海洋环境下混凝土抗氯离子侵蚀的相似性研究进展EI北大核心CSCD

氯离子侵蚀已成为影响海洋环境下混凝土结构耐久性最主要的因素;混凝土耐久性破坏是一个长期的过程。试验室常采用人工加速模拟的方法研究混凝土耐久性劣化过程。然而,针对混凝土耐久性室内模拟与实海暴露的研究,目前在试验方法、试验制度及加速因素等方面尚未形成统一认识与规范,使研究成果在工程中应用推广具有一定局限性。若能建立真实暴露条件和室内模拟混凝土氯离子侵蚀试验两者之间的相似性关系,更能准确地分析海洋环境下混凝土结构耐久性和预测其使用寿命。考虑环境(温度和湿度)和材料性能(水胶比和矿物掺合料)等因素影响,基于单因素和多因素作用,主要从试验研究、理论分析及数值模拟3个角度,分别综述了混凝土抗氯离子侵蚀的研究进展,总结了海洋环境下混凝土抗氯离子侵蚀相似性研究成果,并对其进行了讨论和展望,为未来的理论研究及实际工程应用提供一定依据。     

冻融循环下混凝土中氯离子传输研究进展EI北大核心CSCD

钢筋混凝土结构遭受氯盐侵蚀和冻融循环的共同作用时,其耐久性能会迅速降低。本文针对冻融循环下混凝土中氯离子传输过程,从混凝土物理性能、氯离子传输性能和保护措施3个方面总结相关研究成果。冻融循环过程中混凝土损伤分为两个阶段,两阶段损伤理论可以较好描述冻融损伤初始和扩散阶段。结合实验可量化氯盐侵蚀和冻融循环双重作用下混凝土的损伤程度,冻融损伤和氯离子扩散系数之间的关系能够有效描述冻融循环对氯离子传输的加速效应,以此为基础可探究各影响因素对冻融循环下混凝土中氯离子传输性能的影响。但是目前的研究结果、规律多为实验室条件下获得,对于定量评估实际混凝土结构的寿命仍有局限性。最后介绍了3种常见的防护方法,分别是表面处理、电化学修复/防护技术以及添加掺合料,并对未来该领域的发展方向从实验、理论和模型三方面进行展望。     

离子色谱法检测铬酐中的痕量氯离子和硫酸根

建立了离子色谱法分离-抑制型电导检测铬酐中痕量氯离子和硫酸根的方法.方法先将铬酐溶于水,持续搅拌下滴加8.5%水合肼溶液将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),同时生成氢氧化铬沉淀,离心过滤,取上清液过0.22 μm尼龙膜、H型阳离子交换柱后,以OH-选择性的IonPac AS11-HC阴离子交换分离柱分离,氢氧化钾淋洗液一步梯度洗脱,抑制型电导检测.方法对氯离子的线性范围在5～1 000 μg/L,线性相关系数为0.999 7,检出限(S/N=3)为2.96 μg/L;对硫酸根的线性范围在0.1～50 mg/L,线性相关系数为0.999 9,检出限为4.75 μg/L.方法成功用于铬酐中痕量氯离子和硫酸根的检测.对样品进行加标回收,氯离子的回收率为90%～115%,硫酸根的回收率为80%～105%.方法具有易于操作、选择性好、灵敏度高等特点.     

硫酸盐环境下氯离子在预应力混凝土中的传输

合理确定氯离子扩散系数,对研究预应力混凝土在沿海及西部盐碱地区环境下的耐久性具有重要意义.基于相似理论,综合考虑毛细孔隙率、硫酸根抗压抗蚀系数、氯离子结合能力、时间依赖性常数等影响,提出氯离子在预应力混凝土受硫酸盐侵蚀下的扩散模型,并对各影响因素进行了分析.通过试验值与模型计算值的对比,发现试验值与模拟值吻合良好.研究结果表明:孔隙率、应力水平影响系数及时间依赖性常数对氯离子在预应力混凝土中的扩散性能影响较大,其次是硫酸盐抗压抗蚀系数,最后是硫酸盐影响下的氯离子结合能力.研究发现:孔隙率的减小能有效地提高预应力混凝土抗氯离子侵蚀能力.     

硫铝酸盐水泥净浆半浸泡在碳酸钠溶液中的破坏机理EI北大核心CSCD

将水灰比为0.45硫铝酸盐水泥净浆试件半浸泡在装有10%Na_2CO_3溶液中的容器中,分别在(20±2)℃,湿度(60±5)%的稳定环境中和循环变化条件下[先在(30±2)℃、湿度(80±5)%的环境保持24 h、再在(20±2)℃、湿度(60±5)%的环境保持24 h]研究其盐结晶破坏特征。结果表明:稳定环境下暴露72 d后,试件水分蒸发区表面出现了Na_2SO_4晶体,但并没有出现严重的盐结晶破坏;循环变化环境下,只经过4个循环8 d的侵蚀,试件水分蒸发区发生了严重的层状结晶破坏。其破坏机理是硫铝酸盐水泥水化产物与碳酸钠之间化学侵蚀生成物Na_2SO_4结晶破坏所致,并没有出现Na_2CO_3结晶破坏。如果胶凝材料水化产物与盐溶液之间存在化学反应,虽然环境条件满足盐结晶发生的要求,但化学侵蚀生成物结晶膨胀才是导致净浆或者混凝土试件水分蒸发区破坏的原因。     

硅酸三钙在含氯离子或镁离子溶液中的溶解动力学行为

研究了海水中典型的氯离子和镁离子对水泥熟料主要矿物硅酸三钙(C3S)早期溶解行为的影响.通过自制的溶解平台和电感耦合等离子体发射光谱仪技术,获得了不同浓度的氯离子和镁离子溶液中C3S的溶解速率,并利用恒温量热仪表征了氯离子和镁离子对C3S溶解放热的影响,再结合扫描电子显微镜对C3S块体在溶解过程中的表面形貌进行了分析....     

基于部分反弹格子Boltzmann方法研究砂浆水渗透性能EI北大核心CSCD

为了揭示砂浆的水分传输机制,构建了细骨料-界面过渡区-水泥浆体的砂浆三相模型,采用部分反弹格子Boltzmann方法模拟了水分在砂浆内部的传输过程,研究了骨料体积分数、界面过渡区厚度及孔隙结构对砂浆水分渗透系数的影响。结果表明:当界面过渡区厚度较小、孔隙率较低时,砂浆的水分渗透系数随骨料含量的增大而降低且始终低于水泥浆体的水分渗透系数;当界面过渡区厚度增至150μm或有效孔隙率超过水泥基体2倍时,砂浆的水分渗透系数会接近甚至超过水泥浆体的水分渗透系数。界面过渡区效应、骨料稀释作用以及迂曲传输路径的相互竞争是产生上述现象的根本原因。     

氯盐环境下复合胶凝材料砂浆中钢筋锈蚀状态EI北大核心CSCD

采用腐蚀电位、线性极化、循环动电位极化等电化学方法,研究了氯盐环境下偏高岭土(MK)改性复合胶凝材料砂浆中钢筋的锈蚀状态,分析了不同电化学参数之间的关系。结果表明:在氯盐环境中,当MK掺量不高于MK/水泥总质量的30%时,随MK掺量的增加,复合胶凝材料中钢筋的腐蚀电位增大,锈蚀速率降低,耐点蚀性能增强;复合胶凝材料砂浆中钢筋的腐蚀电流密度与腐蚀电位存在相关关系;循环动电位极化测试的电化学参数可以反映复合胶凝材料砂浆内部钢筋的点蚀破坏程度;MK改善了复合胶凝材料砂浆的孔隙结构,降低了复合胶凝材料砂浆的氯离子扩散系数。复合胶凝材料砂浆延长了钢筋的脱钝化时间和钢筋保护层的预期开裂时间。     

化学外加剂对砂浆流变性能的影响EI北大核心CSCD

研究了水胶比、聚羧酸减水剂(PCE)分子结构、高吸水性树脂(SAP)及阴离子型黏度调节剂(VMA)对砂浆流变性能的影响。结果表明:提升水胶比能降低砂浆的屈服应力和塑性黏度并提高其流动度保持能力。PCE的掺入可显著降低砂浆的屈服应力且PCE侧链的空间位阻作用是一个主要原因。侧链抑制PCE在水泥颗粒表面的吸附。增加PCE侧链长度对水泥浆初始流变性影响较小。SAP通过降低砂浆中自由水含量来提高其屈服应力和塑性黏度,其作用机理与降低水胶比的作用相似。VMA在低掺量下通过桥接作用提高砂浆的屈服应力,但对塑性黏度影响不大;高掺量下,VMA的桥接作用减弱却能大幅提高液相的黏度,因而对砂浆屈服应力的提升作用减弱而大幅提高其塑性黏度。     

用数字图像相关法研究聚合物改性砂浆的力学性能EI北大核心CSCD

数字图像相关法（DIC）是一种新型的非接触式光学测量材料变形的方法,与传统接触式测量方法相比,具有操作简单、大变形测量、精度高、分析区域灵活可变等优点。聚合物乳液常用于改善水泥基材料的力学性能,提高抗拉、抗折强度及其韧性。本文采用三维数字图像相关法（3D-DIC）研究聚合物改性砂浆的在受压状态下的应力应变行为。结果表明,3D-DIC法可以提供试块选定区域的应力-应变全曲线,以及试块开裂性能、断裂模式等丰富的信息。研究发现,在受压模式下,接触法测得的试块轴向总变形大于采用DIC测得的选定中间区域的变形,这是由于试块中部选定区域的变形受到周围部分的约束。这种约束作用会随着聚合物改性砂浆弹性模量的降低而减弱。随着聚合物掺量的增加,由于聚合物的掺入增加了材料的断裂韧性并极大地削弱了应力集中,聚合物改性砂浆的破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏。此外,聚合物改性砂浆的开裂应变、峰值应变、断裂能随着聚合物掺量的增加而增加。聚合物掺量较低时（〈5%）,聚合物改性砂浆的Poisson比随着聚合物相的增加而升高。     

疲劳荷载与氯盐耦合作用下氯离子在砂浆中的传输模型

从实验和理论角度系统研究了在动态荷载作用下,氯离子在砂浆中的传输性能.通过疲劳荷载与氯离子传输的同步实验,并采用已有损伤传输模型对实验数据进行分析.结果表明:已有的含损伤的传输模型中损伤为“静态”而非“动态”,已不再适用目前的实验工况;给出了适合于研究疲劳与氯离子传输同步进行的传输模型,此模型的预测结果与实验结果吻合很好.     

水泥乳化沥青砂浆静态力学性能与组成的关系EI北大核心CSCD

基于背散射电子成像、扫描电子显微镜等微观实验结果,运用Hashin复合球模型,从水泥水化产物、水泥凝胶骨架、水泥沥青复合胶凝体系和水泥乳化沥青(CA)砂浆4个尺度,建立了CA砂浆的静态受压力学模型,分析了CA砂浆弹性模量ECA、抗压强度f与组成的关系。结果表明:水泥水化物相体积分数VCH是影响CA砂浆弹性模量ECA和抗压强度f的主要参数;沥青视为气孔或低模量组分时,CA砂浆静态弹性模量ECA与水泥水化物相体积分数VCH、抗压强度f与胶空比x,均存在幂函数的关系,且R2>0.8;试验与模型分析表明,CA砂浆中水泥水化物为连续相并构成复合胶凝体骨架,沥青穿插其中,沥青对CA砂浆静态强度和弹性模量贡献较小。     

基于第一性原理的不同侵蚀性离子作用下混凝土孔溶液中钢筋腐蚀机理

为了揭示Cl^-、SO₄^2-作用下混凝土中钢筋腐蚀机理的差异,并为氯盐和硫酸盐侵蚀下混凝土的抗腐蚀调控提供理论基础,研究了Cl^-、SO₄^2-侵蚀下混凝土孔溶液中钢筋的电化学行为差异,并利用基于第一性原理的密度泛函理论研究了腐蚀性物质(Cl^-、SO₄^2-)和致钝物质(CaOH⁺、OH^-)在Fe(100)表面的竞争吸附。结果表明：相较于含Cl^-的混凝土孔溶液,钢筋在含SO₄^2-的混凝土孔溶液中的腐蚀电位和极化电阻均更低,更易发生腐蚀;SO₄^2-对OH^-与铁表面反应的抑制作用略强于Cl^-;SO₄^2-既可促使Ca OH⁺中Ca—OH键伸长,又...     

复杂环境下粉煤灰水泥石的离子浓度分布与维氏硬度劣化规律

地铁工程混凝土结构处于硫酸盐、氯盐及杂散电流共存的复杂环境。本文针对地铁工程环境下混凝土的耐久性问题,研究了硫酸盐、氯盐及电场共同作用下,粉煤灰掺量对水泥石内硫酸根离子浓度分布、氯离子浓度分布和维氏硬度分布的影响,并基于Logistic函数建立维氏硬度预测模型,最后采用XRD分析了水泥石劣化的机理。结果表明:随侵蚀深度的增加,水泥石内硫酸根离子浓度不断降低,氯离子浓度呈现先增后降的趋势;侵入水泥石的氯离子和硫酸根离子的含量都随粉煤灰掺量的增加而先减后增,当粉煤灰掺量为10%(质量分数)时,侵入水泥石的氯离子与硫酸根离子的含量最低;被侵蚀后的水泥石内维氏硬度分布分为劣化区、增强区和完好区三个区域;预测模型可以准确表征水泥石内维氏硬度分布规律;适量粉煤灰的掺入可以减少受侵蚀后试件内的钙矾石(AFt)和石膏含量。     

钠钙玻璃在不同液体环境中的磨损性能EI北大核心CSCD

以Pyrex玻璃球作为对磨副,研究了钠钙玻璃在不同液体环境下的磨损性能。研究发现,相比于纯水环境,钠钙玻璃在酸性溶液（pH=3）和碱性溶液（pH=11）中的磨损量分别降低了约33%和30%。当溶液中存在的带正电的聚合电解质通过静电作用力吸附在钠钙玻璃表面时,可有效提高玻璃表面的抗磨损性能,磨损量最大可降低约94%;当溶液中存在其他类型的聚合电解质时,钠钙玻璃的磨损量无明显变化。     

硫酸盐浸泡环境下CaO-Na2CO3激发矿渣砂浆性能退化及机理研究

以Na₂SO₄和MgSO₄溶液为侵蚀介质,研究了在浸泡环境下CaO-Na₂CO₃激发矿渣(CNS)砂浆和普通硅酸盐水泥(OPC)砂浆经硫酸盐侵蚀前后的抗折强度、抗压强度及不同深度处的SO^2-₄浓度,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)等测试方法分析了CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀产物及孔结构,对比讨论了Na₂SO₄和MgSO₄对CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀机理。结果表明:CNS砂浆的水化产物主要是低Ca/Si比的水化硅铝酸钙(C-A-S-H),不存在氢氧化钙,碳酸钙的填充作用使其孔结构优于OPC砂浆,并且在相同侵蚀环境下,CNS砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力大于OPC砂浆;MgSO₄侵蚀环境下CNS砂浆的侵蚀产物主要是水镁石(腐蚀后期会带动试件表面的砂浆一起剥落)和无黏聚力的水化硅铝酸镁(M-A-S-H);与Na₂SO₄相比,MgSO₄对CNS砂浆的腐蚀性更强。     

不同底物下硫氧化菌的硫氧化特性及其对砂浆性能的影响EI北大核心CSCD

研究了不同底物下硫氧化菌的硫氧化特性及其对砂浆试样的力学性能和微观结构的影响。结果表明:硫氧化菌生长浓度在不同底物环境中表现不同,其生长浓度由高到低所对应的底物分别是Na_(2)S2O_(3)、Na_(2)SO_(3)、Na_(2)S;不同底物下硫氧化菌转化SO_(4)2-的方式均存在自然氧化和生物氧化两种形式。硫氧化菌代谢途径中发现了一种先将S2O_(3)2-经SseA酶转化为SO_(3)2-,再经Soe酶转化为SO_(4)2-的新途径。砂浆试样在Na_(2)S2O_(3)底物环境中较于Na_(2)SO_(3)底物环境中生成膨胀性石膏含量偏低,这是因为与Na_(2)S2O_(3)的生物氧化相比,Na_(2)SO_(3)自然氧化的SO_(4)2-浓度较高,反应速率较快,腐蚀效果更为显著。处于Na_(2)S2O_(3)底物环境中的砂浆试样抗压强度变化率10.4%、质量变化率1.04%;处于Na_(2)SO_(3)底物环境中的砂浆试样抗压强度变化率-12.9%、质量变化率1.44%。Na_(2)S2O_(3)底物环境试样生成石膏的含量低于Na_(2)SO_(3)底物环境试样生成石膏的含量,分别在75 d和45 d后由于大量石膏的膨胀力作用下使得砂浆试样最终劣化。     

银纳米团簇与稀土离子共掺发光玻璃EI北大核心CSCD

银纳米团簇(Ag-NCs)是由几个银原子及银离子组成的寡聚体,其具有离散的能级结构和与尺寸相依赖的可调发光,量子产率可接近商业荧光粉。Ag-NCs的优异发光特性使其成为稀土离子的理想敏化剂,可以实现面向多种应用的发光增强和可调发光。玻璃具有良好的透明性、以及优异的化学和热稳定性,是分散和稳定Ag-NCs的理想基质之一。从Ag-NCs掺杂玻璃的制备与调控、Ag-NCs的发光特性及其对稀土离子的敏化、以及以Ag-NCs与稀土离子共掺杂发光玻璃在白光LED、可调发光、太阳能电池等领域的应用为例进行了综述,并对目前研究存在的问题和未来的研究方向予以分析和展望。     

复合盐蚀环境下喷射混凝土离子分布规律及氯离子扩散系数

通过分析(干湿循环+复合盐侵蚀)共同作用下普通混凝土、普通喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土孔隙液中pH值、Cl-、SO2-4和Ca2+分布情况,研究了喷射混凝土离子分布规律和氯离子扩散系数.结果表明:各混凝土pH值和Ca2+浓度随深度分布规律相似,均为表层最低并随深度增加而升高,且在同一深度随龄期增加而降低;普通混凝土表层Cl-浓度最高且扩散深度最大,钢纤维喷射混凝土的表层Cl-浓度最低和扩散深度最小;SO2-4在各混凝土内部的分布大致分为富集区、过渡区和稳定区三段;表面自由Cl-含量Cs为普通混凝土>普通喷射混凝土>钢纤维喷射混凝土,且随侵蚀龄期的增长而逐渐上升;混凝土的Cl-扩散系数D随侵蚀龄期的增长而降低,符合幂函数变化规律.     

固化海水离子裂缝自修复剂制备及其在硬化水泥浆体中的作用机理EI北大核心CSCD

设计了可固化海水腐蚀性离子并加速裂缝愈合的新型自修复剂,并用于制备自修复功能骨料,同时对其对混凝土中裂缝的修复机制进行探讨。结果表明:自修复剂对400μm宽裂缝24h的表面愈合率>80%,愈合速度提高3倍;在裂缝口处快速形成并使裂缝愈合的沉淀物主要为水镁石和方解石,在破裂功能骨料内部的自修复产物则为羟钙石、方解石、Friedel盐的扩散速度和沉淀物热力学平衡常数共同决定了自修复产物矿相的空间分布和矿相演变。