本發(fā)明屬于混凝土材料/結(jié)構(gòu)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體是通過建立抗凍性評價(jià)指標(biāo)相對動彈性模量的表達(dá)式對混凝土抗凍性能進(jìn)行評價(jià)。

背景技術(shù)：

混凝土因?yàn)樵牧县S富、施工性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，土木工程領(lǐng)域中用于評價(jià)混凝土材料的抗凍性能方法眾多，主要是快凍法和慢凍法，這兩種方法考慮了凍融循環(huán)次數(shù)對混凝土抗凍性的影響，但是不能準(zhǔn)確反映凍融循環(huán)次數(shù)和凍融循環(huán)時(shí)間共同作用下的混凝土抗凍性能水平，因此難以在實(shí)際工程環(huán)境中進(jìn)行計(jì)算和考量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的快凍法和慢凍法均不能準(zhǔn)確反映凍融循環(huán)次數(shù)和凍融循環(huán)時(shí)間共同作用下的混凝土抗凍性能水平的技術(shù)問題，提供一種混凝土抗凍性能的評價(jià)方法，該方法使用非線性數(shù)學(xué)模型對混凝土的抗凍性能進(jìn)行描述/預(yù)測。

技術(shù)方案：一種混凝土抗凍性能的評價(jià)方法，包括以下步驟：

步驟1，將混凝土試件放入以防凍液為凍融介質(zhì)的凍融裝置中，進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，測定相對動彈性模量數(shù)據(jù)；

步驟2，根據(jù)步驟1所得相對動彈性模量數(shù)據(jù)結(jié)合如下公式，得到與凍融循環(huán)次數(shù)相關(guān)的系數(shù)k：

P(n,4)＝1-kn；

步驟3，根據(jù)步驟1所得相對動彈性模量數(shù)據(jù)、步驟2所得與凍融循環(huán)次數(shù)相關(guān)的系數(shù)k結(jié)合如下公式，得到與凍融循環(huán)時(shí)間相關(guān)的系數(shù)α和β：

P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4^β>]；

步驟4，結(jié)合步驟2所得與凍融循環(huán)次數(shù)相關(guān)的系數(shù)k、步驟3所得與凍融循環(huán)時(shí)間相關(guān)的系數(shù)α和β，得到描述/預(yù)測混凝土相對動彈性模量用非線性數(shù)學(xué)模型，該模型為凍融循環(huán)次數(shù)和凍融循環(huán)時(shí)間的函數(shù)形式：

P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]；

式中：n是凍融循環(huán)次數(shù)；t是一次凍融循環(huán)時(shí)間。

進(jìn)一步地，所述混凝土試件的尺寸為100mm*100mm*400mm。

進(jìn)一步地，所述混凝土試件在20℃、5％濕度條件下養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)一步地，所述凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)是將混凝土試件分別進(jìn)行凍融循環(huán)50次、100次、150次及200次的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，在4種不同循環(huán)次數(shù)實(shí)驗(yàn)中，控制凍融循環(huán)時(shí)間分別為4小時(shí)、8小時(shí)、16小時(shí)。

進(jìn)一步地，在每次凍融循環(huán)冷凍過程中混凝土試件中心應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)應(yīng)達(dá)到-18±2℃，并保持該溫度至融化之前；融化過程中混凝土試件中心溫度在2小時(shí)內(nèi)應(yīng)達(dá)到5±2℃，間隔10分鐘后進(jìn)入到下一次凍融循環(huán)。

有益效果：本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型可以反映不同凍融循環(huán)次數(shù)和不同凍融循環(huán)時(shí)間共同作用下的混凝土抗凍性能水平，其簡單易用、準(zhǔn)確性高，具有廣泛應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中參數(shù)k確定示意圖，也反映凍融循環(huán)時(shí)間為4小時(shí)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果；

圖2是實(shí)施例1中參數(shù)α和β確定示意圖，也反映50次凍融循環(huán)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果；

圖3是實(shí)施例1中100次凍融循環(huán)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果圖；

圖4是實(shí)施例1中150次凍融循環(huán)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果圖；

圖5是實(shí)施例1中200次凍融循環(huán)下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種混凝土抗凍性能的評價(jià)方法，通過建立抗凍性評價(jià)指標(biāo)相對動彈性模量的表達(dá)式對混凝土抗凍性能進(jìn)行評價(jià)，用非線性數(shù)學(xué)模型描述/預(yù)測混凝土相對動彈性模量，模型為凍融循環(huán)次數(shù)和凍融循環(huán)時(shí)間的函數(shù)形式：

P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]

式中：n是凍融循環(huán)次數(shù)；t是一次凍融循環(huán)時(shí)間；k表征與凍融循環(huán)次數(shù)相關(guān)的系數(shù)；α和β表征與凍融循環(huán)時(shí)間相關(guān)的系數(shù)。

實(shí)施例1

采用P.O42.5級的普通硅酸鹽水泥配置強(qiáng)度等級為C20的混凝土，成型100mm*100mm*400mm的混凝土試件，20℃和95％濕度下養(yǎng)護(hù)28天備用；將養(yǎng)護(hù)試件分組，放入以防凍液為凍融介質(zhì)的凍融裝置中，分別進(jìn)行凍融循環(huán)50次、100次、150次及200次的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，以上4種不同循環(huán)次數(shù)實(shí)驗(yàn)中，控制凍融循環(huán)時(shí)間分別為4小時(shí)、8小時(shí)、16小時(shí)，考慮以上情況組合，共計(jì)進(jìn)行12組凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)。測定12組試件的相對動彈性模量，按下式計(jì)算：

式中：f_ini是凍融循環(huán)前的混凝土試件的橫向基頻，f(n,t)是凍融循環(huán)n次，每次凍融循環(huán)t小時(shí)的混凝土試件的橫向基頻。

建立相應(yīng)數(shù)據(jù)并整理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

表1不同融時(shí)間、不同凍融循環(huán)次數(shù)下的相對動彈模量

下面確定模型系數(shù)k，具體步驟為：

選擇P(50,4)、P(100,4)、P(150,4)和P(200,4)，并將其建立于一個坐標(biāo)系當(dāng)中，該坐標(biāo)系y坐標(biāo)為P，x坐標(biāo)為n。如圖1所示(圖中正方形)。此時(shí)P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]簡化為P(n,4)＝1-kn，根據(jù)已有的P(50,4)、P(100,4)、P(150,4)和P(200,4)可用最小二乘法確定模型參數(shù)k為0.001，模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合效果見圖1。

下面通過50次凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定該模型下的系數(shù)α和β：

選擇P(50,4)、P(50,8)和P(50,16)，并將其建立于一個坐標(biāo)系當(dāng)中，該坐標(biāo)系y坐標(biāo)為P，x坐標(biāo)為n；根據(jù)上步獲得的k＝0.001，代入P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]可得P(50,t)＝0.95[1-α<t-4>^β]，則根據(jù)已有的P(50,4)、P(50,8)和P(50,16)可用最小二乘法確定模型參數(shù)α和β為4和0.2。具體結(jié)果見圖2。

再將確定的α和β與其他凍融循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)比較和調(diào)整，保證α和β與所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合效果有保證。

將P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]，結(jié)合獲得的k＝0.001、α＝4和β＝0.2，計(jì)算獲得100次凍融循環(huán)時(shí)的模型模擬結(jié)果，與100次凍融循環(huán)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖3所示，發(fā)現(xiàn)模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度高。

將P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]，結(jié)合獲得的k＝0.001、α＝4和β＝0.2計(jì)算獲得150次凍融循環(huán)時(shí)的模型模擬結(jié)果，與150次凍融循環(huán)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖4所示，發(fā)現(xiàn)模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度高。

將P(n,t)＝(1-kn)[1-α<t-4>^β]，結(jié)合獲得的k＝0.001、α＝4和β＝0.2計(jì)算獲得200次凍融循環(huán)時(shí)的模型模擬結(jié)果，與200次凍融循環(huán)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖5所示，發(fā)現(xiàn)模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度高。

從所有的模型模擬數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的來看，擬合效果符合預(yù)期，計(jì)算誤差比較見表2。

表2計(jì)算誤差比較

由上可以發(fā)現(xiàn)本方法模擬所得數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常好，在一般情況下，誤差率控制在3％以內(nèi)，在教學(xué)、試驗(yàn)、施工等領(lǐng)域中具有很高的的應(yīng)用價(jià)值。

以上所述，僅是本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)性質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。