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水泥基材料在氯盐环境中的服役行为及机理研究

管学茂  
【摘要】:钢筋锈蚀、冻融破坏和侵蚀环境的物理化学作用是导致混凝土失效的主要原因,其中钢筋锈蚀是第一位;而氯离子是引起混凝土中钢筋锈蚀的重要原因,深入研究水泥基材料在氯盐环境中的服役行为及机理,掌握氯离子在水泥基材料中的渗透扩散和固化规律,对于指导混凝土材料的优化设计,提高混凝土的耐久性有重要意义。 本文采用电化学方法、SEM-EDS分析和压汞法系统的研究高性能水泥基材料在氯盐+应力、氯盐+冻融和氯盐+应力+冻融等多因素协同作用下的氯离子渗透性能和钢筋锈蚀及其机理;运用灰色理论、化学分析、微观测试等理论和方法系统深入的研究水泥基材料固化外渗氯离子的性能及机理,论文重点研究了水泥的矿物组成、矿物外加剂的种类和掺量、服役环境与固化氯离子的性能关系及其机理;论文还运用人工神经网络技术建立预测水泥基材料的氯离子渗透和固化性能模型。 论文通过对混凝土的氯离子渗透性能和孔结构进行深入研究表明,煤矸石、粉煤灰等矿物外加剂能够提高水泥基材料抗渗性,降低氯离子渗透扩散速度,且随着水化龄期的延长它们提高水泥基材料抗渗性的效果更加显著,其中煤矸石改善水泥基材料的孔结构,降低渗透性效果好于粉煤灰。水泥基材料在多因素协同作用下,氯离子的渗透速率提高,渗透深度加大,多因素协同作用对提高水泥基材料氯离子渗透性的作用大小依次是氯盐+冻融+应力氯盐+冻融氯盐+应力氯盐。水泥基材料界面区的氯元素分布测试表明,掺入煤矸石的水泥基材料在骨料与浆体界面区氯元素的含量少,没有氯元素富集现象;掺粉煤灰的水泥基材料在界面区氯元素含量较多;硅酸盐混凝土界面区氯离子的含量最大,有氯离子富集现象。 运用灰色理论分析水泥矿物与其固化氯离子能力的关联度,研究表明水泥固化氯离子的能力与各矿物组成的关联度从大到小依次是C_3A、C_3S、C_4AF和C_2S;论文建立了矿物外加剂固化氯离子的效应评价方法与指标体系,能够定量的反映出水泥和矿物外加剂各自的贡献大小,指导材料组成优化设计;煤矸石能够提高


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