水泥基材料微结构、碳化以及考虑气候变化的碳化深度预测模型研究

发布时间：2021-05-21 22:31

　　在评价钢筋混凝土的耐久性性能时,一个重要的指标即为混凝土自身的抗碳化性能。随着碳化反应的发生,混凝土内部的碱度会逐渐下降,这会引起钢筋表面脱钝、加速钢筋的锈蚀,并最终导致建筑物的提前失效。从上个世纪开始,随着工业化进程加速和人口爆炸性增长,全球范围内的大气温度和CO₂浓度均有显著上升,这进一步加快了建筑物碳化的速度,从而提升了研究混凝土碳化问题的必要性和紧迫性。为了弄清混凝土碳化的机理,本文将一种新的材料表征方法——扩展X射线衰减测试方法（XRAM）,引入到水泥基材料表征中来。在明确了XRAM在水泥基材料表征方面的可行性和适用范围以后,本文采用该方法研究了经历不同碳化预处理方案后,水泥基材料在加速碳化过程中,内部物相、微结构以及水分分布的演变规律,从而得出了最适宜实验室的碳化预处理方案。在此基础上,本文还通过XRAM研究了粉煤灰替代部分水泥后,水泥基材料在碳化过程中的微结构演变模式,从而探究了粉煤灰替代条件下,水泥基材料的碳化机理。此外,本文还通过开展加速碳化试验,测试了纤维素纤维的引入对水泥基材料碳化行为的影响。再结合XRAM的结果和加速碳化试验的结果,本文完善... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：180 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 碳化研究现状
        1.2.1 碳化反应机理
        1.2.2 碳化对微结构影响
        1.2.3 影响碳化的因素
        1.2.4 碳化反应模型
        1.2.5 考虑全球气候变化的碳化模型
        1.2.6 常用碳化表征方法
    1.3 扩展衰减法研究现状
        1.3.1 衰减测试方法
        1.3.2 CT测试技术
        1.3.3 基于CT的扩展衰减方法
        1.3.4 代表单元体积的界定
    1.4 目前研究工作中存在的问题与解决方案
        1.4.1 存在的问题
        1.4.2 本文解决方案
        1.4.3 本文总体框架
第二章 原材料与实验方法
    2.1 原材料
        2.1.1 水泥
        2.1.2 粉煤灰
        2.1.3 骨料
        2.1.4 纤维
        2.1.5 减水剂
    2.2 测试方法
        2.2.1 粒径分析
        2.2.2 终止水化
        2.2.3 热重分析
        2.2.4 压汞分析
        2.2.5 衰减测试方法
        2.2.6 X射线断层扫描技术
        2.2.7 扩展衰减测试方法
        2.2.8 图像配准技术
第三章 水泥基材料界面过渡区的孔隙率表征
    3.1 概述
    3.2 实验设计
    3.3 实验结果
        3.3.1 图像配准结果
        3.3.2 局部孔隙率统计直方图
        3.3.3 局部孔隙率的空间分布
        3.3.4 界面过渡区的孔隙率与宽度界定
        3.3.5 XRAM测试结果的可重复性验证
    3.4 本章小结
第四章 水泥基材料代表单元体积的界定
    4.1 概述
    4.2 实验设计
        4.2.1 试样制备及养护方法
        4.2.2 HYMOSTRUC方法概述
        4.2.3 增强造影方法
        4.2.4 改进的扩展XRAM
    4.3 净浆微结构建立
        4.3.1 基于HYMOSTRUC模型的净浆微结构
        4.3.2 基于XRAM的净浆微结构
    4.4 净浆代表单元体积(REV)的确定
        4.4.1 孔隙率随体积增长的演变结果
        4.4.2 孔隙率随采样体积增长的演变结果
    4.5 砂浆代表单元体积测试
        4.5.1 原始CT数据及兴趣容积的确定
        4.5.2 造影前后的砂浆灰度图像
        4.5.3 高清摄影截面图像与CT重构图的对比
        4.5.4 砂子的空间分布
        4.5.5 局部孔隙率的空间分布
    4.6 砂浆代表单元体积(REV)的界定
        4.6.1 灰度值、孔隙率及砂子体积分数的分布
        4.6.2 灰度值、孔隙率及砂子体积分数随研究兴趣容积个数的变化趋势
        4.6.3 根据偏差系数的代表单元体积测定
    4.7 本章小结
第五章 养护制度及干燥方式对碳化的影响
    5.1 概述
    5.2 实验设计
    5.3 实验结果
        5.3.1 酚酞法所测的碳化深度
        5.3.2 基于扩展衰减法(XRAM)的碳酸钙分布
        5.3.3 不同预处理方案下碳化的微结构演变
        5.3.4 不同预处理方案下碳化的水分分布演变
        5.3.5 不同预处理方案下碳化的孔饱和度演变
    5.4 实验讨论
        5.4.1 MIP与XRAM测试结果的对比
        5.4.2 基于边缘碳化的损伤评估
        5.4.3 碳化过程中的湿度演变
        5.4.4 碳化预处理方案评估
    5.5 本章小结
第六章 粉煤灰取代部分水泥对碳化微结构的影响
    6.1 概述
    6.2 实验设计
        6.2.1 试样制备及养护方法
        6.2.2 试样预处理方案及碳化条件
    6.3 实验结果
        6.3.1 原始CT结果
        6.3.2 不同状态下的CT重构图
        6.3.3 基于酚酞法的碳化结果
        6.3.4 局部孔隙率的空间分布
        6.3.5 基于MIP的微结构结果
        6.3.6 碳酸钙沿碳化深度分布
    6.4 结果讨论
        6.4.1 基于MIP与基于XRAM的微结构结果对比
        6.4.2 碳化机理推论
        6.4.3 C-S-H碳化放水量的探索性研究
    6.5 本章小结
第七章 纤维增强水泥基材料碳化试验
    7.1 概述
    7.2 实验设计
        7.2.1 试件配合比
        7.2.2 碳化预处理方案
        7.2.3 加速碳化试验设计
    7.3 实验结果
        7.3.1 碳化深度随时间平方根变化趋势
        7.3.2 碳化前后的物相变化趋势
        7.3.3 碳化前后的微结构变化趋势
        7.3.4 低湿度(50%)与高湿度(80%)下的碳化研究
        7.3.5 碳化反应系数与湿度水平的关系
    7.4 本章小结
第八章 考虑全球气候变化的碳化深度预测模型
    8.1 概述
    8.2 模型建立
        8.2.1 碳化反应
        8.2.2 微结构模拟
        8.2.3 温度模拟
        8.2.4 相对湿度模拟
        8.2.5 氢氧化钙的传输
        8.2.6 碳化模型的建立
    8.3 考虑气候变化
        8.3.1 CO_2浓度估计
        8.3.2 温度估计
        8.3.3 湿度估计
    8.4 模拟结果
        8.4.1 无纤维混凝土碳化深度预测
        8.4.2 纤维增强混凝土碳化深度预测
        8.4.3 模型后续研究
    8.5 本章小结
第九章 结论与展望
    9.1 全文结论
    9.2 本文创新点
    9.3 问题与展望
参考文献
作者简历
致谢



本文编号：3200489