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中国建筑材料科学研究总院有限公司，绿色建筑材料国家重点实验室混凝土耐久性研究团队在《Journal of Building Engineering》发表了题为“Surface features of frost damaged concrete: A study using multi-point micro displacement laser ranging method” (受冻混凝土表面损伤特征：基于多点微位移激光测距方法的研究)的论文。论文链https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107051
冻融循环引起的表面剥落是寒冷地区混凝土路面或水工结构的主要破坏形式之一，存在除冰盐时混凝土的表面剥落会更加严重，维修工作开展前需要准确评估表面剥落程度。自20世纪40年代以来，几乎只使用称重法评估混凝土的表面剥落，这在实际工程检测中并不适用，因为无论是剥落物质的收集还是获得混凝土构件的质量变化均无法实现。
为此，绿色建筑材料国家重点实验室王玲教授团队提出了多点微位移激光测距（MMD-LR）方法，利用受冻混凝土表面特征（剥落导致的凹坑）表征了盐冻作用下混凝土表面剥落程度，建立了新参数（平均垂直位移、表面粗糙度）与传统参数（表面剥落量）的相关关系，对比分析了水灰比对盐冻混凝土表面剥落演化的影响，为冻融循环诱导混凝土表面损伤的机理研究提供了新的视角。研究取得的成果如下：
研究成果：
1. 水灰比从0.30增加至0.60，受冻混凝土的平均垂直位移和表面粗糙度均随冻融循环次数增加，且与冻融循环次数n呈幂函数关系（图1a, b）。
2.受冻混凝土的平均垂直位移和表面粗糙度与传统参数表面剥落量的关系分别回归为幂函数（图2a-c）和二次函数（图2d），验证了所提出的MMD-LR方法对受冻混凝土表面损伤的检验具有可行性。
3. 盐冻混凝土的表面剥落是一种由表及里的渐进性损伤过程，最初剥落物质为硬化水泥浆体的碎片或碎屑，随后波及至细骨料。混凝土的水灰比越低，细骨料越晚参与表面剥落，混凝土的表面损伤越轻（图3）。
4. 冻融循环诱导下混凝土表面剥落形成的凹坑有发展纵深（图4a）和扩张边缘（图4b）两种类型。水灰比较大(0.60)时，这种凹坑倾向于发展纵深，细骨料更容易暴露并剥落，加剧表面损伤；水灰比较小(0.30)时。凹坑更倾向于扩张边缘，细骨料难以暴露并剥落，表面损伤较轻。
图1 盐冻混凝土平均垂直位移和表面粗糙度随冻融循环的演化
图2 盐冻混凝土的平均垂直位移和表面粗糙度与表面剥落量的关系
图3 混凝土表面剥落物质的表观密度随冻融循环的演化
图4 混凝土表面剥落凹坑的两种发展形式
主要创新点：
研究提出了多点微位移激光测距（MMD-LR）方法，通过混凝土表面测点的平均垂直位移和表面粗糙度表征了受冻混凝土表面特征，发现新参数平均垂直位移和表面粗糙度与传统参数表面剥落量之间分别存在幂函数和二次函数关系，验证了所提出的MMD-LR方法的有效性，突破了传统称重法评估盐冻混凝土表面损伤的局限性。同时，计算获得的剥落物质表观密度显示，盐冻混凝土的表面损伤是一种由表及里的渐进性损伤过程，细骨料参与表面剥落进程是表面损伤加剧的主要原因。研究还发现，不同水灰比混凝土表面剥落形成的凹坑具有不同的发展形式，这不仅为冻融循环诱导混凝土表面损伤机理的研究提供了新的视角，也能为高抗冻混凝土配合比设计和实际受冻混凝土构件的表面损伤评估提供理论基础。
研究团队：
团队主攻方向是高性能混凝土、混凝土耐久性、低碳混凝土和3D打印混凝土研究，是国际RILEM组织 TC 246-TDC、TC 281-CCC WG4的牵头单位，是RILEM TC-276 DFC等10余个学术组织的重要成员，拥有中国建材联合会混凝土外加剂分会、中国混凝土外加剂产业发展联盟，全国混凝土标准化技术委员会副秘书长。主持国家科研项目近30项，研究成果获国家、省部级科技奖和国际奖项19项。授权专利70件，其中国际发明专利8件；获得软件著作权3项；主持编制标准30部，其中制定国际标准2项；发表学术论文304篇，其中SCI/EI收录80篇左右。
