基于COMSOL的水泥基材料中氯离子传输仿真

深海区的水泥基材料在受到水压力和氯离子浓度梯度的双重作用时，可能产生与一般环境下的氯离子不一样的渗透规律。以水泥砂浆试块作为研究对象，利用基于COMSOL软件的仿真技术以及相应的物理实验分析了静水压力场-氯离子浓度场耦合作用下水泥基材料中氯离子传输机制。研究结果表明：静水压力作用下氯离子传输深度受试块水灰比变化影响巨大，它随着水泥基材料水灰比的增加而快速增加；当静水压力为0.5 MPa时，随着砂浆试块水灰比由0.35增加到0.45和0.55，氯离子传输深度分别增长了28.1%和52.9%；在不同静水压力的作用下相同水灰比砂浆试块氯离子传输深度也有非常明显的变化，其中当砂浆试块水灰比为0.35时，随着静水压力由0 MPa增长到0.5 MPa和1.0 MPa，30 d的氯离子最终传输深度分别增大了43.1%和123.6%。     

界面剂对第二龄期新老混凝土粘结劈拉强度影响

为分析不同界面剂对新老混凝土的粘结效果,选用普通硅酸盐水泥混凝土、矿渣水泥混凝土和复合型水泥混凝土作为试验混凝土,选择水泥净浆、掺粉煤灰的水泥净浆和掺TG-1固结剂的水泥净浆作为试验粘结剂进行了劈拉强度试验。试验结果表明:水泥净浆界面剂粘结效果总体上随着水灰比的增加而减弱;掺粉煤灰的水泥净浆作为界面剂时,粉煤灰的掺量在20%~40%时粘结效果最好;掺TG-1固结剂的水泥净浆的粘结效果是随着TG-1固结剂掺量的增加而增强。     

不同界面剂对第二龄期新老混凝土粘结强度的影响

选用普通硅酸盐混凝土作为试验混凝土,采用水泥净浆、掺粉煤灰的水泥净浆和掺新型固结材料TG-1的水泥净浆作为试验粘结剂,分别用这三种界面剂对第二龄期新老混凝土进行了粘结试验。7 d及28 d的试验结果表明:(1)水泥净浆界面剂的粘结效果随着其水灰比的增大而增强;(2)掺粉煤灰的水泥净浆界面剂对混凝土新老粘结界面强度的影响规律性不强;(3)掺TG-1固结剂的水泥净浆界面剂的粘结效果随着TG-1固结剂掺量的提高而增强。最后,对试验所产生的结果进行了机理分析。     

水灰比对外掺氧化镁的介质孔隙结构参数的影响

为了进一步促进氧化镁混凝土的广泛应用,论文开展了水灰比对外掺氧化镁水泥净浆、砂浆、一级配混凝土砂浆等介质的孔隙结构参数影响的试验研究.结果表明,水灰比对外掺氧化镁介质的孔隙结构参数有重要影响;水灰比增大,试件28 d和180 d的孔隙率均呈增大趋势,孔径均匀性得到改善;水泥净浆和砂浆的平均孔径随着水灰比的增大而增大,一级配混凝土砂浆则相反;随着龄期的延长,水泥石越来越密实,其孔隙构造不断改善.     

海洋大气环境下橡胶粉水泥混凝土性能试验

研究了不同掺量的橡胶粉水泥混凝土的物理力学性能,通过模拟海洋大气对混凝土的侵蚀作用,采取化学滴定的方法,测定了不同掺量的橡胶粉水泥混凝土的碳化深度和氯离子渗透深度。结果表明,随着橡胶粉掺量的逐渐增加,混凝土试件的工作性、抗压强度及抗折强度逐渐降低,且当掺量小于2%时,降低幅度较小,当掺量大于2%时,降低幅度增大;掺入一定量的橡胶粉对混凝土的抗碳化和抗氯离子侵蚀性能具有明显的改善作用。其中,改善抗碳化能力橡胶粉的掺量约为3.5%,改善抗氯离子侵蚀能力的掺量约为5%,且当掺量为2%时,改善效果最佳。     

第二龄期老混凝土与新混凝土粘结劈拉强度研究

实际工程混凝土浇筑意外中断时有发生,恢复浇筑新混凝土时,中断前的老混凝土很多处于第二龄期。为提高第二龄期老混凝土与新混凝土的粘结性能,通过采用不同水灰比水泥净浆和不同掺量粉煤灰水泥浆界面剂,研究不同水泥第二龄期老混凝土与新老混凝土7 d和28 d粘结劈拉强度的变化规律。结果表明:三种水泥混凝土粘结劈拉强度均随水泥净浆界面剂水灰比的增大而减小;水泥净浆(使用水泥为普通硅酸盐水泥)界面剂对普通硅酸盐水泥的粘结效果最好,次之为矿渣硅酸盐水泥,最差为复合硅酸盐水泥。界面剂中掺加粉煤灰可在一定程度上改善第二龄期老混凝土与新混凝土的粘结性能。     

纤维混凝土氯离子扩散试验研究

以沿海某水闸混凝土耐久性设计为依托,通过试验研究了混凝土的氯离子扩散特性。设计变量包括水泥品种、水灰比和纤维掺量,采用NEL法测定养护龄期28 d的混凝土氯离子扩散系数。试验研究结果表明:海工水泥混凝土的氯离子扩散系数较普通水泥混凝土氯离子扩散系数小;混凝土氯离子扩散系数随着水灰比和纤维掺量的增大而增大。     

粉煤灰对混凝土氯离子渗透性能影响的试验研究

电迁移试验目前已经被广泛用来测试氯离子在混凝土中的扩散系数。本文采用此方法研究了不同掺量的粉煤灰对混凝土氯离子渗透性能的影响规律。结果表明：当水灰比、每立方米水泥用量以及粉煤灰掺量变化时,氯离子扩散系数随着粉煤灰掺量的增加而逐渐增加,混凝土氯离子扩散系数随水灰比的降低而显著降低。从而提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。     

矿渣对高镁水泥硬化浆体膨胀特性及微观结构的影响

MgO可用于补偿大体积混凝土的收缩,大坝混凝土中也已有应用高镁水泥的先例。为充分利用高镁水泥的膨胀特性,避免其膨胀量过大,本文研究了矿渣掺量和细度对其膨胀特性的影响,并表征了硬化浆体的孔结构与微观形貌。结果表明,掺入矿渣可以有效降低高镁水泥硬化浆体的膨胀率。矿渣的掺量越高,硬化浆体膨胀率越低。矿渣的细度越细,抑制硬化浆体膨胀的作用越明显,中位径为4．81μm时,硬化浆体膨胀率显著降低。矿渣抑制高镁水泥硬化浆体膨胀的作用,主要源于矿渣掺入之后所产生的“物理稀释作用”和“二次水化效应”。“物理稀释效应”降低了硬化浆体中方镁石总量;“二次水化效应”填充了硬化浆体空隙,使硬化浆体孔径细化,毛细孔缓冲和释放硬化浆体膨胀应力。     

新老混凝土黏结力学性能的时间效应研究

采用碳化箱快速碳化、人工加机械复合的凿毛方法处理老混凝土黏结面,通过试验研究了新混凝土与碳化混凝土黏结的力学性能及随龄期的变化规律。结果表明:新老混凝土黏结力学性能较新、老混凝土本体的弱;老混凝土的碳化可以增强新老混凝土的黏结力学性能;随着龄期的延长,新老混凝土的黏结力学性能也在增强;龄期较短时,水泥净浆界面剂的效果优于硅灰界面剂,当龄期达到180 d时,硅灰界面剂的效果优于水泥净浆界面剂。     

硬化水泥石热膨胀性能的调节及其机理研究

研究了水灰比和矿物掺合料对硬化水泥石在20℃～85℃热膨胀性能的影响,并进行了机理分析。研究结果表明：水泥石的热膨胀率和热膨胀系数随着水灰比的增大而减小;粉煤灰和矿粉均可有效降低水泥石的热膨胀性能,其降低程度随掺量的增大而增大;当矿物掺合料掺量相同时,粉煤灰水泥石的热膨胀率及热膨胀系数略低于矿粉水泥石。通过观察水泥石微观形貌和测定水泥石孔隙率等方法,对硬化水泥石的热膨胀性能进行机理分析。     

粉煤灰掺量对碳化水泥浆体微结构的影响

为了探究粉煤灰掺量对水泥浆抗碳化性能的影响,采用压汞法、可蒸发含水量法、XRD衍射图谱等,研究了碳化作用下粉煤灰掺量对水泥浆体内部微观结构的影响。结果表明：掺入粉煤灰可促进水泥浆试件的碳化,粉煤灰掺量为30%时水泥浆试件的碳化深度最大;随着粉煤灰掺量的增加,水泥浆总孔隙率增大,碳化后总孔隙率减小,小孔所占比例增大,水泥浆的孔结构改善效果越好,碳化后钙矾石消失,生成CaCO₃;碳化有利于水泥浆试件裂缝的愈合,30%粉煤灰掺量试件养护后的平均裂缝宽度比养护前减小了72%。     

环境水侵蚀下水泥净浆钙溶蚀的模拟与验证

钙溶蚀是导致水环境中混凝土等水泥基材料耐久性退化的重要原因之一。为获得软水环境下水泥净浆的钙溶蚀过程, 首先, 基于Fick定律及质量守恒定律, 利用钙溶蚀过程中材料骨架内固体钙含量和孔溶液中钙离子浓度之间的化学平衡关系及Newton边界条件, 建立软水环境下水泥净浆的钙溶蚀模型, 并通过有限差分法, 对该模型进行数值求解; 其次, 进行不同水灰比的水泥净浆试件在6M NH₄Cl溶液中的加速钙溶蚀试验, 测定该溶液中各水泥净浆试件在不同溶蚀时间的钙硅比与孔隙率, 并将所建立模型的计算结果与实测结果进行对比分析, 验证模型的合理性; 最后, 利用验证后的钙溶蚀模型, 数值分析了环境水侵蚀下水泥净浆薄板孔溶液中钙离子浓度、固体钙含量及孔隙率的时空分布规律。结果表明, 模型的计算结果与试验测试结果基本一致; 溶蚀前期, 试件中固体钙含量下降速度和孔隙率增加速率均较大, 溶蚀后期, 试件固体钙溶蚀速率和孔隙率的增加速率逐渐减小。     

氯离子掺量对硅酸盐水泥和复合水泥浆体流变性能的影响

为实现海砂的直接使用,对不同氯离子掺量对PⅡ水泥和复合水泥在标准稠度用水量、凝结时间和流变性能的影响进行研究。结果表明:随着氯离子含量的增加,PⅡ水泥的标准稠度用水量上升,复合水泥的标准稠度用水量下降;PⅡ水泥和复合水泥浆体均出现促凝现象;PⅡ水泥和复合水泥浆体均属于宾汉姆模型,相关性良好;氯离子对复合水泥浆体的影响较大且其流变参数均大于PⅡ水泥,在水灰比一样的条件下,复合水泥浆体的工作性能较差。     

腐蚀介质对硬化水泥浆体溶蚀特性的影响

为了获得腐蚀介质对水泥浆体溶蚀特性的影响规律, 采用去离子水和6 M NH₄Cl溶液作为腐蚀介质, 分别开展室温(25 ℃)环境下水灰比为0.45的硬化水泥净浆薄片试件的常规和加速溶蚀, 并通过饱水干燥称重法、扫描电子显微镜(SEM/EDS)、X射线衍射法(XRD)等测试, 分析了2种腐蚀介质中硬化水泥浆体的孔隙率、钙硅比及其物相组成和微结构的演变规律。结果表明, 在25 ℃室温环境下, 同去离子水相比, 氯化铵溶液中水泥净浆试件孔隙率增加和钙硅比降低的速率均显著提高, 而氯化铵溶液中溶蚀9 d后的试件微观形貌与去离子水浸泡360 d的微结构形貌基本一致, 且溶蚀后的物相组成也基本相同; 氯化铵溶液显著提高了硬化水泥浆体的溶蚀进程, 并可较短的时间内获得其溶蚀特性, 但并未改变溶蚀过程中硬化水泥浆体的物相组成和微结构特性, 可作为混凝土等水泥基材料的加速溶蚀介质。     

不同硬化水泥浆体中Cl^—扩散的研究

本文采用“扩散槽法”实测了不同硬化水泥浆体中的Ｃｌ＾－扩散量，基于扩散动力学原理计算得到不同水泥的有效扩散系数Ｄｅ，研究了温度及水灰比相同条件下，水泥中矿渣含量及粉煤灰品质对Ｃｌ＾－扩散作用的影响。结果表明，矿渣的参入能有效抑制Ｃｌ％－扩散，粉煤灰品质对有效扩散系数有显著影响。     

硫酸铵腐蚀混凝土性能劣化时变规律及预测

通过在5%浓度硫酸铵溶液中长期浸泡,对不同水灰比、不同浆骨比、不同粉煤灰掺量的混凝土试件进行腐蚀试验研究,得到0~120 d腐蚀龄期下试件抗压强度的劣化规律。采用灰色关联分析方法研究了不同因素对混凝土抗压强度影响的显著程度,通过构建GM(1,1)预测模型对受硫酸铵腐蚀的混凝土强度劣化规律及服役寿命进行预测。结果表明:水灰比0.4、浆骨比0.28和粉煤灰掺量10%的受腐蚀混凝土抗腐蚀性能较强,随水灰比、浆骨比和粉煤灰掺量比例增大,抗压强度降幅明显。构建的GM(1,1)预测模型具有较高的精度,运用该模型在预测受腐蚀混凝土的寿命中,粉煤灰掺量10%、水灰比0.4及浆骨比0.28的受腐蚀混凝土分别比其它影响因素相同下的受腐蚀混凝土增加247%,125%,74%。     

不同水灰比条件下碳酸钙晶须对水泥净浆收缩性能的影响

为探究碳酸钙晶须对水泥净浆收缩性能的影响,分别测试了3种水灰比试样在不同龄期的干燥收缩、化学收缩和自收缩,并采用X射线衍射(XRD)和压汞法(MIP)分别分析了自收缩试样的物相和孔隙结构变化特性。结果表明:碳酸钙晶须在水泥基体中具有吸附和转移自由水的特性；在不同水灰比条件下,碳酸钙晶须对干燥收缩的影响不同,且影响程度与其掺量呈正相关关系；化学收缩随碳酸钙晶须掺量呈先升后降的变化趋势；碳酸钙晶须对自收缩具有明显的改善作用,尤其是早期自收缩,且水灰比的提高使碳酸钙晶须对早期自收缩的改善效果更加显著；碳酸钙晶须细化了孔隙结构,且未生成新的水化产物。