离子传输型抗渗涂料对水泥基材料冻融自修复的影响

通过对水泥砂浆的基准样和离子传输型抗渗涂层试样冻融循环后,在不同养护时间和养护条件下抗渗性能和力学性能的测试,并利用SEM对试样微观结构的观察,研究了离子传输型抗渗涂料对水泥基材料冻融自修复作用的影响。结果表明:基准样在冻融循环后,通过养护能够实现一定程度的抗渗性能和力学性能的自修复,但是这种自修复的能力有限,而采用离子传输型抗渗涂料进行表面处理,可使水泥基材料具有很强的自修复能力,从而大大提高水泥基材料的抗渗性能和力学性能。SEM研究表明,离子传输型抗渗涂料主要是通过活性离子传输,在水泥基材料内部空隙和裂缝中反应生成大量针状结晶,堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,从而提高水泥基材料的抗渗性能和力学性能。     

水泥基材料水化与结构发展的三维计算机模拟

过去 2 0年间随着计算机运算能力的飞跃发展 ,水泥材料水化和结构演化的计算机模拟技术取得了长足的进步 ,各国研究人员陆续开发了一些模拟水泥水化和水泥基材料微观结构发展的三维模型 ,并且将这些模型结合实验结果和工程实际应用于水泥基材料的力学性能 ,物理性能 ,渗透性以及耐久性的预测 ,取得了比较满意的成果。按照水泥颗粒及其空间分布的模拟方法 ,目前有代表性的模型可以分为连续基模型 (continuum- based)和数字图像基模型 (digital- image- based)两大类。这些数值模型侧重点不同 ,各有长短 ,选取其中有代表性的四个微观结构模型进行比较 ,旨在为从事水泥基材料计算机模拟的学者提供一些信息和思路。     

考虑Knudsen扩散影响的水泥基材料湿扩散系数

根据水泥基材料的多孔介质特点和内部孔隙尺寸分布特征,结合多孔介质中的湿传输机理,认为水泥基材料的湿传输研究必须考虑Knudsen扩散的影响.根据中、微孔体积的等效直径理论以及气体分子运动论相关原理,推导建立了Knudsen扩散影响系数的理论计算公式,在此基础上,探讨了水泥基材料湿扩散系数的确定方法,并通过实际问题的分析进行了验证.     

水泥基材料孔溶液碱度计算机模拟技术

水泥基材料孔溶液的碱度对于材料的耐久性能和硬化过程十分重要.建立了一个水泥基材料孔溶液碱度的计算机模拟方法,它基于一个三维的水泥基材料水化过程和微观结构发展的计算机模型,结合C-S-H凝胶碱吸附理论,综合考虑环境温度、湿度、材料配合比等因素,模拟孔溶液中碱金属离子浓度变化的规律,并与实际试验结果进行了对比.模拟和对比结果表明:提出的模拟方法可以成功地预测水泥基材料孔溶液碱度的变化规律,为实际材料碱度控制提供可靠的理论支持和事前控制建议,并为材料长期耐久性能评价提供一定依据.     

基于格子Boltzmann方法的多孔介质渗流特性模拟

为研究随机多孔介质内部的渗流特性,采用基于蒙特卡洛方法随机生成的多孔介质结构结合格子Boltzmann方法的D2Q9模型模拟压力驱动时多孔介质内的渗流,发现多孔介质内的平均流速与压强梯度严格成正比,符合达西定律。在相同孔隙率、不同粒径的多孔介质中,渗透率的变化与粒径的平方成正比;在相同粒径、不同孔隙率的多孔介质中,渗透率的变化与孔隙率的关系式成正比;渗透率与Kozeny-Carman理论公式拟合较好,且多孔介质圆度越大,颗粒越不规则,渗透性能也越差。研究结果表明：格子Boltzmann方法可以准确地模拟多孔介质内的渗流,且多孔介质的内部结构会影响其渗透性能。     

氯盐硫酸盐对水泥基材料的复合侵蚀破坏

研究了氯盐和硫酸盐对水泥基材料的复合侵蚀破坏.结果表明:侵蚀过程中试件的质量变化率与膨胀率之间呈指数关系,氯盐降低了硫酸盐侵蚀过程中试件发生膨胀破坏的风险,这是因为氯盐抑制了硫酸根离子向试件内部的传输,同时削弱了硫酸根离子与水泥矿物的化学结合能力,减少了膨胀性侵蚀产物的生成量;另外氯离子能优先与C3A反应,生成的Friedel’s盐会填充试件孔隙,使孔径细化,进一步限制硫酸根离子参与反应的能力.     

碳纳米管改善水泥基材料性能的微观机理

碳纳米管由于其优异的性能,正迅速成为一种最有应用前景的纳米材料,对其改善水泥基复合材料的研究也成为纳米材料领域的热点。详细综述了碳纳米管通过纤维桥联、纤维拔出、网络填充改善水泥基复合材料性能的微观机理及研究进展,为其宏观性能提供了理论解释。     

碳纳米管在水泥基复合材料中的分散方法研究

近年来,碳纳米管(CNTs)在传统胶凝材料中的应用愈来愈受到人们的重视.通过添加适量的CNTs,使得胶凝材料的一些性能得到了有效改善.该文综述了国内外有关CNTs在水泥基材料中的应用研究进展.主要探讨了CNTs的分散技术并总结了当前研究中所存在的一些问题,就今后的研究前景提出了一些建议.     

基于SO42-吸附与反应的硬化水泥基材料中Cl-传输与固化机制

通过自行设计的离子空间传输试验装置,分析研究了硫酸盐和氯盐的空间传输性能,并通过测试硫酸盐和氯盐共存时产物的组成和形貌,分析硫酸根离子对氯离子固化行为的影响.结果表明,在SO42-与Cl-共存的情况下,Cl-在不同时间和空间传输量较纯溶液时均有减小,说明SO42-会阻碍Cl-的传输;SO42-与Cl-均可与水泥基材料的...     

非饱和硬化水泥浆氯离子扩散性能的数值模拟

基于固相分形模型和格子Boltzmann方法,通过数值模拟手段研究非饱和硬化水泥浆的氯离子扩散性能.首先应用固相分形模型来模拟硬化水泥浆的多孔结构,在此基础上采用格子Boltzmann方法模拟相应的氯离子扩散.在固相分形模型中,按照孔隙尺寸分布对硬化水泥浆多孔结构进行逐级饱和来实现饱和度的变化.对比当前数值模拟的结果与经典幂函数型饱和函数的预测结果,发现二者吻合较好,饱和系数的合理取值为4~5.     

水泥净浆养护溶蚀全过程数值模拟

针对材料制备与环境服役过程中水泥基材料的性能演变问题,开展了水泥净浆薄片养护溶蚀全过程中主要物相及微结构演变的定量分析.首先,根据水泥的矿物组成及其水化机理,建立了水泥水化反应的简化模型及其主要水化产物浓度的计算方法;其次,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了溶蚀条件下水泥净浆孔溶液中主要离子(K+、Na+、OH-及Ca2+)的传输模型;最后,与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性,在此基础上,数值模拟了水泥净浆薄片试件养护溶蚀全过程.结果表明：所建立的模型可定量分析养护溶蚀全过程中水泥净浆孔溶液中主要离子浓度、孔隙率分布及氢氧化钙（CH）、水化硅酸钙（C S H）凝胶浓度的变化规律,且可用于软水环境下水泥基材料抗溶蚀性能的定量设计.     

格子Boltzmann方法研究岩石粗糙裂隙渗流特性

为研究岩石粗糙裂隙水力特性,建立了基于格子Boltzmann的压力模型。通过对3组不同试件（平板光滑裂隙、矩形非吻合裂隙、随机隙宽裂隙）的模拟,拟合出流量与平均隙宽的关系。研究结果表明,在所计算的10种工况中,3组裂隙中的水流都接近于层流。只有平行光滑裂隙中的水流的流量与平均隙宽近似成立方关系,矩形非吻合裂隙和随机隙宽裂隙中的流量与平均隙宽呈现超立方关系。改变平均隙宽和进出口压力都会导致流量与平均隙宽的关系变化。同时,进出口压力的改变也会造成两者之间产生次立方关系。     

长距离输水管线的非恒定流动分析

以瞬变流理论为基础,在对运动方程中的摩阻项进行详细分析后,建立了求解长直输水管线瞬变流动的隐式特征线法数学模型和带有附加项的玻尔兹曼网格法数学模型,并将其应用于长距离输水管线的非恒定流动分析中。算例表明,两种方法的模拟结果基本吻合,但玻尔兹曼网格法求解简单,几何边界易处理,流场计算时不需网格转换,能方便地进行编程求解。     

Computational fluid dynamics simulations and wind tunnel measurements of unsteady wind loads on a scaled model of a very large optical telescope: A comparative study

Thorough theoretical and experimental investigations were performed to analyze the main characteristics of unsteady flows past a 1:100-scale wind tunnel (WT) model of a very large optical telescope housed within a spherical enclosure. The investigations were focused on the prediction and measurements of unsteady pressures on the inner and outer surfaces of the enclosure and on the telescope primary mirror. The WT measurements were performed essentially to provide aerodynamic data on the telescope structure and also to build a database for correlation with numerical simulation of the flow using computational fluid dynamics (CFD). Unsteady viscous flow solutions were computed for different telescope orientations using the lattice Boltzmann method coupled with the RNG k-ε turbulence model. For WT testing, unsteady pressure measurements were performed in an open jet WT for different telescope orientations and wind speeds, using a number of pressure taps distributed around the inner and the outer surfaces of the enclosure and on the primary mirror surface. A smoke stream visualization technique was also used to study the flow behavior around and inside of the telescope enclosure. The flow solutions were computed using the WT flow conditions. Correlations were obtained between CFD and WT data in terms of the mean pressure coefficients on the enclosure and the primary mirror surfaces, and for their standard deviations. Power spectral density analyses were also carried out for a number of pressure signals collected on the primary mirror surface. Both CFD solutions and WT measurements demonstrated that the flow inside and outside the enclosure was unsteady and massively separated on the back of the enclosure. The mean values and standard deviations of the pressure coefficients on the enclosure and the primary mirror surfaces correlated well with the experimental data. Using the WT Mach number in the simulation, the shear layer over the enclosure opening and the resulting acoustic wave effects were well captured, and there was excellent agreement between the CFD results and the WT measurements.     

水泥用量对Cl-在混凝土中扩散系数影响的试验研究

采用区组完全试验设计,研究了水灰比和水泥用量对混凝土耐久性能——氯离子在混凝土中的扩散系数的影响作用。根据硝酸银化学滴定法测量得到的氯离子含量分布,拟合回归出自由氯离子初始扩散系数(D0)的预测模型,该模型可用于预测考虑水灰比和水泥用量综合影响作用的自由氯离子初始扩散系数,同时试验验证了回归方程的适用性。     

水泥酸蚀过程的定量研究

本文研究了砂浆受酸液侵蚀的过程,并在数学上加以描述,建立了包括砂浆碱密度、侵蚀作用时间、氢离子浓度以及氢离子扩散系数等因素在内的砂浆酸蚀深度预测定量式.实验结果证实该定量式的计算值能较好地与实验值相吻合;同时表明,当侵蚀介质的酸度为pH2.0和pH3.0时,氢离子在砂浆酸化层中的扩散系数是在水溶液(9.1×10~(-9)m~2/s)中的8.9%和25.6%.     

水泥水化过程的电化学研究（Ⅰ）——氯离子在硬化水泥浆体中的毛细扩散

通过低频下的交流阻抗测量,提供了有效地测量氯离子扩散系数的方法。对毛细扩散的特征进行了探讨,提出根据平行毛细管模型由扩散系数求取等效毛细管半径并据此来描述微结构的方法。根据水泥浆体氯离子扩散系数随是变化可经了解水泥水化过程微结构的变化。     

基于格构模型的水泥浆体离子稳态扩散模拟

首先采用数值模型得到水泥浆体的模拟微观结构,然后将其离散化为像素.根据该离散化微观结构建立具有扩散性能的格构单元组成的三维格构网络,求解固定离子浓度边界条件下通过水泥浆体的离子流量和内部离子浓度分布,并预测材料的扩散系数.在求解离子浓度分布的过程中,比较了差分法和共轭梯度法的优缺点,发现采用共轭梯度法更快捷.最后用稳态氯离子扩散试验验证了该模拟方法的可靠性,并预测了水泥浆体的氯离子有效扩散系数随水胶比和养护龄期的变化关系.     

混凝土中氯离子扩散过程的细观数值模拟研究

在细观层次上将混凝土看成由砂浆、粗骨料及二者界面组成的三相复合材料,提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型(Truss network model),模型中的不同类型单元能够描述混凝土各相组成材料的扩散性能。考虑混凝土对氯离子的结合能力和氯离子扩散系数的浓度依赖性,建立了基于格构网络模型的一维氯离子非线性扩散方程及其有限元方程的离散差分格式。计算结果表明,混凝土对氯离子的结合能力和扩散系数的浓度依赖性对混凝土中氯离子的扩散速度具有重要影响。可以预见,该方法能够方便地应用到开裂或损伤混凝土的物质扩散性能评价中。