一种实际环境冻融作用强度的评价与量化方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种冻融作用强度的评价方法，具体设及一种实际环境冻融作用强度 的评价与量化方法。
【背景技术】：
[0002] 气候环境条件对±木工程基础设施的稳定性、耐久性、使用性能有显著的影响，寒 冷地区频繁的冻融作用对其影响更为显著。而目前关于冻融作用的研究，大多围绕材料性 能开展室内模拟试验，较少将室内冻融试验与外界实际冻融作用联系，使设计与实际不符 从而造成寒冷地区±木工程基础设施病害严重、性能快速衰减、使用寿命缩短的窘状。
[0003] 冻融作用是温度与水分两种因素的综合作用，是指由于温度降到零度W下和升至 零度W上而产生冻结和融化的一种物理作用和现象，冻融作用一般都有水分（或冰体）参 与。融化时结构体表面或内部冰体融化，水分将沿着结构表面的孔隙或毛细孔通路向结构 内部渗透；冻结时水分结成冰，产生膨胀，膨胀应力较大时，结构出现裂缝。冻结和融化的交 替出现，称为冻融循环，冻融循环作用已逐渐成为影响±木工程基础设施的另一主要气候 环境因素。
[0004] 我国冻融作用影响主要分布在高绅度东北地区和高海拔的青藏高原地区及西北 高山区，2008年1月南方大范围冻雨冰雪灾害使全国18个省级行政区遭受了低温、雨雪、冰 冻等灾害影响，相应±木工程基础设施也遭受了不同程度的冻融影响，使得冻融破坏引起 了全社会的广泛关注。冰冻与冻融作用不仅造成±木工程结构物大量损坏，也造成严重的 经济损失。
[0005] 孔隙水及冻融循环作用会降低集料与粘合剂（水泥、渐青）的粘结作用，会引起裂 缝与表面集料剥落；更严重的是会导致结构彻底破坏。此外，冻融循环作用还会改变集料的 物理力学性能，如强度、抗压性能、空隙率、渗透性等。水对渐青混合料性能的影响除了对渐 青膜的置换作用之外，在寒冷地区还存在水分相态变化导致的混合料的冻融损伤。
[0006] 自然界实际冻融环境和室内试验冻融环境存在明显差异，室内标融试验数据难W 直接应用于评价实际冻融作用，因此建立室内冻融试验与现场冻融之间的关系是评价冻融 作用常采用的方法。一般采用年平均气温、平均气温年较差、年负温天数、年极端低温等指 标对冻融作用强度等级进行划分。上述方法只是定性的区分冻融强弱，与实际环境中冻融 作用差距较大。
[0007] 目前关于材料抗冻性能的快速评价一般都是通过加大冻融循环特征的恶劣程度 缩短试验时间。由混凝±冻融破坏机理可知，随降温速率、冻结时长、最低冻结温度、融化速 率、最高融化温度的不同，每次冻融循环对其造成的损坏程度也不相同。相对实际环境冻融 作用，室内冻融循环试验的冻结温度与融化温度都是根据试验要求而设定的温度，即温度 为固定值；而实际环境中冻融作用的冻结温度与融化温度随气温而动态变化，从而造成实 际环境冻融作用产生的影响也呈动态变化。由现有研究可知，目前关于冻融作用的研究主 要是采取室内试验评价，关于实际环境冻融作用强度与评价研究较少。
【发明内容】
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[000引本发明的目的在于克服目前对实际环境冻融作用强度量化与分析的不足，提供了 一种实际环境冻融作用强度的评价与量化方法，该方法通过对比实际环境冻融作用与室内 冻融循环试验的"积温"，从而评价和量化实际环境的冻融作用强度。
[0009] 为了达到W上目的，本发明采取如下技术方案予W实现：
[0010] 一种实际环境冻融作用强度的评价与量化方法，包括如下步骤：
[0011] 步骤一：对分析区域的实际环境冻融作用次数进行统计，并绘制实际环境中已发 生冻融作用时，冻融作用的时间-温度曲线；
[0012] 步骤二：依据室内冻融循环试验条件绘制室内冻融循环试验的冻融作用时间-温 度曲线；
[0013] 步骤S ;对实际环境冻融作用与室内冻融循环试验的时间-温度曲线面积进行积 分计算，并计算正温曲线面积与负温曲线面积；
[0014] 步骤四；通过对比实际环境冻融作用与室内冻融循环试验的时间-温度曲线积分 面积，得到实际环境冻融作用关于室内冻融循环试验的冻融作用强度评价与量化。
[0015] 本发明进一步的改进在于；所述步骤一中，通过当地气象站或实时温度采集，对冻 融作用次数进行统计，并绘制已发生冻融作用时的时间-温度曲线。
[0016] 本发明进一步的改进在于；所述步骤二中，根据冻融作用强度评价要求W及冻融 循环试验设计，绘制室内冻融试验的时间-温度曲线。
[0017] 本发明进一步的改进在于；所述步骤S中，利用积分方法计算实际环境冻融作用 与室内冻融循环试验的时间-温度曲线面积，积分公式如下所示：
[001 引
[0019] 式中；A为时间-温度曲线的积分面积；
[0020] V t。分别为时间-温度曲线面积积分的起始时间与终止时间，h ;
[0021] f(t)为温度曲线随时间的变化函数；
[0022] 其中，时间-温度曲线面积由正温曲线面积与负温曲线面积两部分组成。
[0023] 本发明进一步的改进在于；所述步骤四中，通过室内冻融循环试验与实际环境冻 融作用的时间-温度曲线积分面积做商或做差进行对比，或对比室内冻融循环试验与实际 环境冻融作用的时间-正温积分面积W及时间-负温积分面积，从而得到关于室内冻融循 环试验的实际环境冻融作用强度量化与评价。
[0024] 相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：
[0025] 关于自然环境中冻融发生的判定W及冻融作用强度评价目前还没有统一标准。冻 结温度越低且冻结速率越快，则冻融破坏力就越强。自然环境中的冻融作用，冻结温度可用 当天的最低温度代表；由于一天内最高与最低气温出现时间较为固定，且降温速率相对较 慢，可认为降温速率在一定程度上与发生冻融时的冻结温度（当日最低温度）相关。即发 生冻融作用时，气温越低，相应的冻结速率越快。
[0026] 由此可见，若不考虑水分影响，冻融作用的影响是温度与时间的函数。为此，本发 明利用积分原理，对时间温度曲线面积进行积分，从而得到对应的正温时间-温度