基于抗氯离子侵蚀性能的复合水泥浆体的组成与结构设计及性能研究
发布时间：2022-01-08 15:11
随“一带一路”、“海洋开发”等国家战略的实施,越来越多海洋基础设施建设急需高抗蚀硅酸盐水泥基材料。目前,主要通过大量掺加矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料,降低水泥混凝土的早期收缩与开裂风险,利用辅助性胶凝材料火山灰反应细化孔径、减少Ca（OH）2等易蚀组分含量,进而降低有害离子迁移速率、提高水化产物稳定性,在一定程度上提高了水泥混凝土的抗侵蚀性能。由于辅助性胶凝材料活性较低、水化产物生成速度较慢,导致水泥混凝土致密程度不高,不仅使其力学性能较差（特别是早期强度）,而且难以进一步提高抗侵蚀性能和耐久性。实际上,复合水泥抗侵蚀性能提升关键在于浆体均匀密实、收缩小、开裂风险低、孔隙曲折、水化产物稳定、离子固化能力强。现有研究多从变形驱动力（相对湿度、孔径等）角度研究水泥浆体变形机制,主要强调了孔隙率与孔径对离子迁移性能的影响,忽略了浆体中未水化相（弹性模量最高）对变形的约束作用,对孔隙曲折度、水化产物离子固化能力与稳定性认识不够深入,无法指导复合水泥精确设计、进一步提高抗侵蚀性能。本文通过设计水泥浆体中未水化相含量与粒度、孔隙率与孔隙曲折度、水化产物组成与结构,研究了水化产...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SO42-与Cl-对钢筋混凝土的侵蚀破坏过程
第一章绪论3混凝土界面处发生整体剥落时，结构承载力已接近完全丧失，此时难以进行有效修复。因此，为提高水泥混凝土耐久性，更应该关注Cl-对水泥混凝土的侵入过程，这也与Mehta将Cl-侵蚀列为水泥混凝土破坏首要因素的观点一致[28]。1.2水泥混凝土耐久性提升措施如图1-2所示，海水中的Cl-通过裂缝以及连通孔隙从混凝土表面向内部迁移，迁移过程中部分Cl-会被水泥浆体水化产物固化，当钢筋表面Cl-浓度达到临界值时诱发钢筋锈蚀。根据Cl-侵入过程，现有研究主要采用表面防护与混凝土组成优化方法提高混凝土抗氯离子侵蚀能力，进而提升其耐久性。图1-2外界Cl-侵入混凝土过程示意图Fig.1-2SchematicrepresentationoftheingressofexternalCl-towardsconcrete1.2.1表面防护混凝土表面防护技术指在混凝土表面涂覆成膜型或渗透型涂层，阻滞水分与Cl-向混凝土内部侵入。成膜型表面涂层厚度通常为100~300μm[29]，具有良好的离子阻隔性能，能使混凝土的氯离子扩散系数下降40~70%[30,31]，但通常存在耐候性差、力学性能低及紫外线作用下老化迅速等问题[32-35]。渗透型涂层则是指涂料进入混凝土内部与未水化胶凝材料及水化产物反应并生成不溶于水的晶体或凝胶物质堵塞孔隙，或渗入后通过聚合反应形成憎水层，进而提高混凝土抗侵蚀能力[36,37]。渗透型涂料的渗入深度一般为
华南理工大学博士学位论文8合水泥浆体中Ca(OH)2的含量高低，偏高岭土的火山灰反应可能生成水化铝酸钙与strtlingite盐等晶体产物及C-S-H，具体方程式如式(1-1)至(1-3)所示[78]。根据Avet等人的热动力学计算结果，当偏高岭土反应程度为45%时，其对应化学收缩就已达0.07mL/g（图1-5(d)）[79]，与实验结果较为吻合[80]。2+6+9→413+(1-1)2+5+3→36+(1-2)2+3+6→28+(1-3)(a)PC-BFS(b)PC-FA(c)PC-SF(d)PC-MK图1-5辅助性胶凝材料对复合水泥浆体组成的影响[77,79]Fig.1-5EffectsofSCMsonphaseassemblagesofblendedcementpastes[77,79]（2）自收缩研究表明，水泥浆体的开裂性能与其结构形成过程的力学性能及体积变形发展密切相关[70,81]。根据水泥浆体微结构形成与发展过程，可分为以下三个阶段：（I）塑性阶段，此时水泥浆体尚未凝结，为塑性体，虽然变形大但全转变为外部变形，不产生内部应力，开裂风险极低；（II）微结构形成阶段，此阶段水泥浆体失去塑性且力学性能极差，在较小的应力作用下即表现出显著的变形，进而导致较大的开裂风险；（III）硬化体阶段，此阶段水泥浆体具有较强力学性能，且体积变形增长放缓，开裂风险也较校因此，为控制复合水泥浆体变形，应重点关注早期自收缩。现有研究一致认为水泥浆体自收缩是由浆体内部相对湿度下降引起，但相对湿度下降与应力产生过程的关系则有不同认识，如毛细应力理论[82]、拆开应力学说[83]与表面张
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉煤灰粒度对海工硅酸盐水泥性能影响[J]. 刘向阳,林永权,邓恺,李怀超,尹佳芝,张同生. 水泥. 2019(11)
[2]建筑工程施工中混凝土裂缝的成因与治理[J]. 肖剑. 建材与装饰. 2019(14)
[3]海工硅酸盐水泥及其混凝土性能特点[J]. 王昕,刘晨,刘云,郑旭,马国宁,叶晓林,邵柏承,楼挺挺. 水泥. 2015(06)
[4]港珠澳大桥设计技术标准研究——设计寿命的确定及对策[J]. 徐军,刘磊,刘晓东. 混凝土. 2011(12)
[5]Relationship between chloride diffusivity and pore structure of hardened cement paste[J]. Guo-wen SUN, Wei SUN, Yun-sheng ZHANG, Zhi-yong LIU (Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials, Southeast University, Nanjing 211189, China). Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2011(05)
[6]混凝土抗硫酸盐侵蚀研究评述[J]. 韩宇栋,张君,高原. 混凝土. 2011(01)
[7]混凝土耐久性的研究、应用和发展趋势[J]. 陈改新. 中国水利水电科学研究院学报. 2009(02)
[8]水泥基胶凝材料氯离子扩散性的研究[J]. 王昕,崔素萍,颜碧兰,刘晨,马国宁,叶晓林,施浩洋. 水泥. 2009(02)
[9]混凝土早期自收缩、强度与水泥水化率的关系[J]. 高小建,巴恒静,马保国. 工业建筑. 2006(02)
博士论文
[1]粉煤灰混凝土生命周期环境影响综合评价[D]. 章玉容.北京交通大学 2016
[2]水泥熟料与辅助性胶凝材料的优化匹配[D]. 张同生.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]海洋工程用低热硅酸盐水泥的研究[D]. 黄文.中国建筑材料科学研究总院 2018
[2]复合盐溶液作用下混凝土耐久性研究与寿命预测[D]. 王展飞.扬州大学 2016
[3]基于中点破坏模型的本土化桥梁全生命周期环境影响评价[D]. 王龙龙.北京交通大学 2014
本文编号：3576783
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SO42-与Cl-对钢筋混凝土的侵蚀破坏过程
第一章绪论3混凝土界面处发生整体剥落时，结构承载力已接近完全丧失，此时难以进行有效修复。因此，为提高水泥混凝土耐久性，更应该关注Cl-对水泥混凝土的侵入过程，这也与Mehta将Cl-侵蚀列为水泥混凝土破坏首要因素的观点一致[28]。1.2水泥混凝土耐久性提升措施如图1-2所示，海水中的Cl-通过裂缝以及连通孔隙从混凝土表面向内部迁移，迁移过程中部分Cl-会被水泥浆体水化产物固化，当钢筋表面Cl-浓度达到临界值时诱发钢筋锈蚀。根据Cl-侵入过程，现有研究主要采用表面防护与混凝土组成优化方法提高混凝土抗氯离子侵蚀能力，进而提升其耐久性。图1-2外界Cl-侵入混凝土过程示意图Fig.1-2SchematicrepresentationoftheingressofexternalCl-towardsconcrete1.2.1表面防护混凝土表面防护技术指在混凝土表面涂覆成膜型或渗透型涂层，阻滞水分与Cl-向混凝土内部侵入。成膜型表面涂层厚度通常为100~300μm[29]，具有良好的离子阻隔性能，能使混凝土的氯离子扩散系数下降40~70%[30,31]，但通常存在耐候性差、力学性能低及紫外线作用下老化迅速等问题[32-35]。渗透型涂层则是指涂料进入混凝土内部与未水化胶凝材料及水化产物反应并生成不溶于水的晶体或凝胶物质堵塞孔隙，或渗入后通过聚合反应形成憎水层，进而提高混凝土抗侵蚀能力[36,37]。渗透型涂料的渗入深度一般为
华南理工大学博士学位论文8合水泥浆体中Ca(OH)2的含量高低，偏高岭土的火山灰反应可能生成水化铝酸钙与strtlingite盐等晶体产物及C-S-H，具体方程式如式(1-1)至(1-3)所示[78]。根据Avet等人的热动力学计算结果，当偏高岭土反应程度为45%时，其对应化学收缩就已达0.07mL/g（图1-5(d)）[79]，与实验结果较为吻合[80]。2+6+9→413+(1-1)2+5+3→36+(1-2)2+3+6→28+(1-3)(a)PC-BFS(b)PC-FA(c)PC-SF(d)PC-MK图1-5辅助性胶凝材料对复合水泥浆体组成的影响[77,79]Fig.1-5EffectsofSCMsonphaseassemblagesofblendedcementpastes[77,79]（2）自收缩研究表明，水泥浆体的开裂性能与其结构形成过程的力学性能及体积变形发展密切相关[70,81]。根据水泥浆体微结构形成与发展过程，可分为以下三个阶段：（I）塑性阶段，此时水泥浆体尚未凝结，为塑性体，虽然变形大但全转变为外部变形，不产生内部应力，开裂风险极低；（II）微结构形成阶段，此阶段水泥浆体失去塑性且力学性能极差，在较小的应力作用下即表现出显著的变形，进而导致较大的开裂风险；（III）硬化体阶段，此阶段水泥浆体具有较强力学性能，且体积变形增长放缓，开裂风险也较校因此，为控制复合水泥浆体变形，应重点关注早期自收缩。现有研究一致认为水泥浆体自收缩是由浆体内部相对湿度下降引起，但相对湿度下降与应力产生过程的关系则有不同认识，如毛细应力理论[82]、拆开应力学说[83]与表面张
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉煤灰粒度对海工硅酸盐水泥性能影响[J]. 刘向阳,林永权,邓恺,李怀超,尹佳芝,张同生. 水泥. 2019(11)
[2]建筑工程施工中混凝土裂缝的成因与治理[J]. 肖剑. 建材与装饰. 2019(14)
[3]海工硅酸盐水泥及其混凝土性能特点[J]. 王昕,刘晨,刘云,郑旭,马国宁,叶晓林,邵柏承,楼挺挺. 水泥. 2015(06)
[4]港珠澳大桥设计技术标准研究——设计寿命的确定及对策[J]. 徐军,刘磊,刘晓东. 混凝土. 2011(12)
[5]Relationship between chloride diffusivity and pore structure of hardened cement paste[J]. Guo-wen SUN, Wei SUN, Yun-sheng ZHANG, Zhi-yong LIU (Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials, Southeast University, Nanjing 211189, China). Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2011(05)
[6]混凝土抗硫酸盐侵蚀研究评述[J]. 韩宇栋,张君,高原. 混凝土. 2011(01)
[7]混凝土耐久性的研究、应用和发展趋势[J]. 陈改新. 中国水利水电科学研究院学报. 2009(02)
[8]水泥基胶凝材料氯离子扩散性的研究[J]. 王昕,崔素萍,颜碧兰,刘晨,马国宁,叶晓林,施浩洋. 水泥. 2009(02)
[9]混凝土早期自收缩、强度与水泥水化率的关系[J]. 高小建,巴恒静,马保国. 工业建筑. 2006(02)
博士论文
[1]粉煤灰混凝土生命周期环境影响综合评价[D]. 章玉容.北京交通大学 2016
[2]水泥熟料与辅助性胶凝材料的优化匹配[D]. 张同生.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]海洋工程用低热硅酸盐水泥的研究[D]. 黄文.中国建筑材料科学研究总院 2018
[2]复合盐溶液作用下混凝土耐久性研究与寿命预测[D]. 王展飞.扬州大学 2016
[3]基于中点破坏模型的本土化桥梁全生命周期环境影响评价[D]. 王龙龙.北京交通大学 2014
本文编号：3576783
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