凍融循環的案例
凍融循環作用下危巖體破壞模擬
感激不盡
另外，有數模技術問題歡迎大家多交流~
計算說明書：
（1）案例背景：我國寒區面積約為國土面積的75%，其中季節性凍土區占國土面積的58.9%，主要集中在東北和西部地區，在極端氣溫下南方地區也存在季節性凍土（如2008年），近年來隨著東北振興、西部大開發及中部崛起戰略的實施，寒區巖體工程建設活動越來越多，面臨更多的巖體凍融破壞問題。如在寒區危巖體或者邊坡工程中，地表水滲透到巖體內部，滲透水在低溫作用下對巖體產生凍脹破壞，并且在反復凍融作用下，整個邊坡或危巖體的穩定性持續劣化進而產生滑移破壞。
（2）計算任務：在2D平面內實現凍融循環作用下危巖體的破壞判斷，考慮凍融循環作用下由于水分凍脹產生的應力對危巖體結構面的作用，考慮凍融循環作對危巖體組成材料的力學性能弱化（如抗剪強度參數的弱化），在雙重作用影響下，危巖體極有可能出現失穩破壞。該模型可以準備判斷危巖體是否發生破壞，具有科研和工程實踐價值。
（3）設備基本參數：CPU為“Intel(R) Xeon(R) CPU i5-6300HQ @ 2.30GHz”;內存為“8.0GB”；顯卡為“Nvdia MX150”,64為驅動系統
（4）采用Standard求解器進行模擬；模型利用2D可變形殼型平面模型；用Mohr—Coulomb準則作為破壞準則，利用非對稱矩陣求解器求解，考慮土體自重力。所有單元類型采用平面應變單元（CPE4），網格控制屬性為四邊形掃掠技術。
（5）計算耗時：依據危巖體尺寸的不同計算時間有長有短，但都遠低于3D模型模擬所需時間。
（6）分析：
（a）利用2D可變形模型，將3維危巖體降維成2維平面，極大地提高了計算效率；
（b）凍融循環作用在ABAQUS可通過用戶子程序umat對材料的抗剪強度參數定義，或者利用場變量定義，實現方式較為便捷。
展開 基于ABAQUS的寒區礦山邊坡危巖穩定性分析
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為研究凍融循環作用對寒區礦山邊坡危巖穩定性的影響，首先，利用有限元分析軟件ABAQUS和強度折減法，并結合Mohr-Coulomb破壞準則對礦山邊坡危巖算例進行數值分析。其次，以數值計算不收斂作為模型失穩破壞判據，分別計算不同凍融循環次數下的邊坡危巖安全系數。最后，通過與極限平衡法計算所得的理論安全系數比較驗證有限元分析結果的可靠性。結果表明：邊坡危巖安全系數隨凍融循環次數增加呈下降趨勢，其初期下降趨勢較其他階段要更快；且有限元計算與極限平衡法計算所得安全系數相差較小，分析結果可為寒區礦山邊坡安全分析提供參考。
計算說明書：
（1）案例背景：我國寒區面積約為國土面積的75%，其中季節性凍土區占國土面積的58.9%，主要集中在東北和西部地區，在極端氣溫下南方地區也存在季節性凍土（如2008年），近年來隨著東北振興、西部大開發及中部崛起戰略的實施，寒區巖體工程建設活動越來越多，面臨更多的巖體凍融破壞問題。如在寒區危巖體或者邊坡工程中，地表水滲透到巖體內部，滲透水在低溫作用下對巖體產生凍脹破壞，并且在反復凍融作用下，整個邊坡或危巖體的穩定性持續劣化進而產生滑移破壞。
（2）計算任務：在2D平面內實現凍融循環作用下危巖體的破壞判斷，考慮凍融循環作用下由于水分凍脹產生的應力對危巖體結構面的作用，考慮凍融循環作對危巖體組成材料的力學性能弱化（如抗剪強度參數的弱化），在雙重作用影響下，危巖體極有可能出現失穩破壞。該模型可以準備判斷危巖體是否發生破壞，具有科研和工程實踐價值。
展開 關于外摻氧化鎂對混凝土耐久性的影響研究
3 外摻氧化鎂對混凝土抗凍性的影響
混凝土抗凍性是指混凝土處于反復凍融循環條件下抵抗膨脹開裂的能力，可用相對動彈模和質量損失率兩指標來衡量。
對外摻氧化鎂的混凝土抗凍性的研究結果目前并不統一。李方賢采用慢凍法進行抗凍試驗，氧化鎂采用內摻方式，取代水泥用量，結果表明摻MgO 膨脹劑混凝土較普通混凝土的抗凍性有較大的提高。李承木采用快速凍融法試驗，研究顯示氧化鎂混凝土在凍融33 次以后，相對動彈模損失在50%以下，重量損失在1. 5% 左右，而未摻氧化鎂混凝土在凍融23 次后，相對動彈模損失在60% 以下，重量損失在2. 4%左右。由于外摻氧化鎂膨脹劑使混凝土結構更加密實，明顯提高了混凝土的抗凍性。李鵬輝的氧化鎂抗凍性能試驗按照快凍法進行，試驗結果為氧化鎂摻量越大，相對動彈模下降越大，說明氧化鎂的摻入對此種混凝土的抗凍性能有不利影響。李鵬輝對氧化鎂和水泥的水化過程進行細觀觀察試驗，指出氧化鎂水化過程伴隨的顆粒崩解造成了微觀結構強度的損傷甚至破壞。
為確定氧化鎂對混凝土抗凍性能的影響，作者依據SL 352 - 2006《水工混凝土試驗規程》中相關規定進行混凝土抗凍試驗，當相對動彈模下降至初始值的60% 或質量損失率達5% 時，試件判定為破壞。設計進行氧化鎂摻量分別為0、2%、4% 和6% 的混凝土抗凍試驗結果如下: 混凝土凍融循環次數為0 時，相對動彈模都是100%，質量損失都是0; 混凝土凍融循環次數為100 次時，相對動彈模分別為92. 4%、96. 1%、97. 4%、97. 0%，質量損失分別為1. 3%、0. 7%、0. 5%、0. 5%;混凝土凍融循環次數為200 次時，相對動彈模分別為71. 5%、81. 7%、82. 2%、84. 8%，質量損失分別為5. 8%、2. 2%、1. 8%、1. 5%。
展開 防凍混凝土=抗凍混凝土？很多工程人沒搞清楚！
二
抗凍混凝土
抗凍混凝土是指結構設計要求混凝土具有長期抵抗凍融循環的耐久性能，即滿足結構設計規定的抗凍級別。
當抗凍混凝土在冬期環境下澆筑時，還必須采取冬期施工的技術措施。抗凍混凝土無論在什么季節施工，都必須摻引氣劑來達到結構設計的抗凍級別要求，提高混凝土含氣量（4%～6%）是提高混凝土抗凍性能最有效的技術措施。應用抗凍混凝土的工程主要有：水工、港口、橋梁及公路等。
1
抗凍等級和抗凍標號
根據GB/T50082-2009標準，混凝土抗凍性能按試驗方法不同，分抗凍等級和抗凍標號。抗凍等級用符號F表示，而抗凍標號是用符號D表示，兩種方法均采用齡期28d的試件在吸水飽和后，檢測其承受反復凍融循環下的性能變化。抗凍等級是以試件相對動彈性模量下降至不低于60％或者質量損失率不超過5％時的最大凍融循環次數來確定；抗凍標號是以抗壓強度損失率不超過25％或者質量損失率不超過5％時的最大凍融循環次數來確定。常用的混凝土抗凍等級有：F50、F100、F150、F200、F250、F300等，分別表示混凝土能夠承受反復凍融循環次數為50、100、150、200、250和300次。
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⑵不同配比灰土試件，7天無側限抗壓強度在1.0mpa左右；而不同配比水穩試件7天無側限抗壓強度在4～7mpa之間（采用325號普通水泥，水泥摻量5%～6%）
⑶不同配比灰土試件經幾次凍融循環后，抗壓強度幾乎沒有；而摻有水泥和粉煤灰的不同配比的水穩試件，經10次凍融循環后，仍可測得一定的強度。
通過觀測、分析不同配比的灰土基層板體性教差，干縮、溫縮系數大，這樣的基層表層受水浸泡后強度降低，在行車荷載反復作用下，容易被面層材料啃噬成粉末狀，極易被滲進的水混合成泥漿流走，逐漸使面層脫空，造成油面沉陷、龜裂、脫落，這就是瀝青路面病害產生的主要原因。而由水泥、粉煤灰、碎石、砂、石屑等組成的水穩基層，具有強度高、面層薄、板體性、水穩定性、抗凍性好等特性，正好彌補了灰土基層的缺陷，從而大大提高瀝青混凝土道路的使用壽命。
展開 關于我國地質災害風險易發性評價難點與方案的討論
目前影響風化作用最為強烈的過程主要有凍融循環風化和干濕循環風化，那么衡量風化的指標就可以確定為季節溫差和干濕季節的降水量差異，特別是對于泥石流災害，這也就解決了為什么泥石流在我國干旱河谷區特別集中，同時冰川泥石流在我國青藏高原東緣特別集中的現象。具體可以選擇冬春降水和夏季降水量的差異值作為干濕循環風化的強度指標，也可以參考春夏兩季的降水差異。凍融循環風化則可以在高寒山區選擇冬季和夏季的溫差作為指標來進行統計分析和研究。
4 影響地質災害的人類活動指標
從現有的風險評價結果來看，以四川為例，東部的丘陵山區地質災害隱患點的分布很難在圖上一目了然地看出災害隱患點的分布規律，這些隱患點的分布受人類活動的影響十分顯著。如四川遂寧市的船山區隱患點的發育與房屋的建設面積比例相關。而諸多的滑坡和崩塌災害隱患點與道路的建設有關。目前有關人類活動對災害影響的指標主要有與道路的距離和房屋的面積等。與構造活動對地質災害隱患點的影響類似，采用災害隱患點與道路的距離作為指標存在諸多的不確定性，如樟木滑坡，滑坡體上諸多的公路穿越，那么用哪一段公路作為標準來確定滑坡與公路的距離呢？
▲ 西藏聶拉木樟木滑坡（來源于Google Earth 影像）
建議采用滑坡區域內公路總里程或公路總面積與滑坡面積的比值，即單位面積坡體的公路長度密度作為道路對地質災害影響的指標科學合理且具有可操作性。而對于坡耕地則可以采用單位面積的斜坡區擁有坡耕地面積的多少為指標來衡量。房屋建設則可以采用斜坡區房屋的面積的比例作為指標作為風險評估的參數進行。
▲安寧河流域照壁山滑坡體上的坡耕地
5 泥石流小流域的物源指標
在諸多的泥石流小流域中，決定其災害易發性的指標中有地形地貌條件和物源兩類條件（降水用于危險性評價中）。
展開 沒想到，混凝土結構耐久性問題的罪魁禍首竟然是它！
用這樣的水泥制成的混凝土，其結構退化主要體現在破碎(如強度不夠，或凍融循環導致的破碎)、結構漏水(混凝土密實度不夠造成的抗滲性不高)等，沒有與裂縫相關的退化被報道。而1930年以后，水泥生產工藝得以改善，水泥的細度變得更細——調查認為恰恰是細度出的問題，并建議并提出細度超過1800cm2/g范圍則會影響耐久性。
1950年后，混凝土施工有了大進展，包括預制混凝土、泵送施工、以及插入式振搗器對混凝土工作性的要求提高——對流動性的要求在1970年出現減水劑之前是通過提高用水量來實現的。
有了更先進的施工工藝，人們就希望可以更快地完成工程項目，因此漸漸提高了對工期的要求，這也就隨之導致要求混凝土具有越來越高的早期強度。為了實現早期強度，用水量不能太高，因此只能將水泥做得更細。1970年美國的ASTM
Type I
波特蘭水泥中C3S含量提升到50%，使得細度達到了300m2/kg，這對混凝土的性能影響巨大，1945年，0.47水灰比已經可以達到28d強度31MPa。
由于混凝土橋面板具有所處環境惡劣的特點，經常受到融雪劑、干濕循環、凍融循環、冷熱循環等作用的共同影響，因此可視為對混凝土的加速試驗，在耐久性方面具有一定的代表性。1987年，美國
U.S. National Materials Advisory
Board開展了一項調查，關注建于1940年后的橋面板。結果為，253000座橋面板正在劣化過程中，一些壽命不到20年，且以35000座每年的速度增長。
負責調研的Krauss 和 Rogalla根據調查結果，得出了一個令人意外的結論：由于美國1970年中期后集中發生的橋面破壞案例，與1974年AASHTO 規范修改有著時間上的重合，因此認為規范的修改錯誤，是導致這些破壞的主要原因。
展開 人工加速老化測試實驗種類淺析
二、高低溫循環
主要參考標準：GB/T 2423，JG/T 25建筑涂料涂層耐凍融循環性測定法等標準，可以按照不同產品標準中，關于高低溫循環、凍融循環的相關測試方法來開展試驗。主要用于建筑涂料、特殊環境使用設備等檢測。
三、熱老化
主要參考標準：GB/T 7141、ASTM D3045、JIS K 6257等。
熱老化箱具有程序設定功能，可以通過程序設定溫度變化，適合各種產品熱老化的需要。
主要應用范圍：各種產品耐熱老化測試，如PCB板、電器中絕緣橡膠、長壽命需求產品（如斜拉索大橋用外套料，使用年限要20年以上）等，考察材料隨著使用時間的推移，產品性能的變化狀況，考察產品使用的可靠性。
四、濕熱老化
主要參考標準：通用標準有GB/T 15905、GB/T 2573等。
另外還可以根據不同的產品標準、企業標準設定濕度、溫度的變化曲線，適合各種復雜的濕熱老化測試。產品使用過程中，容易受到溫度和濕度的雙重影響，對于一些對水敏感的材料，如PET、PBT等，需要進行濕熱老化測試，以評定是否適合在潮濕的環境下長期使用。
五、鹽霧老化
主要參考標準： GB/T 10125、GB/T 12000、ASTM D117 、JIS Z 2371等
標準進行中性鹽霧、酸性鹽霧、銅離子加速鹽霧測試。主要用于模擬大氣中的溶解于水蒸汽中的氯化鈉對涂層、鍍層等保護程以及金屬地材的腐蝕作用，尤其是沿海地區及內陸鹽湖周邊地區，空氣中鹽分較高，產品很容易受到鹽霧腐蝕。主要適用產品：各類涂料，如建筑外墻涂料、船用涂料、貨柜用涂料等，各類鍍層。
六、臭氧老化
主要參考標準：GB/T 7762、GB/T 24134、GB/T 13642、HG/T 2869、JIS K 6259、ASTM D 1149。
展開 混凝土知識大全，看完就是半個專家！關于混凝土，看這里就夠了！
這是由于滲透到混凝土中的水分受凍結冰后，體積膨脹9%，使混凝土內部的孔隙和毛細管受到相當大的壓力，如果氣溫升高，冰凍融化，這樣反復地凍融，混凝土最終將遭到破壞。混凝土的抗凍性用抗凍標號F表示。如受凍融的試塊強度與未受凍融的試塊強度相比，降低不超過25%，便認為抗凍性合格。抗凍標號以試塊所能承受的最大反復凍融循環次數表示。根據凍融循環次數，混凝土抗凍標號一般分為：F15、F25、F50、F100、F150和F200。
抗侵蝕性：指混凝土在各種侵蝕性液體和氣體中，抵抗侵蝕的性能。對混凝土起侵蝕作用的介質主要是硫酸鹽溶液、酸性水、活動和或帶水壓的軟水、海水、堿類的濃溶液等。
耐熱性：指混凝土在高溫作用下，內部結構不遭受破壞，強度不顯著喪失，具有一定化學穩定性的性能。
為什么混凝土有自然養護和蒸汽養護
自然養護即是混凝土在自然條件下(溫度不低于+5℃，濕度90～100%)進行養護。如前所述，在自然養護溫度下強度增長極慢，7d的齡期僅能得到28d(混凝土28天后的強度)30~70%，要保證拆模強度和出廠強度則需要較長的時間。這就會延長整個生產過程的循環時間，同時要求配有大量的模板設備和占用大量的生產面積，增加基建投資。為了加快混凝土強度的增長速度就可采用蒸汽養護，利用蒸汽加熱混凝土，使混凝土在較高溫度(70~90℃)及較高濕度(約90%以上)的條件下迅速硬化。但是在氣候比較光明日溫暖的地區仍然是適于采用自然養護的。這樣可以節約燃料和相應的一套設備投資，降低成本。
什么是混凝土的和易性
混凝土的和易性是指混凝土混合料的成份能不能保持均勻，以及在生產操作時是不是容易澆灌、振搗的性能。
混凝土的和易性是一項綜合指標。它包括混凝土的流動性、粘聚性和保水性三個內容。
展開 關于混凝土的“十萬個為什么”
這是由于滲透到混凝土中的水分受凍結冰后，體積膨脹9%，使混凝土內部的孔隙和毛細管受到相當大的壓力，如果氣溫升高，冰凍融化，這樣反復地凍融，混凝土最終將遭到破壞。混凝土的抗凍性用抗凍標號F表示。如受凍融的試塊強度與未受凍融的試塊強度相比，降低不超過25%，便認為抗凍性合格。
抗凍標號以試塊所能承受的最大反復凍融循環次數表示。根據凍融循環次數，混凝土抗凍標號一般分為：F15、F25、F50、F100、F150和F200。
抗侵蝕性：指混凝土在各種侵蝕性液體和氣體中，抵抗侵蝕的性能。對混凝土起侵蝕作用的介質主要是硫酸鹽溶液、酸性水、活動和或帶水壓的軟水、海水、堿類的濃溶液等。
耐熱性：指混凝土在高溫作用下，內部結構不遭受破壞，強度不顯著喪失，具有一定化學穩定性的性能。
為什么混凝土有自然養護和蒸汽養護？
自然養護即是混凝土在自然條件下(溫度不低于+5℃，濕度90～100%)進行養護。
如前所述，在自然養護溫度下強度增長極慢，7d的齡期僅能得到28d(混凝土28天后的強度)30~70%，要保證拆模強度和出廠強度則需要較長的時間。這就會延長整個生產過程的循環時間，同時要求配有大量的模板設備和占用大量的生產面積，增加基建投資。
為了加快混凝土強度的增長速度就可采用蒸汽養護，利用蒸汽加熱混凝土，使混凝土在較高溫度(70~90℃)及較高濕度(約90%以上)的條件下迅速硬化。但是在氣候比較溫暖的地區仍然是適于采用自然養護的。
展開 混凝土強度不足，原因竟然如此簡單？
2）石子體積穩定性差：
有些由多孔燧石、頁巖、帶有膨脹黏土的石灰巖等制成的碎石，在干濕交替或凍融循環作用下，常表現為體積穩定性差，而導致混凝土強度下降。
3）石子形狀與表面狀態不良：
針片狀石子含量高影響混凝土強度。而石子具有粗糙的和多孔的表面，因與水泥結合較好，而對混凝土強度產生有利的影響，尤其是抗彎和抗拉強度。最普通的一個現象是在水泥和水灰比相同的條件下，碎石混凝土比卵石混凝土的強度高10%左右。
4）骨料（尤其是砂）中有機雜質含量高：
如骨料中含腐爛動植物等有機雜質（主要是鞣酸及其衍生物），對水泥水化產生不利影響，而使混凝土強度下降。
5）黏土、粉塵含量高：
由此原因造成的混凝土強度下降主要表現在以下三方面，一是這些很細小的微粒包裹在骨料表面，影響骨料與水泥的粘結；二是加大骨料表面積，增加用水量；三是黏土顆粒、體積不穩定，干縮濕脹，對混凝土有一定破壞作用。
6）三氧化硫含量高：
骨料中含有硫鐵礦（FeS2）或生石膏（CaSO4?2H2O）等硫化物或硫酸鹽，當其含量以三氧化硫計較高時（例如＞1%），有可能與水泥的水化物作用，生產硫鋁酸鈣，發生體積膨脹，導致硬化的混凝土裂縫和強度下降。
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