我国代表城市混凝土冻融循环次数探讨.pdf
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1、1 2 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1 1 期 ( 总第 2 0 9期 ) D OI : 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i a w j z 2 0 1 5 1 1 0 0 5 我 国代表城市混凝 土冻 融循环次数探讨 殷英政 , 李志国 ( 1 天津市建筑设计 院, 天津3 0 0 0 7 4; 2 天 津大学土木 系, 天津3 0 0 0 7 2 3 滨海土木工程结构与安全教 育部 ( 天津大学) 重点 实验室 。 天津3 0 0 0 7 2) 【 摘要】 本研究遵循中华人民共和国国家标准 G B T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 混凝土结构耐久性设计规范, 采用中
2、 国气象局网站 资料, 对 1 9 9 7年中国部分地区混凝土结构耐久性冻融循环次数进行统计。即按照气象资料, 将 日最高与日最低气温, 分为三档: 一1 5 C; 一1 0 ; 一 5 。以此温度为冻融温度, 以 +5 为融解温度, 来计算不同 温度档的冻融循环次数。结合混凝土快速冻融循环的室内试验经验和研究成果, 区分三个温度档冻融制度对混 凝土的破坏程度 , 文 中提 出了“ 当量冻融循环次数 ” 模 型 。并 以此 提 出了能将 现有 规范和 常用混凝 土快冻法 试验 结果相结合的混凝土耐久性设计原理及方法。 【 关键词】 快冻次数 ; 统计冻融次数; 当量冻融次数; 混凝土; 工程抗
3、冻设计 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 0 1 2 0 4 0 引言 为规范和指导我 国建筑 节能 的设 计 和施工 , 国标 G B 5 0 1 7 8 1 9 9 3 ( 建筑气候 区划分标准 , 将我国气 候按对建筑能耗的分类方法, 分成 5个不同的气候区: 夏热冬 暖、 夏热冬冷 、 寒冷 、 严寒 B 、 严寒 A区等 。全 国 各 区的代表城市见表 1 。 表 1 中国主要城市所处气候 分区 气候 区 代 表城市 严寒 A区 伊春 、 满洲里 、 哈尔滨 、 佳木斯
4、严寒 B区 长春 、 沈 阳、 呼和浩特 、 银 川、 西 宁、 乌鲁木齐 寒 冷地区 、 太原 、 喀什 京 、 天 津 、 石 家庄 、 西安 、 拉萨 、 夏热冬冷 武汉 、 上海 、 、 长 沙 、 南 昌、 重庆 、 成 夏热冬暖 福州、 柳州 、 厦 门、 广州 、 深圳 这五个气候 区的划分 , 是 为满 足 我 国建筑 节 能 , 或冬季供暖的建筑设计 、 施工和管理的 目的而划分 的。而不是针对混凝 土材料 的研究 、 生产 、 施 工 、 性 能 和应用的 目的而划 分 的。在 进行 混凝 土材 料 科学 研 究 、 试 验和 施工过 程 中 , 甚至 在研究 混凝 土及
5、结构 耐 久性 科学 和试 验 问题时 , 包 括 国外 的一些研 究成 果 , 都是基于相 同方法和原理, 即按大气气候或气象标 准 , 根据 日平 均气 温 温度 , 划分 地 区、 制定 试 验制 度 、 确定冻融循环次数 , 从 而决定混凝 土材料 耐久性 及抗 冻使用寿命的。 按大气 中月平均最低气温 , 我国 G B T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 混凝土结 构耐久性 设计规 范 , 参 照 G B 5 0 1 7 8 1 9 9 3 建筑气候区划分标准 , 将我国对混凝土工程 的抗冻气候区, 也划分为 5 个 , 见表 2 。 表2 混凝土抗冻性气候分区代表 文献分析发
6、现 , 至 今 , 国 内外 规 范都 没 有将 工 程 所在地 区的冻融次数 , 和全 世界通行 的快冻 法循环 次 数 , 科学 、 精 准有 机 地 联 系起 来 。这 样 , 无 论 那 个 规 范, 无论将混凝土冻融气候区划得多么准确 , 亦或将 混凝土快速冻融循环试验做的多么精细, 都无法将其 一 体化进行工程设计。这样 , 耐久性规范规定得再 好 , 工程技术人员还是不 能按照规 范进行 混凝土结 构 抗冻性耐久性设计 , 也无 法对配制 或施工 中采用 的混 凝土 , 进行科学的定量的耐久性质量检测和使用寿命 评价 。 本研究 旨在遵 从 中华人 民共 和 国国家 标准 G B
7、 T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 混凝土结构耐久性设计规范 , 通过研 究我国不同地区的详细气温变化过程, 研究 日平均气 温 , 日最高 、 最低气温 , 并 结合气温 对混凝 土冻融 破坏 的作用程度 , 及代表性的城市的统计冻融循环次数 , 提出“ 当量冻融循环次数” 概念。从而使得工程设计 人员 可 以遵 循规 范规 范 , 结合 工程 所在 地气 候特 点 , 并根据混凝土快速抗冻循环试验结果完成针对具体 工程、 具体材料性能、 具体气候条件的实用设计。 殷英政等: 我国代表城市混凝土冻融循环次数探讨 l 3 1 统计冻融循环次数和当冻融循环次数 1 1 历史气象资料的统计
8、本研究采用 中国气象局网站 资料 , 采用 : 中国 气象局一数据查询一历史气象数据查询一 1 9 9 7 + 不同省份+ 不同地区 + 气温+ 月逐 E t 分析 模式: 检索网络公开信息, 查找我国代表城市的历年 气象统计数据, 进行我国代表城市抗冻循环次数统计 分析。由于该网站只提供了 1 9 9 72 0 0 6年间的历史 气象资料, 本研究认为 1 9 9 7年为近年较冷年份, 故本 研究按 1 9 9 7年进行历史气象资料查询。取样统计的 方法为: 按 日最高 一最低气温变化曲线, 将从低于 一 1 5 o C; 一1 0 o C; 一 5 的日期数 , 按月在当日气温升高至 +
9、5 C以上, 计为在该统计 温度下, 完成一次冻融循 环。按此方法计算出了我国代表城市在 一1 5+ 5 c = ; 一 l 0一十 5 ; 一 5+5 三档的统计冻融循环次、 当 量冻融循环次数见表 3 。 表 3 中国不 同城市 的统计 冻融循环次数 注 : 上 表中 a b e表示分另 符 合 一1 5+5 一1 0+5 一5一+5 的冻融循环次数 为 a次 、 b次 、 c 次 ;“ 0 0 0 ” 表示该地某月 每天 的最高气温均低于零度 , 即只有冻结 , 没有冻融循环 ; “一” 表示该月没有负温无冻融循环 。 1 2 当量 冻融循 环次数 国内外 目前对冻融循环次数几乎没有一个
10、规范 的定义。人们约定俗成的认为只要温度由正变负, 就 是一次循环。美国资料表明 铺面混凝土冻融计算 是根据温度从 O C以上 降到 0 以下 , 而且低 于 O C时 间 2 h以上 即为一次 冻结 ; 温度从 O C以下升 到 O C以 上且保持正温 2 h以上为一次融化。合起来计为一次 冻融循环 。 1 4 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1 1 期 ( 总第 2 0 9期 ) 我国李哗 提 出, 路 面下 5 0 m m处 , 温度 由 0 C以 上变成 0 以下 , 就可确 定 为 1次冻 融循 环。这样 他 算出哈尔滨年 1 2 9次、 北京年 8 4次、 天津年 7 7次冻融
11、循环 。 哈工大葛勇 提出了以地表最低温度确定冻融 次数的理念 。并建 议 以 一 5 划 分有 害 冻结 温度 , 确 定混凝土抗 冻等级 的方法 。 上述理论或主张虽有道理 , 但 既不 能和现行 耐久 性设计标准相结合 , 也不能使得他们提出的冻融循环 次数 , 和快冻法实验结果及 昆 凝 土结构抗 冻耐 久性设 计挂钩; 同时, 上述以0或 一 5 C为界确定的循环次数 , 也未考虑 0 、 一 5 、 一1 0 、 一1 5 下 毛细孔水冻 结情况 与 对混凝 土烈 度 的关 系 , 更 没有 与 快 同 试 验 次 数 相 联 系。仔细分析发现, 若按北京年 8 4次冻融循环估算
12、, 全世 界 顶 级 混 凝 土 也 仅 在 1 0年 ( 8 4 0次 )1 5年 ( 1 0 2 0次 ) 就要被严重冻坏 。这与事实不符 : 北京 市十 三陵水 库 的抽 水 蓄能 电站 , 贮水 池混 凝土 材料 , 由于 采用水科 院引气抗冻混凝土科研成果 , 工程应用 1 5年 后( 按 年 8 4次算法 , 该工程 实际经历 1 0 0 0次 以上 的冻 融循环) , 混凝土结构未见任何冻融破坏迹象。 本研究在查 阅规范 、 研 究文献 、 考察 工程 、 综合 实 验室经验的基础上, 根据不同温度档混凝土冻结的破 坏作用烈度 , 提 出“ 当量冻融循环次数” 概念, 将这一 工
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