于：通过三点弯曲试验进行水泥基材料的断裂能试验，从而获得所述f
cf
、E、W、A以及d。3.一种水泥基材料抗冻性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备水泥基材料试件；步骤2：进行所述水泥基材料试件的断裂能试验，并记录材料抗折强度f
cf
、材料弹性模量E、荷载
‑
挠度曲线下的面积W以及断裂面的平截面面积A，并计算所述水泥基材料试件断裂面的分形维数d；步骤4：计算抗冻...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄煜镔，陈明伟，张成，蒋栋丞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：