研究目的：在我国北方寒冷地区，河流众多，混凝土结构不仅承受冻融循环的影响，还会在汛期遭受河流中泥砂和碎石的反复冲击与摩擦，导致耐久性显著劣化。为提高混凝土的耐久性，加入高强度、高弹性模量的纤维材料是一种有效的解决方案。本文以华北地区某高铁桥梁工程的桥用混凝土为研究对象，通过加入一定掺量的硫酸钙晶须，开展C40和C60硫酸钙晶须混凝土（calcium sulfate whisker concrete,CSWC）的冻融试验和冲磨试验，分析冻融循环作用和冲磨作用对CSWC耐久性的影响。研究结论：（1）掺入CSW后，CSWC的冻融性能和力学性能均较普通混凝土有显著改善；（2）当CSW掺量为5 kg/m3时，冻融循环及冲磨耦合作用下的表面性能提升效果最佳；（3）建立了基于塑性微应变的CSWC冻融损伤发展模型，并据此预测了其抗冻耐久性寿命；（4）本研究结果可为混凝土耐久性提升提供理论依据，并对CSWC在我国北方寒冷地区的实际应用具有指导意义。
研究目的：在我国北方寒冷地区，河流众多，混凝土结构不仅承受冻融循环的影响，还会在汛期遭受河流中泥砂和碎石的反复冲击与摩擦，导致耐久性显著劣化。为提高混凝土的耐久性，加入高强度、高弹性模量的纤维材料是一种有效的解决方案。本文以华北地区某高铁桥梁工程的桥用混凝土为研究对象，通过加入一定掺量的硫酸钙晶须，开展C40和C60硫酸钙晶须混凝土（calcium sulfate whisker concrete,CSWC）的冻融试验和冲磨试验，分析冻融循环作用和冲磨作用对CSWC耐久性的影响。研究结论：（1）掺入CSW后，CSWC的冻融性能和力学性能均较普通混凝土有显著改善；（2）当CSW掺量为5 kg/m3时，冻融循环及冲磨耦合作用下的表面性能提升效果最佳；（3）建立了基于塑性微应变的CSWC冻融损伤发展模型，并据此预测了其抗冻耐久性寿命；（4）本研究结果可为混凝土耐久性提升提供理论依据，并对CSWC在我国北方寒冷地区的实际应用具有指导意义。
为揭示寒区高铁无砟轨道混凝土在冻融循环环境和列车疲劳荷载下的服役性能变化规律，建立了“冻融循环+高频疲劳”的试验制度，以C60无砟轨道轨道板机制砂混凝土为研究对象，从损伤过程与能量传递的角度研究了冻融与疲劳耦合作用下的混凝土损伤机理，预测了寒区无砟轨道机制砂混凝土的疲劳寿命。结果表明，高速列车疲劳荷载会加剧无砟轨道混凝土的冻融损伤，混凝土在冻融循环300次后损伤加剧，其力学性能与疲劳性能均表现出加速下降的规律，600次冻融循环后疲劳寿命降低46.3%，刚度衰减幅度增加12.9%，冻融循环造成的缺陷连通是混凝土疲劳性能衰减的主要原因。混凝土主要通过变形所产生的变形能来耗散能量，冻融循环导致最大应变降低与残余应变增大使得混凝土变形性能降低。与常温下的疲劳性能相比，冻结阶段混凝土孔隙内冰有增强作用，且冻结状态下冰能加速内能耗散，因此疲劳损伤情况有所缓解。采用两参数Weibull函数对冻融破坏概率进行分析，建立了考虑疲劳损伤因子的混凝土“冻融+疲劳”服役状态下的寿命分析模型，预测了无砟轨道机制砂混凝土的服役寿命。
为揭示寒区高铁无砟轨道混凝土在冻融循环环境和列车疲劳荷载下的服役性能变化规律，建立了“冻融循环+高频疲劳”的试验制度，以C60无砟轨道轨道板机制砂混凝土为研究对象，从损伤过程与能量传递的角度研究了冻融与疲劳耦合作用下的混凝土损伤机理，预测了寒区无砟轨道机制砂混凝土的疲劳寿命。结果表明，高速列车疲劳荷载会加剧无砟轨道混凝土的冻融损伤，混凝土在冻融循环300次后损伤加剧，其力学性能与疲劳性能均表现出加速下降的规律，600次冻融循环后疲劳寿命降低46.3%，刚度衰减幅度增加12.9%，冻融循环造成的缺陷连通是混凝土疲劳性能衰减的主要原因。混凝土主要通过变形所产生的变形能来耗散能量，冻融循环导致最大应变降低与残余应变增大使得混凝土变形性能降低。与常温下的疲劳性能相比，冻结阶段混凝土孔隙内冰有增强作用，且冻结状态下冰能加速内能耗散，因此疲劳损伤情况有所缓解。采用两参数Weibull函数对冻融破坏概率进行分析，建立了考虑疲劳损伤因子的混凝土“冻融+疲劳”服役状态下的寿命分析模型，预测了无砟轨道机制砂混凝土的服役寿命。
依据损伤力学基本理论建立混凝土冻融劣化方程，通过快速冻融试验结果建立了混凝土冻融作用的耐久寿命预测模型，据此预测不同地区隧道衬砌混凝土耐久寿命。针对隧道结构和环境特点，以C40二衬混凝土相对动弹性模量达到50%时混凝土寿命到期的基本原则，预测不同胶凝材料配合比衬砌混凝土在不同地区的耐久寿命，预测结果表明：掺入矿物掺合料后混凝土的抗冻性变差，影响其耐久寿命，建议通过严格控制新拌混凝土的含气量提高复掺矿物掺合料混凝土的抗冻性。
依据损伤力学基本理论建立混凝土冻融劣化方程，通过快速冻融试验结果建立了混凝土冻融作用的耐久寿命预测模型，据此预测不同地区隧道衬砌混凝土耐久寿命。针对隧道结构和环境特点，以C40二衬混凝土相对动弹性模量达到50%时混凝土寿命到期的基本原则，预测不同胶凝材料配合比衬砌混凝土在不同地区的耐久寿命，预测结果表明：掺入矿物掺合料后混凝土的抗冻性变差，影响其耐久寿命，建议通过严格控制新拌混凝土的含气量提高复掺矿物掺合料混凝土的抗冻性。