固化態氯離子失穩特性及其對離子傳輸過程的影響

《固化態氯離子失穩特性及其對離子傳輸過程的影響》是依託浙大寧波理工學院，由耿健擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：固化態氯離子失穩特性及其對離子傳輸過程的影響
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：耿健
• 依託單位：浙大寧波理工學院

項目摘要

固化態氯離子的穩定性不但會影響混凝土內部游離態氯離子數量，而且還將影響氯離子在混凝土的內部傳輸，因此對混凝土結構耐久性具有重要影響。本項目擬從研究固化態氯離子在混凝土內部的存在特徵入手，在探明化學結合和物理吸附兩種固化態氯離子形成過程與混凝土的組成材料以及內部微環境（鹼度、溫度）之間的關係，和掌握它們在混凝土內部空間分布特徵，及依時變化規律的基礎上，弄清化學結合和物理吸附兩種固化態氯離子穩定性變化規律，提出固化態氯離子失穩的BP網路預測模型，揭示其失穩機理。並通過研究固化態氯離子失穩後混凝土內部游離態氯離子的空間分布特徵，分析其對氯離子傳輸過程的影響，掌握該條件下混凝土中氯離子的遷移特徵，闡明固化態氯離子失穩後在混凝土內部的傳輸機理，最終建立考慮到固化態氯離子失穩的氯離子傳輸方程及混凝土結構壽命預測方法。本項目的研究成果可為混凝土結構耐久性的研究與設計提供新理論和新方法。

結題摘要

研究氯離子固化問題不應僅僅關注固化態氯離子的形成過程，還應關注氯離子固化後的穩定性。 基於此，本基金從固化態氯離子存在特徵、固化態氯離子失穩機理，以及固化態氯離子解固後的傳輸特徵三方面入手，開展了固化態氯離子失穩特性及其對離子傳輸過程影響的研究。經過三年的研究工作，課題組按計畫完成了基金計畫書中的各項研究工作，累計發表學術論文5篇，其中2篇分別發表在建築材料研究領域的國際權威期刊《Cement and Concrete Research》和國內權威期刊《矽酸鹽學報》。在固化態氯離子存在特徵研究方面，課題組在礦物摻合料復摻和養護環境等方面取得了一些新的成果，相關結果表明與單摻粉煤灰或礦渣微粉相比，二者復摻對試樣早期氯離子的固化率有明顯提升作用，但後期氯離子固化率與單摻粉煤灰相近，並高於單摻礦渣微粉。同時養護濕度的下降不但會降低混凝土材料固化氯離子的能力，還會削弱礦物摻合料對混凝土材料氯離子固化能力的提升作用。固化態氯離子在碳化和硫酸鹽侵蝕兩種環境下的失穩特徵和失穩機理是本基金的重點研究內容。在碳化環境下，固化態氯離子的解固主要與Friedel鹽和C-S-H凝膠分解有關；Friedel鹽分解所形成的碳鋁酸鹽僅其分解過程中一個過渡性產物，其最終也將因為碳化而分解。硫酸鈉和硫酸鎂侵蝕均會造成固化態氯離子的解固。但是，硫酸鎂侵蝕對固化態氯離子的解固作用要弱於硫酸鈉；前者對固化態氯離子的解固作用主要與Friedel鹽分解有關，而後者對固化態氯離子的解固作用還與C-S-H凝膠分解有關。但是，無論是何種硫酸鹽侵蝕，Friedel鹽分解都是固化態氯離子失穩的最主要原因，其最終分解產物為AFt。儘管粉煤灰和礦渣微粉的使用能提高水泥基材料對氯離子的固化能力。但是，在上述侵蝕環境下，由於鹼度的下降，其對固化態氯離子穩定性均存在負面影響。固化態氯離子解固後的傳輸特徵研究結果表明，由於碳化和硫酸鹽侵蝕對固化態氯離子的解固作用，增加了孔溶液中游離態氯離子數量，從而在試樣內部形成了新的濃度差，在其作用下，氯離子將加速向試樣內部遷移，但其傳輸特徵與自然擴散時相同。在此基礎上，建立了碳化環境下，固化態氯離子失穩後離子傳輸模型，其對該條件下混凝土結構耐久性壽命預測具有一定的理論指導意義。