水泥石干燥收縮微觀機(jī)理的深度研究

本項(xiàng)目旨在更加深入地揭示水泥石的干燥收縮本質(zhì)及其控制技術(shù)。通過熟料替代水泥、各種干燥技術(shù)相結(jié)合、高溫煅燒后的絕干重量替代初始重量作為重量損失基準(zhǔn)、在壓汞試驗(yàn)中加入汞釋放、循環(huán)壓放汞、梯度循環(huán)壓汞、飽和溶液真空干燥和梯度干燥等宏微觀實(shí)驗(yàn)技術(shù)改造，結(jié)合氮吸附、綜合熱分析、核磁共振、SEM、XRD等現(xiàn)代微觀測試技術(shù)，圍繞以重量損失為主要特征的“水”和以孔隙體積為主要特征的“孔”建立兩個核心實(shí)驗(yàn)體系，完成大量試驗(yàn)任務(wù)，在眾多宏微觀試驗(yàn)結(jié)果間建立了較好的數(shù)據(jù)聯(lián)系，特別是打通了“水”體系試驗(yàn)結(jié)果和“孔”體系試驗(yàn)結(jié)果之間的定量關(guān)系，從而形成了對水泥石的干燥收縮過程及其機(jī)理更加深入、細(xì)致的分析與認(rèn)識，進(jìn)一步深入地揭示了其發(fā)生機(jī)制和本質(zhì)規(guī)律。取得如下研究成果：①不同濕度條件下的干燥和梯度干燥試驗(yàn)與分析結(jié)果表明，干燥過程中，水泥石的水是按次序分批蒸發(fā)的，水的能量、數(shù)量與環(huán)境相對濕度具有定量對應(yīng)關(guān)系。改變水的狀態(tài)最有效的是化學(xué)外加劑，特別是減水劑和減縮劑，礦物外加劑也能明顯改變水的狀態(tài)；②通過壓汞、退汞、多次循環(huán)壓汞、梯度循環(huán)壓汞、氮吸附等方法，建立了孔體積與干燥過程中水分蒸發(fā)量的對應(yīng)關(guān)系，打通了“水”體系和“孔”體系之間的定量關(guān)系，初步掌握了水泥石中墨水瓶孔的演變規(guī)律及其對干燥收縮性能的影響規(guī)律；③通過飽和面干、105℃烘干（部分結(jié)果還包含凍干、真空105℃干燥）、1050℃煅燒三個重量基準(zhǔn)，全面打通宏觀數(shù)據(jù)之間，宏觀數(shù)據(jù)與微觀數(shù)據(jù)（如壓汞、氮吸附、綜合熱分析等）之間的定量關(guān)系；④提出了利用水泥石硅酸根聚合度測定結(jié)果計(jì)算水泥石C-S-H含量和凝膠孔孔隙率的公式；⑤建立了包含水灰比、養(yǎng)護(hù)溫度、水泥細(xì)度、齡期（水化程度）、相對濕度、干燥時間、減水劑、礦物外加劑、減縮劑等影響水泥石干縮性能的重要因素的收縮方程。以上研究結(jié)果具有重要科學(xué)意義和實(shí)踐價(jià)值。

本項(xiàng)目為前一已結(jié)題基金項(xiàng)目的再深化，在已積累大量研究結(jié)果和較好研究經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)入水泥石干燥收縮微觀機(jī)理的深度研究。通過熟料替代水泥、高溫煅燒后的絕干重量替代初始重量作為重量損失基準(zhǔn)、在壓汞試驗(yàn)中加入汞釋放、循環(huán)壓放汞、飽和溶液真空干燥和梯度干燥等實(shí)驗(yàn)技術(shù)改造，校正現(xiàn)有研究結(jié)果，結(jié)合氮吸附、綜合熱分析、核磁共振、納米壓痕等現(xiàn)代微觀測試技術(shù)，圍繞以重量損失為主要特征的水和以孔隙體積為主要特征的孔建立兩個核心實(shí)驗(yàn)體系，完成水泥石中水狀態(tài)、孔結(jié)構(gòu)、比表面積、固相表面張力、分離壓力測定等這些目前尚被公認(rèn)為有較大難度或準(zhǔn)確度不足的微觀實(shí)驗(yàn)，打通水體系試驗(yàn)結(jié)果和孔體系試驗(yàn)結(jié)果之間的定量關(guān)系，在四個傳統(tǒng)干燥收縮機(jī)理上，建立一個同時涵蓋毛細(xì)管張力、表面張力、分離壓力、層間結(jié)合力等作用的復(fù)合型干燥收縮微觀機(jī)理模型及其理論體系和計(jì)算方法，從而更完整、更準(zhǔn)確地揭示水泥石的干燥收縮本質(zhì)。

《季凍區(qū)路基土凍脹的微觀機(jī)理研究》以吉林省季凍區(qū)路基土為研究對象，利用SEM提取路基土凍脹過程中不同凍結(jié)狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)圖片，并用WD一5專業(yè)分析軟件對圖片進(jìn)行定量分析，比較不同條件下一個凍融循環(huán)過程中微觀結(jié)構(gòu)所發(fā)生的變化，揭示季凍土產(chǎn)生凍脹的微觀本質(zhì)。將微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與凍脹率聯(lián)系起來，建立基于灰色關(guān)聯(lián)分析和粗糙集理論的評價(jià)模型，探討微觀結(jié)構(gòu)對凍脹的影響大小，利用評價(jià)結(jié)果選擇對凍脹影響最有意義的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。

在考慮宏觀條件的基礎(chǔ)上，充分考慮微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立包含對凍脹最有意義微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)凍脹模型，并對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。為建立包含微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的凍脹模型及耦合模型提供了選參依據(jù)。

冷卻水是用量巨大的工業(yè)用水，而常用的水處理劑多為含磷化合物，其排放造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。本項(xiàng)目參照國際上研究發(fā)展易生物降解的水處理劑的成功經(jīng)驗(yàn)，使用原子力顯微鏡等先進(jìn)手段，從測量介觀-.微觀尺度上有機(jī)分子與水垢晶粒表面相互作用出發(fā)，從實(shí)驗(yàn)上和理論上研究阻垢效應(yīng)的微觀機(jī)理，建立開發(fā)綠色處理劑分子設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)程序。