基于非接触电阻率法研究非饱和硬化水泥基材料水分和氯离子传输性能
发布时间：2021-01-06 06:32
水泥基材料的耐久性问题一直是当前研究的重点和热点内容,而氯离子在水泥基材料内的传输问题更是耐久性核心问题。传统电阻率法常用于测定氯离子扩散系数,而这些方法均会产生一些测量误差。本文基于非接触电阻率法表征硬化非饱和水泥基材料电阻率的演变过程。依据Nernst-Einstein方程和Archie定律获取了电阻率与氯离子扩散系数、孔结构特征参数的关系,建立了一种可用于原位、连续、无损表征氯离子传输的方法。同时采用类分形理论模型预测电阻率和扩散系数,并建立了水分和氯离子传输的多场耦合数值模型。取得了以下创新成果:（1）基于非接触电阻率法设计了一种可研究温度—渗流耦合作用下水分和氯离子在非饱和水泥基材料中传输性能的装置。依据Nernst-Einstein方程和Archie定律计算得到了稳态氯离子扩散系数和孔结构特征参数,发现依据扩散系数法计算出的结果更为可靠,基于此探讨了配合比对电阻率、孔结构特征参数和扩散系数的影响,发现掺入骨料后的界面过渡区和孔壁的双电层效应会对结果产生较大影响。对非饱和水泥基材料传输过程中的电阻率进行了监测,依据电阻率变化曲线计算得到了水分在水泥基材料内的平均传输速率,结果...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钢筋混凝土Figure1-1Performancedeteriorati水泥基材料是由水泥、水或再加一些
1绪论5图1-3毛细孔结构[40]Figure1-3Capillarystructure[40]孔隙率为孔结构最重要的参数之一，已有许多研究对孔隙率进行了表征，得到的结果基本一致，孔隙率与龄期、材料组成等有关，相同龄期，孔隙率水胶比呈正相关；相同水胶比，孔隙率与龄期呈负相关。一般认为，孔隙率与孔径分布决定了孔的收缩度因子。普通的多孔材料的收缩度因子为0.8，但硬化净浆毛细孔的收缩度因子可小到210数量级。收缩度因子与峰值孔径的关系[41]如式(1-1)所示，由该式计算得到的收缩度因子范围在0.01~0.80之间。曲折度因子用于描述孔隙液中离子通过连通孔的长度，其与孔的几何形状有关，与孔隙率的关系如式(1-2)所示[41]，Gommes等[42]测试和模拟得到曲折度因子变化范围在1~2.5之间，刘志勇等[40]测试并计算得到变化范围在1~2.25之间。孔隙形状因子与连通度因子、收缩度因子和曲折度因子也有一定的关系[43]，其关系可由式(1-3)来描述[44]。=0.3954lg+6.2+0.405(1-1)=1.580.25+2.5(1-2)==2(1-3)式中，为峰值孔径，由MIP法测得；为毛细孔隙率；为地层因数（Formationfactor）。毛细孔隙率越小，孔隙结构越曲折，曲折度因子越大，形状因子越大；毛细孔隙率越大，毛细孔形成一个连续的网络，连通度因子越小，形状因子越校由式(1-3)可见，形状因子与孔隙曲折度、连通度、收缩度都有关，在多孔材料的传输问题上由重要研究意义。
1.2.2.1 水泥基材料水分传输行为研究 水是离子型有害侵蚀介质传输进入水泥基材料内部的载体，研究水泥基材料的水分输运过程对预测水泥基材料耐久性有很大的帮助。 水泥基材料中的水分可自由水（毛细孔水）、吸附水、层间水和结晶水四种形式存在，如图 1-4 所示。其中，自由水为能够以液态或气态形式迁移；吸附水由毛细管作用力或颗粒物理吸附作用附于孔壁或颗粒表面；因氢键作用而吸附于C-S-H 凝胶层间的为层间水；结晶水存在于物相晶体结构中，常温常压下为稳定状态。除结晶水在高温破坏晶格后才能失去外，其他三种形式的水分可随着温度、孔隙饱和度等外界因素的变化，在特定条件下互相转化、迁移[45]。
本文编号：2960097
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钢筋混凝土Figure1-1Performancedeteriorati水泥基材料是由水泥、水或再加一些
1绪论5图1-3毛细孔结构[40]Figure1-3Capillarystructure[40]孔隙率为孔结构最重要的参数之一，已有许多研究对孔隙率进行了表征，得到的结果基本一致，孔隙率与龄期、材料组成等有关，相同龄期，孔隙率水胶比呈正相关；相同水胶比，孔隙率与龄期呈负相关。一般认为，孔隙率与孔径分布决定了孔的收缩度因子。普通的多孔材料的收缩度因子为0.8，但硬化净浆毛细孔的收缩度因子可小到210数量级。收缩度因子与峰值孔径的关系[41]如式(1-1)所示，由该式计算得到的收缩度因子范围在0.01~0.80之间。曲折度因子用于描述孔隙液中离子通过连通孔的长度，其与孔的几何形状有关，与孔隙率的关系如式(1-2)所示[41]，Gommes等[42]测试和模拟得到曲折度因子变化范围在1~2.5之间，刘志勇等[40]测试并计算得到变化范围在1~2.25之间。孔隙形状因子与连通度因子、收缩度因子和曲折度因子也有一定的关系[43]，其关系可由式(1-3)来描述[44]。=0.3954lg+6.2+0.405(1-1)=1.580.25+2.5(1-2)==2(1-3)式中，为峰值孔径，由MIP法测得；为毛细孔隙率；为地层因数（Formationfactor）。毛细孔隙率越小，孔隙结构越曲折，曲折度因子越大，形状因子越大；毛细孔隙率越大，毛细孔形成一个连续的网络，连通度因子越小，形状因子越校由式(1-3)可见，形状因子与孔隙曲折度、连通度、收缩度都有关，在多孔材料的传输问题上由重要研究意义。
1.2.2.1 水泥基材料水分传输行为研究 水是离子型有害侵蚀介质传输进入水泥基材料内部的载体，研究水泥基材料的水分输运过程对预测水泥基材料耐久性有很大的帮助。 水泥基材料中的水分可自由水（毛细孔水）、吸附水、层间水和结晶水四种形式存在，如图 1-4 所示。其中，自由水为能够以液态或气态形式迁移；吸附水由毛细管作用力或颗粒物理吸附作用附于孔壁或颗粒表面；因氢键作用而吸附于C-S-H 凝胶层间的为层间水；结晶水存在于物相晶体结构中，常温常压下为稳定状态。除结晶水在高温破坏晶格后才能失去外，其他三种形式的水分可随着温度、孔隙饱和度等外界因素的变化，在特定条件下互相转化、迁移[45]。
本文编号：2960097
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