硬化水泥浆体气体渗透特征研究

渗透性直接决定了有害物质在混凝土等水泥基材料中的传输速度,是影响混凝土耐久性的关键指标。基于水泥浆体三维孔隙结构和压汞试验数据,分别采用Katz-Thompson方程和格子Boltzmann方法模拟计算水泥浆体试样的渗透率,并与气体渗透测试结果进行对比,其结果表明:硬化水泥净浆气体渗透率测试结果为3.82×10^-18~7.29×10^-18 m²;Katz-Thompson方程的预测结果仅具有数量级的准确度,不能真实准确地预测水泥浆体孔隙结构的渗透率;格子Boltzmann方法能够准确地预测水泥浆体的本质渗透率,为4.88×10^-19~15.48×10^-19 m²;气体渗透测试结果比模拟结果高约2~10倍,表明水泥浆体中毛细孔依然是渗透的主要路径,而气孔和微裂缝仅在局部起到了提高气体渗透率的作用。     

水泥基材料气体渗透性研究进展

综述了水泥基材料气体渗透机理、渗透性测试原理与方法以及气体渗透性的预测模型。气体在水泥基孔隙材料中的渗流过程包括粘性流动、边界滑流以及Knudsen扩散。水泥基材料的透气性测试分为常压流量法、变压流量法以及变压压力法。水泥基材料通过物理孔隙结构和孔隙含水率影响气体渗透性。现有文献表明:气体渗流规律缺少关于对纳米尺度上Knudsen扩散对整体渗流总体贡献的定量研究,使气体渗透性与材料微观结构的模型的适用性受到影响;常压流量法物理原理明确,是实验室测量气体渗透性的标准方法,其他方法需要与之比对来确定其有效性;水泥基材料孔隙结构影响气体渗透性的关键参数是孔隙率和渗流特征尺寸,相关模型对水泥净浆适用性较好,但对砂浆和混凝土较差;水泥基材料孔隙含水率与气体渗透性的关系可通过Van-Genuchten-Mualem模型来表达,但模型参数离散性较大。     

微纳多孔结构中稀薄气体流动渗透率的解析型预测模型

针对多孔结构内气体表观渗透率受稀薄效应的影响而显著高于其固有渗透率的现象,从孔隙尺度流线的几何拓扑特性出发,提出了利用固有渗透率、孔隙率、弯曲度和收缩-扩张因子来表示多孔结构的有效孔隙尺寸的方法,并将该有效孔隙尺寸与经典的稀薄气体管道流动模型相结合,理论推导出一种新的多孔结构稀薄气体渗透率模型。利用该模型,可以在孔隙几何结构和物性状态已知的条件下对气体的表观渗透率进行预测。随后,通过高精度的直接模拟Monte Carlo方法(DSMC)对提出模型的准确性进行验证。通过对Knudsen数在0.01~10范围、孔隙率在0.17~0.90范围、不同气体工质以及多种有序性孔隙形式下的气体流动过程进行数值模拟表明,所提出的理论模型与模拟数据的平均偏差小于10%。     

微纳多孔结构中稀薄气体流动渗透率的解析型预测模型

针对多孔结构内气体表观渗透率受稀薄效应的影响而显著高于其固有渗透率的现象,从孔隙尺度流线的几何拓扑特性出发,提出了利用固有渗透率、孔隙率、弯曲度和收缩-扩张因子来表示多孔结构的有效孔隙尺寸的方法,并将该有效孔隙尺寸与经典的稀薄气体管道流动模型相结合,理论推导出一种新的多孔结构稀薄气体渗透率模型。利用该模型,可以在孔隙几何结构和物性状态已知的条件下对气体的表观渗透率进行预测。随后,通过高精度的直接模拟Monte Carlo方法(DSMC)对提出模型的准确性进行验证。通过对Knudsen数在0.01~10范围、孔隙率在0.17~0.90范围、不同气体工质以及多种有序性孔隙形式下的气体流动过程进行数值模拟表明,所提出的理论模型与模拟数据的平均偏差小于10%。     

含裂缝水泥基材料的渗透溶蚀及其自愈

研究了含裂缝硬化水泥净浆、砂浆和混凝土试件中的渗透溶蚀过程及其对水泥基材料细观结构的影响.结果表明:在裂缝宽度和水力梯度相近情况下,硬化水泥净浆裂缝试件渗透性最高,而混凝土裂缝试件渗透性最低;在渗透的初始阶段,水泥基材料存在裂缝自愈过程,其中砂浆裂缝试件的自愈作用最大,而硬化水泥净浆裂缝试件的自愈作用最小;水泥基材料的渗透过程会导致硬化水泥浆体中Ca2 的溶出,破坏水泥石细观结构;当渗透速率较小,水泥基材料裂缝表面粗糙容易附着CaCO3晶体时,硬化水泥浆体中溶出的Ca2 可能与溶于水中的CO32-结合形成CaCO3结晶而成为混凝土裂缝自愈的原因之一.     

孔隙结构及饱水度对水泥基材料透气性的影响

以不同砂浆及混凝土试件为研究对象,用比重法、压汞法测试材料孔隙结构,用CEMBUREAU气体渗透法测试不同饱水度下砂浆及混凝土的气体渗透性,研究了渗透系数与孔隙结构之间的关系。结果表明:砂浆材料气体渗透系数与孔隙率φ以及平均孔径D的平方的乘积φD2成线性关系,而混凝土的这一关系不明显;随着饱水度降低,砂浆及混凝土的气体渗透系数增大,增大程度与其孔隙结构有关;利用Van Genuchten-Mualem模型可以很好地表征水泥基材料相对气体渗透系数随饱水度的变化规律。     

压汞后水泥基材料的孔隙结构变化

压汞法是表征水泥基材料孔隙结构最为常用的方法之一,但在高压作用下,水泥基材料的孔隙结构可能发生显著变化。利用XCT研究压汞前后水泥净浆的孔隙结构变化,结果表明:水泥净浆进汞孔隙分布曲线符合5阶段进汞特征;汞能够显著增加孔隙的X射线吸收率,导致压汞前后XCT图像灰度反转;分析显示水泥净浆压汞后孔隙尺寸增加,数量减少,表明材料压汞前后孔隙结构发生改变。结果直接证明了压汞过程对水泥基材料孔隙结构的破坏作用。     

砼研究中的现代纳米技术

在简要介绍砼研究中的现代纳米技术的基础上,分析了水泥基材料中的纳米级孔隙结构,探讨了纳米级孔隙对水泥基材料耐久性的影响。在水泥基材料中加入纳米材料能提高其性能并为其增加某些特殊功能。纳米水泥基材料是未来水泥砼发展的方向,纳米水泥技术是对传统水泥砼材料进行改进的重要途径。     

水泥基材料孔结构与吸水性能关系研究进展

水分子通过各级孔道在水泥基材料内部传输,其流动携裹着侵蚀离子进入材料内部,会对材料性能产生不利影响。为深入了解水泥基材料的孔结构与吸水性能,本文对其相关力学理论研究成果进行了综述;比较了水泥基材料孔的分类方法,分析了孔结构的多种表征技术,介绍了其应用;重点阐述了水泥基材料渗透理论及毛细吸水力学与孔结构参数之间的关系;综述了国内外基于分子动力学理论水泥基材料纳米级孔道模拟的研究现状;对水泥基材料孔结构与吸水性能的关系进行了总结,并对此领域的研究方向进行了展望。     

水泥基渗透结晶型防水涂料力学性能的试验研究

水泥基渗透结晶型防水涂料是一种新型防水涂料,在混凝土中可以形成不溶于水的结晶体,填塞毛细孔道,使混凝土致密、防水,提高混凝土的耐久性。本研究通过正交试验配制水泥基渗透结晶型防水涂料,研究了不同的材料组成对其力学性能的影响,从而为水泥基渗透结晶型防水涂料的研究开发以及产品的优化提供理论依据。