納米混凝土氯離子擴(kuò)散特性與預(yù)測方法

本項(xiàng)目面向長壽命土木工程結(jié)構(gòu)的材料科學(xué)問題，充分利用納米材料和增強(qiáng)纖維的納/微多尺度效應(yīng)和空間結(jié)構(gòu)特征，研究納米混凝土力學(xué)與耐久性及其機(jī)理。主要包括納米混凝土的制備方法、配合比、基本物理力學(xué)性能,納米混凝土氯離子擴(kuò)散特性與機(jī)制的基礎(chǔ)理論，針對(duì)沖刷與氯離子侵蝕共同作用服役環(huán)境的納米混凝土沖刷磨蝕特性、沖刷作用下氯離子擴(kuò)散規(guī)律及其機(jī)理和預(yù)測模型。 通過本項(xiàng)目研究，（1）得到了納米混凝土的基本力學(xué)性能及其影響因素，揭示了納米材料對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)及其宏觀性能的調(diào)控機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了納米材料對(duì)水泥水化產(chǎn)物擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)作用可以使水化產(chǎn)物分布更為均勻，晶體納米材料對(duì)C-S-H凝膠具有很強(qiáng)的結(jié)晶化作用，納米材料鄰近區(qū)域存在明顯共晶區(qū)，分析了納米材料對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制與機(jī)理；確定了納米材料優(yōu)化摻量和制備工藝。（2）得到了納米混凝土氯離子擴(kuò)散特性及其影響因素，發(fā)現(xiàn)了納米材料改性效應(yīng)隨水灰比減小而增大的特征；建立了納米砂漿、混凝土、粗骨料界面區(qū)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)、孔隙特征與水灰比之間的關(guān)系；發(fā)展了基于配合比的砂漿和混凝土擴(kuò)散系數(shù)數(shù)值計(jì)算方法。（3）得到了納米混凝土沖刷磨蝕特性及其影響因素；確定了沖刷和氯離子滲透同步加速實(shí)驗(yàn)的沖刷速度和溫度相似比關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了沖刷和氯離子侵蝕的耦合加速劣化作用與規(guī)律；通過分子動(dòng)力學(xué)模擬研究水壓對(duì)不同尺寸孔隙流通性和臨界有效孔徑的影響規(guī)律，得到了不同水壓下的擴(kuò)散系數(shù)；建立了基于動(dòng)態(tài)擴(kuò)散邊界和擴(kuò)散系數(shù)的沖刷作用下納米混凝土氯離子擴(kuò)散分布數(shù)值計(jì)算方法。 本項(xiàng)目研究將豐富和發(fā)展混凝土科學(xué)及其耐久性理論，為土木工程結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)理論的發(fā)展提供高性能材料及其理論模型。 2100433B

面向重大土木工程建設(shè)對(duì)高耐久性混凝土的需求，研究高性能納米混凝土及其氯離子擴(kuò)散特性與改性機(jī)理，并針對(duì)沖刷與氯離子侵蝕共同作用服役環(huán)境，研究其沖刷作用下氯離子擴(kuò)散規(guī)律、機(jī)理和預(yù)測方法。首先，利用四足氧化鋅空間結(jié)構(gòu)特征，研究四足氧化鋅和納米TiO2復(fù)摻的納米混凝土制備工藝、配合比與力學(xué)性能；其次，研究納米混凝土氯離子擴(kuò)散特性及基于有效擴(kuò)散通道模擬的擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算方法，提出其改性機(jī)理及評(píng)價(jià)方法；再次，研究納米混凝土沖刷磨蝕特性和磨蝕面形貌演化模擬方法，建立磨蝕深度預(yù)測模型；最后，研究納米混凝土沖刷作用下氯離子擴(kuò)散特性及其加速試驗(yàn)匹配準(zhǔn)則，建立納米混凝土沖刷作用下氯離子擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算方法，發(fā)展納米混凝土沖刷作用下氯離子擴(kuò)散預(yù)測模型，考察納米混凝土對(duì)鋼筋銹蝕的防護(hù)作用。本項(xiàng)目研究將豐富和發(fā)展混凝土科學(xué)，并為納米混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕預(yù)測、耐久性分析和全壽命設(shè)計(jì)理論奠定基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

氯鹽環(huán)境中工作的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，氯離子侵入是誘發(fā)鋼筋銹蝕的主要原因。混凝土中的氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度研究對(duì)確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、準(zhǔn)確預(yù)測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。項(xiàng)目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關(guān)鍵的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對(duì)影響較大而研究又較少的溶液組成這一因素，分模擬溶液和混凝土兩個(gè)層次，研究了溶液組成對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、規(guī)律和測試方法，探索了阻銹劑、礦物外加劑對(duì)提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的作用，研究內(nèi)容包括離子相互作用對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響、常見離子種類和濃度對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響、考慮溶液組成影響的氯離子擴(kuò)散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、溶液組成對(duì)氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法。項(xiàng)目在與混凝土中鋼筋腐蝕發(fā)生的自然屬性相一致的鋼筋活性腐蝕的起始臨界點(diǎn)無損綜合判別方法，阻銹劑、氯離子來源和礦物外加劑對(duì)混凝土中鋼筋腐蝕臨界氯離子濃度的影響規(guī)律，結(jié)合氯離子參與混凝土中鋼筋的腐蝕過程，混凝土中鋼筋腐蝕臨界氯離子濃度的表示方法，溶液成份對(duì)氯離子擴(kuò)散遷移特性的影響規(guī)律等方面取得了創(chuàng)新成果。項(xiàng)目揭示了溶液組成對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機(jī)理，為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全度分析提供了科學(xué)依據(jù)。項(xiàng)目共發(fā)表論文42篇，其中SCI收錄論文11篇，EI收錄論文12篇，申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)，培養(yǎng)博士4名，碩士4名。 2100433B

研究混凝土中的氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度對(duì)確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、準(zhǔn)確預(yù)測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項(xiàng)目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關(guān)鍵的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對(duì)影響較大而研究又少的疲勞作用這一因素，分模擬溶液和混凝土兩個(gè)層次，系統(tǒng)研究疲勞作用對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計(jì)算模型，探索提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法，內(nèi)容包括混凝土的疲勞損傷、疲勞作用荷載形式和損傷程度對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響及其敏感性、考慮疲勞作用影響的氯離子擴(kuò)散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、疲勞作用對(duì)氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法。本項(xiàng)目旨在揭示疲勞作用對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機(jī)理，為氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安全度分析提供科學(xué)依據(jù)。

混凝土中的氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度研究對(duì)確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、準(zhǔn)確預(yù)測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項(xiàng)目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關(guān)鍵的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對(duì)影響較大而研究又較少的溶液組成這一因素，分模擬溶液和混凝土兩個(gè)層次，系統(tǒng)研究溶液組成對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計(jì)算模型，探索提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法，內(nèi)容包括離子相互作用對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響、常見離子種類和濃度對(duì)氯離子擴(kuò)散影響的敏感性、考慮溶液組成影響的氯離子擴(kuò)散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、溶液組成對(duì)氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法。本項(xiàng)目旨在揭示溶液組成對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機(jī)理，為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全度分析提供科學(xué)依據(jù)。