納米混凝土氯離子擴散特性與預測方法結題摘要

本項目面向長壽命土木工程結構的材料科學問題，充分利用納米材料和增強纖維的納/微多尺度效應和空間結構特征，研究納米混凝土力學與耐久性及其機理。主要包括納米混凝土的制備方法、配合比、基本物理力學性能,納米混凝土氯離子擴散特性與機制的基礎理論，針對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散規(guī)律及其機理和預測模型。 通過本項目研究，（1）得到了納米混凝土的基本力學性能及其影響因素，揭示了納米材料對混凝土微觀結構及其宏觀性能的調(diào)控機制，發(fā)現(xiàn)了納米材料對水泥水化產(chǎn)物擴散的驅(qū)動作用可以使水化產(chǎn)物分布更為均勻，晶體納米材料對C-S-H凝膠具有很強的結晶化作用，納米材料鄰近區(qū)域存在明顯共晶區(qū)，分析了納米材料對混凝土微觀結構調(diào)控機制與機理；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散特性及其影響因素，發(fā)現(xiàn)了納米材料改性效應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)的氯離子擴散系數(shù)、孔隙特征與水灰比之間的關系；發(fā)展了基于配合比的砂漿和混凝土擴散系數(shù)數(shù)值計算方法。（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驗的沖刷速度和溫度相似比關系，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；通過分子動力學模擬研究水壓對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散系數(shù)；建立了基于動態(tài)擴散邊界和擴散系數(shù)的沖刷作用下納米混凝土氯離子擴散分布數(shù)值計算方法。 本項目研究將豐富和發(fā)展混凝土科學及其耐久性理論，為土木工程結構全壽命設計理論的發(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對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散特性與改性機理，并針對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散規(guī)律、機理和預測方法。首先，利用四足氧化鋅空間結構特征，研究四足氧化鋅和納米TiO2復摻的納米混凝土制備工藝、配合比與力學性能；其次，研究納米混凝土氯離子擴散特性及基于有效擴散通道模擬的擴散系數(shù)計算方法，提出其改性機理及評價方法；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，建立磨蝕深度預測模型；最后，研究納米混凝土沖刷作用下氯離子擴散特性及其加速試驗匹配準則，建立納米混凝土沖刷作用下氯離子擴散數(shù)值計算方法，發(fā)展納米混凝土沖刷作用下氯離子擴散預測模型，考察納米混凝土對鋼筋銹蝕的防護作用。本項目研究將豐富和發(fā)展混凝土科學，并為納米混凝土結構鋼筋銹蝕預測、耐久性分析和全壽命設計理論奠定基礎，具有重要的科學意義和實用價值。

氯鹽環(huán)境中工作的鋼筋混凝土結構，氯離子侵入是誘發(fā)鋼筋銹蝕的主要原因?；炷林械穆入x子擴散和臨界氯離子濃度研究對確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構的安全運行、準確預測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。項目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構使用壽命最為關鍵的氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對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層次，研究了溶液組成對氯離子擴散系數(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、礦物外加劑對提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構使用壽命的作用，研究內(nèi)容包括離子相互作用對氯離子擴散的影響、常見離子種類和濃度對氯離子擴散的影響、考慮溶液組成影響的氯離子擴散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、溶液組成對氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結構使用壽命的新方法。項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無損綜合判別方法，阻銹劑、氯離子來源和礦物外加劑對混凝土中鋼筋腐蝕臨界氯離子濃度的影響規(guī)律，結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，溶液成份對氯離子擴散遷移特性的影響規(guī)律等方面取得了創(chuàng)新成果。項目揭示了溶液組成對混凝土中氯離子擴散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機理，為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構設計和安全度分析提供了科學依據(jù)。項目共發(fā)表論文42篇，其中SCI收錄論文11篇，EI收錄論文12篇，申請發(fā)明專利5項，培養(yǎng)博士4名，碩士4名。 2100433B

研究混凝土中的氯離子擴散和臨界氯離子濃度對確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構的安全運行、準確預測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構使用壽命最為關鍵的氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對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層次，系統(tǒng)研究疲勞作用對氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計算模型，探索提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構使用壽命的新方法，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氯離子擴散的影響及其敏感性、考慮疲勞作用影響的氯離子擴散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、疲勞作用對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構使用壽命的新方法。本項目旨在揭示疲勞作用對混凝土中氯離子擴散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機理，為氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結構的設計和安全度分析提供科學依據(jù)。

混凝土中的氯離子擴散和臨界氯離子濃度研究對確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構的安全運行、準確預測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構使用壽命最為關鍵的氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對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層次，系統(tǒng)研究溶液組成對氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計算模型，探索提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構使用壽命的新方法，內(nèi)容包括離子相互作用對氯離子擴散的影響、常見離子種類和濃度對氯離子擴散影響的敏感性、考慮溶液組成影響的氯離子擴散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、溶液組成對氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結構使用壽命的新方法。本項目旨在揭示溶液組成對混凝土中氯離子擴散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機理，為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結構設計和安全度分析提供科學依據(jù)。