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《清华大学》 2010年 硕士论文
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水泥基材料开裂界面物质传输与交换过程研究

王晓梅  
【摘要】:水泥基材料是用量最大的建筑材料,在自身收缩和外界作用下使自身容易产生裂缝。裂缝的存在影响了工程结构的耐久性能和使用功能。裂缝改变了材料的渗透特性,开裂面具有较大特征表面和化学活性,更易导致各种不利于材料稳定性的物理化学作用,加速材料与结构的劣化。水泥基材料开裂界面的物质传输与交换是涉及流体力学、材料表面行为、水泥基材料化学反应以及物理变化的综合问题。 论文研究流体在水泥基材料裂隙的流动规律和发生的物理和化学过程,以及这些过程对于裂缝表面形貌的影响。物理过程包括液体在粗糙面间的流动规律、水对粗糙面的溶蚀作用以及开裂面对离子的吸附作用;化学作用包括开裂表面的二次水化过程。论文首先选取了表征水泥基材料裂隙表面粗糙度的几何参数;其次根据研究内容设计相应的实验方案,制备了不同配比的试件,利用自行研制的渗流装置对试件中单一裂隙的上述物理化学过程进行试验研究;最后建立了裂隙物质传输与交换模型,利用得到的数据分析了渗流液体的流动规律以及渗流过程中液体对裂隙粗糙表面的各种物理化学作用以及表面形貌的改变。 研究结果表明,流体通过裂隙表面的流量随时间递减是一个纯物理过程,在低压条件下粗糙面间液体流动不符合达西定律。动态水流对开裂面的钙离子溶出速率要远远高于静态溶蚀;动态溶蚀时水流过裂隙表面不断带走溶解出的钙离子,促使水泥浆体中的钙不断溶解到水中。动态溶蚀减小了净浆表面的粗糙度,加大了砂浆断裂面的粗糙度。断裂面在静态溶液中吸附离子的能力远大于动态溶液中的吸附量;动态吸附时,裂隙表面溶液的流动减少了离子吸附表面层的厚度,减少了吸附在粗糙表面离子的数量。裂隙表面的二次水化明显降低了裂缝渗流能力,水化产物对渗流通道产生了明显的阻塞作用;二次水化使净浆表面粗糙度明显增加,砂浆试件表面粗糙度却一定程度降低。


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