多因素耦合作用下压缩浇筑混凝土（CCC）抗冻性能提升机理与寿命预测

多因素耦合作用下压缩浇筑混凝土（CCC）抗冻性能提升机理与寿命预测 一、研究内容 （1）骨料级配对CCC抗冻性能的影响研究 确定不同骨料级配（如连续级配、间断级配、不同最大粒径及细度模数）的压缩浇筑混凝土（简称CCC）配合比，制备不同骨料级配的CCC试件，并通过快速冻融试验获取CCC相对动弹性模量、质量损失率、抗压强度损失等指标，获得骨料级配对CCC抗冻性能的影响规律，获得适用于CCC的合理骨料级配。 （2）水灰比对CCC抗冻性能的影响研究 制备多组不同水灰比、不同骨料级配和不同压缩浇筑应力的CCC试件，研究水灰比对CCC孔结构、界面过渡区及冻融损伤演化规律的影响，探明水灰比调控CCC抗冻性能的内在机制，从而获得不同骨料级配所对应的合理配合比。 （3）压缩浇筑应力对CCC抗冻性能的影响研究 设计不同压缩浇筑应力等级（如0 MPa、7.5 MPa、15 MPa等），制备不同压缩浇筑应力的CCC试件，结合CCC细观有限元模型，研究压缩浇筑应力对CCC初始密实度、孔隙闭合效应、骨料-浆体界面结合强度的影响，获得压缩浇筑应力与CCC抗冻性能之间的定量关系。 （4）基于多因素耦合的CCC抗冻性能增强机理的微细观分析 以骨料级配、水灰比、压缩浇筑应力为变量，制备多因素耦合的CCC试件，采用压汞法、扫描电镜、X射线衍射等微观测试手段，结合考虑随机骨料的CCC数值仿真细观模型，揭示CCC抗冻性能的微观机理，从而建立CCC宏观力学与抗冻融性能与微观结构演变之间的关联模型。 （5）多因素耦合作用下CCC的冻融损伤模型与寿命预测 基于CCC冻融循环试验数据，分析CCC的质量损失率、抗压强度损失率以及相对动弹性模量的衰减规律，引入冻融损伤演化方程，结合多因素回归分析，建立能够考虑骨料级配、水灰比及压缩浇筑应力等参数的CCC抗冻寿命预测模型。 二、研究方法 2.1骨料级配对CCC抗冻性能的影响研究 （1）不同骨料级配、不同水灰比和不同压缩浇筑应力的CCC试件制备 本项目拟通过10组不同的骨料级配，水灰比为0.4，0.5，0.6，压缩浇筑应力为0MPa、7.5MPa和15MPa，制备CCC材料。其中粗细骨料级配见表1。冻融循环次数为0、25、50、75、100次。宏观力学性能测试内容包含动弹模量、质量损失、抗压强度、动弹性模量和应力-应变关系。微观测试包含X-CT、孔隙率、ITZ性能、水化产物等。 表1 粗细骨料级配表（见附件） ① 合理水灰比的确定 采用3种水灰比（0.4，0.5，0.6）和表1中10种骨料级配，3种压缩浇筑应力（0MPa、7.5MPa和15MPa），相同参数的试件制备3个，共需试件数量：3×10×3×3=270个。通过抗压强度测试，获取合理的水灰比。所有试件尺寸均为100mm×100mm×100mm的立方体。 ② 抗压强度演化试验 采用试验①确定的2种水灰比、表1中3种骨料级配、3种压缩浇筑应力（0MPa、7.5MPa和15MPa，），制备CCC试件，进行5次冻融循环（0、25、50、75、100），相同参数的试件制备3个，共需2×3×3×5×3=270个试件。试件尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体。 ③ 应力-应变关系演化试验 选取表1中3种代表性的骨料级配、2种水灰比、3种压缩浇筑应力（0MPa、7.5MPa和15MPa，），制备CCC试件，进行5次冻融循环（0、25、50、75、100），相同参数的试件制备3个，共需3×2×3×5×3=324个试件。试件尺寸为100mm×100mm×300mm的棱柱体。 ④ 动弹性模量试验 选取表1中3种代表性的骨料级配、2种水灰比、3种压缩浇筑应力（0MPa、7.5MPa和15MPa，），制备CCC试件，进行5次冻融循环（0、25、50、75、100），相同参数的试件制备3个，共需3×2×3×3=54个试件。试件尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体。 (2) CCC增强机理微细观分析 ① 微观测试 界面分析：通过纳米压痕技术，测量界面过渡区（ITZ）厚度及微观力学性能（硬度、模量）。 微观表征：采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和压汞测试，分析水化产物物相、微观形貌及孔隙结构。 三维结构表征：利用X射线CT扫描或电镜技术获取CCC的骨料真实形态、初始孔隙分布及冻融后微观结构特征，作为随机骨料模型的几何建模输入与模拟结果验证依据，确保细观数值模拟与宏观试验结果的一致性。 ② 数值仿真 采用CCC的细观随机骨料仿真模型，进一步分析冻融循环次数、界面过渡区参数、孔隙率以及粗骨料含量，对CCC抗压强度、峰值应变和应力-应变曲线的影响，获得细观参数（界面过渡区参数、孔隙率以及粗骨料含量）的改变对冻融损伤CCC力学性能的内在影响机理。 三、预期成果 ①明确骨料级配、水灰比、压缩浇筑应力三个关键因素对CCC抗冻性能的独立影响与耦合作用规律，获得不同压缩浇筑应力对应的合理骨料级配及配合比； ②揭示压缩浇筑混凝土抗冻性能的微观影响机理； ③建立压缩浇筑混凝土冻融寿命预测模型； ④形成压缩浇筑混凝土抗冻性能提升机理与寿命预测技术报告。 说明：表1 粗细骨料级配表（见附件）

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