论文题目: 水泥基材料在氯盐环境中的服役行为及机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 管学茂
导师: 姚燕
关键词: 水泥基材料,氯离子,固化,服役行为,混凝土,钢筋锈蚀
文献来源: 中国建筑材料科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 钢筋锈蚀、冻融破坏和侵蚀环境的物理化学作用是导致混凝土失效的主要原因,其中钢筋锈蚀是第一位;而氯离子是引起混凝土中钢筋锈蚀的重要原因,深入研究水泥基材料在氯盐环境中的服役行为及机理,掌握氯离子在水泥基材料中的渗透扩散和固化规律,对于指导混凝土材料的优化设计,提高混凝土的耐久性有重要意义。 本文采用电化学方法、SEM-EDS分析和压汞法系统的研究高性能水泥基材料在氯盐+应力、氯盐+冻融和氯盐+应力+冻融等多因素协同作用下的氯离子渗透性能和钢筋锈蚀及其机理;运用灰色理论、化学分析、微观测试等理论和方法系统深入的研究水泥基材料固化外渗氯离子的性能及机理,论文重点研究了水泥的矿物组成、矿物外加剂的种类和掺量、服役环境与固化氯离子的性能关系及其机理;论文还运用人工神经网络技术建立预测水泥基材料的氯离子渗透和固化性能模型。 论文通过对混凝土的氯离子渗透性能和孔结构进行深入研究表明,煤矸石、粉煤灰等矿物外加剂能够提高水泥基材料抗渗性,降低氯离子渗透扩散速度,且随着水化龄期的延长它们提高水泥基材料抗渗性的效果更加显著,其中煤矸石改善水泥基材料的孔结构,降低渗透性效果好于粉煤灰。水泥基材料在多因素协同作用下,氯离子的渗透速率提高,渗透深度加大,多因素协同作用对提高水泥基材料氯离子渗透性的作用大小依次是氯盐+冻融+应力>氯盐+冻融>氯盐+应力>氯盐。水泥基材料界面区的氯元素分布测试表明,掺入煤矸石的水泥基材料在骨料与浆体界面区氯元素的含量少,没有氯元素富集现象;掺粉煤灰的水泥基材料在界面区氯元素含量较多;硅酸盐混凝土界面区氯离子的含量最大,有氯离子富集现象。 运用灰色理论分析水泥矿物与其固化氯离子能力的关联度,研究表明水泥固化氯离子的能力与各矿物组成的关联度从大到小依次是C3A、C3S、C4AF和C2S;论文建立了矿物外加剂固化氯离子的效应评价方法与指标体系,能够定量的反映出水泥和矿物外加剂各自的贡献大小,指导材料组成优化设计;煤矸石能够提高
论文目录:
1 绪论
1.1 研究的意义
1.2 氯离子对混凝土耐久性的危害
1.2.1 氯盐诱发混凝土中的钢筋锈蚀
1.2.2 混凝土中氯离子的临界值
1.3 混凝土的氯离子渗透与扩散性能
1.4 混凝土材料固化氯离子的性能研究
1.4.1 氯离子的固化性能
1.4.2 影响氯离子固化的因素
1.5 本文研究内容
2.原材料与试验方法
2.1 原材料
2.1.1 水泥
2.1.2 矿物外加剂
2.1.3 骨料
2.2 氯离子渗透与扩散性能的测试
2.2.1 混凝土的渗透性
2.2.2 氯离子的渗透深度测试
2.3 氯离子固化能力的测定
2.3.1 试样制备
2.3.2 试样中总氯离子含量测试
2.3.3 水泥基材料固化氯离子能力的测试
2.4 钢筋锈蚀的测试方法
2.4.1 半电池电位试验方法及判读标准
2.4.2 线性极化方法
2.4.3 电流阶跃法
2.4.4 恒电位方波的测量
2.5 微观结构测试
3.氯离子的渗透与扩散性能研究
3.1 混凝土渗透性的电学评价
3.1.1 ASTMC1202方法测试结果与分析
3.1.2 NEL方法的测试结果与分析
3.2 孔结构的测试
3.3 多因素协同作用下的混凝土渗透性
3.3.1 实验设计
3.3.2 单因素作用的氯离子渗透性
3.3.3 氯盐和应力协同作用
3.3.4 氯盐和冻融循环协同作用
3.3.5 氯盐+冻融循环+应力三因素协同作用
3.4 微观分析
3.4.1 能谱分析
3.4.2 孔结构分析
3.4.3 混凝土界面区的氯离子分布规律
4 水泥基材料固化氯离子的能力及机理研究
4.1 实验设计
4.1.1 研究内容
4.1.2 水泥基材料固化能力测试时间
4.2 水泥矿物组成的影响
4.2.1 水泥的氯离子固化能力方程
4.2.2 水泥组成与其固化氯离子能力的灰色理论分析
4.3 矿物外加剂固化氯离子的效应评价指标
4.4 煤矸石的影响
4.4.1 固化能测试与分析
4.4.2 微观测试与分析
4.5 粉煤灰的影响
4.6 矿渣的影响
4.7 矿物外加剂种类的影响
4.8 环境因素的影响
4.8.1 温度的影响
4.8.2 氯盐阳离子类型的影响
4.8.3 硫酸根离子浓度的影响
4.8.4 溶液pH的影响
4.8.5 水灰比的影响
5 Matlab神经网模型预测水泥基材料性能的研究
5.1 神经网络技术
5.1.1 MATLAB与它的神经网络工具箱
5.1.2 BP算法
5.1.3 人工神经网络与回归分析的比较
5.1.4 神经网络建模时的几点注意事项
5.2 建立氯离子固化量和渗透深度的人工神经网络模型
5.2.1 BP网络参数分析
5.2.2 BP网络的建立
5.3 氯离子固化量预测模型
5.3.1 模型的训练结果
5.3.2 氯离子固化能力的神经网络模型的预测
5.4 氯离子渗透深度预测
5.4.1 氯离子渗透深度预测模型训练
5.4.2 氯离子渗透深度预测
6 多因素协同作用的混凝土钢筋锈蚀研究
6.1 试验设计
6.2 电化学方法测试仪分析
6.3 钢筋混凝土试块的电阻
6.4 氯盐侵蚀下的钢筋混凝土锈蚀
6.5 氯盐和应力协同作用
6.6 氯盐侵蚀和冻融循环协同作用
6.7 氯盐侵蚀+冻融循环+弯曲应力协同作用
7 结论与展望
参考文献
附录一 MATLAB神经网络程序使用说明
附录二 博士后期间发表的论文及成果
致谢
声明
发布时间: 2006-01-04
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