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混凝土冻融破坏的范围极其广泛,特别是对于过水建筑物的水工混凝土,其本身处于吸水饱和状态,经过大幅度温度交替变化后极易发生冻融破坏。冻融破坏严重的,会对混凝土建筑物和构筑物的使用功能以及结构安全造成不利影响,从而降低了混凝土结构的服役寿命。目前对于混凝土抗冻性能的研究主要集中在水灰比,孔结构等方面。作为混凝土的一个重要组成部分,骨料对于混凝土抗冻性能的研究还比较少,且主要集中在再生骨料方面,并未形成系统的理论。因此,本文以骨料为切入点,试验研究骨料对于混凝土抗冻性能的影响,并分析其作用机理。(1)应用分形几何理论,对粗骨料级配进行分形计算,采用分形计算所得的粗骨料级配成型混凝土抗冻标准试件,并进行冻融循环试验。试验结果表明,不同骨料级配分形下混凝土试件的抗冻性能由强到弱依次为D=2.5、D=2.3、D=2.1、D=2.7。在保证坍落度及含气量基本一致的前提下,不同分形维数下混凝土试件抗冻性表现出差异的原因在于不同骨料级配硬化混凝土气泡间距系数的差异。(2)对比二级配与四级配混凝土抗冻性的差异,研究了骨料的尺寸效应对全级配混凝土抗冻性能的影响。试验结果表明,由于骨料尺寸增大引起混凝土内部结构不均匀性增加,缺陷和薄弱环节增加,造成冻融循环过程中全级配混凝土内部过渡区微裂缝发展更快,损伤更严重。(3)选用花岗岩(HGY),凝灰岩(NHY),砂板岩(SBY),灰岩(HY),卵石(LS)这五种不同岩性的的骨料,对比了不同粒径范围内骨料成型混凝土的抗冻性及硬化气泡参数的差异,结合纳米压痕、元素聚类和物相分布等测试手段,揭示了不同品种骨料-水泥基过渡区微结构特性及对抗冻性影响机理。试验结果表明,混凝土试件抗冻性能由强到弱为HGY>HY>LS>NHY>SBY,HGY试件的含气量最高,气泡平均弦长最小,气泡间距系数最小,因此,HGY试件的抗冻性能最好。气泡间距系数从小到大依次为HGY>HY>LS>NHY>SBY,与试件的抗冻性具有完全的一致性。界面区水化产物总量相对浆体区域较少导致界面过渡区的弹性模量及硬度相对浆体区域较低,并且沿着浆体方向不断增大,直至趋于稳定。混凝土抗冻性能的主要受混凝土内部气泡结构的影响,界面过渡区的差异对混凝土试件抗冻性能并不明显。