《水工混凝土納米粒子結構參數多樣性研究及性能調控》是依託武漢大學，由何真擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水工混凝土納米粒子結構參數多樣性研究及性能調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何真
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
日趨複雜的膠凝材料體系與嚴酷的服役環境對現代水工混凝土提出了更高的性能設計要求，傳統經驗/半經驗設計方法已凸顯出其瓶頸；深刻認識並從混凝土最主要水化產物水化矽酸鈣(C-S-H)獲取調控信息是解決這一問題的關鍵。本項目從C-S-H基本結構出發，採用高精度物相結構綜合分析技術和基於自由體系的分子動力學模擬，研究不同膠凝材料體系、溫度、齡期及服役環境下C-S-H組成與結構穩定性；採用XPS和ToF-SIMS聯動、AFM等手段研究C-S-H粒子表面特性和顆粒間相互作用，揭示C-S-H粒子簇生長動力特性與規律，發現納米尺度上結構與性能調控的關鍵信息；同時，採用微觀成像與Matlab、Comsol軟體研究分析水在C-S-H粒子中的動力學特性，為從本質認識混凝土收縮開裂機制提供定量描述；最後，嘗試多種基於C-S-H結構特徵信息的混凝土性能調控方法，為減少混凝土碳足跡和提升混凝土性能提供理論指導。
結題摘要
日趨複雜的膠凝材料體系與嚴酷的服役環境對現代水工混凝土提出了更高的要求，傳統的經驗/半經驗設計方法已凸顯瓶頸。本項目研究主要涵蓋了C-S-H組成與結構的穩定性、C-S-H粒子表面特性與顆粒間的相互作用、水在C-S-H粒子中的動力學特徵與基於C-S-H結構特徵信息的混凝土性能調控四個關鍵問題。在原計畫的基礎上，改進了水化進程測試方法、提出了C-S-H微結構增強技術並開展了基於C-S-H凝膠微結構分析的混凝土耐久性評價等方面的探討。基於連續介質假定，建立了納觀尺度上C-S-H凝膠顆粒間水輸移特性的研究方法。從水化動力學的角度，分析了水泥基材料的水化行為，探索了礦物外加劑存在的情況下，複合膠凝材料體系水化特性表征方法；藉助AFM、NMR技術，得到了礦物外加劑對C-S-H凝膠中Si-O鍵聚合程度、Al取代以及水泥淨漿水化進程的影響；在鹼含量與類型對水泥水化進程、產物堆聚形態、C-S-H凝膠聚合程度以及Al相水化產物的穩定性和相變進程等方面，也進行了系統的試驗與探討，得出鹼會降低了C-S-H凝膠納米顆粒簇間的粘結力，影響水泥石體積穩定性，且K+更容易促進C-S-H凝膠中HD組分的生成，增加“開裂”風險等結論；採用非接觸式阻抗技術和動/靜態流變技術等方法，對C-S-H生長過程中的納微觀環境進行評價，獲得了水化早期的孔結構參數、流變性能參數等評價指標；在此基礎上，通過研發新型的熟料礦物相製備技術、採用早期碳化養護、添加改性吸水樹脂增強等方法，實現了C-S-H微結構和性能的調控與設計。最後，利用對C-S-H凝膠微結構和性能的分析，評價了水泥基材料的耐久性，基本建立了巨觀性能與C-S-H微觀結構之間的聯繫。本項目的研究成果將為改善嚴酷服役環境下混凝土的耐久性提供理論基礎與套用支持。本項目超額完成任務，共發表相關學術論文20篇，其中SCI/EI論文19篇，核心期刊1篇，另外，參加國際/國內會議5次，發表論文5篇。獲得國家發明專利6項。培養博士研究生3名，碩士研究生4名。
