水泥基材料微結構特征與碳化模型關系的研究.pdf

1、碳化是指水泥石內(nèi)的堿性物質與空氣中的CO2在濕度相宜的條件下發(fā)生中和反應的過程。碳化弱化了混凝土對鋼筋的保護作用，加速鋼筋銹蝕，產(chǎn)生體積膨脹，致使混凝土保護層開裂破壞。在設計混凝土建筑時，需要對其服役壽命進行預測，國內(nèi)外眾多學者對此做了大量研究，并建立了相關碳化模型。近年來，在水泥基材料微結構特征方面的研究揭示了微觀機理與宏觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，進而建立了基于微結構特征的碳化模型。然而，目前已有的微結構碳化模型并沒有考慮到水泥基材料完全碳化

2、區(qū)、部分碳化區(qū)對CO2傳輸速率以及碳化反應速率的影響。
　　本文綜合運用熱重(TG)、X射線斷層掃描(X-CT)、核磁共振(NMR)、納米壓痕、物理吸附(BET)和壓汞(MIP)法對水泥凈漿的不同碳化區(qū)微結構特征進行了分析，定量表征了CH、C-S-H、CaCO3等固相組成以及孔隙率、彎折度、飽和度等孔結構參數(shù)隨碳化深度的演變，從而為傳統(tǒng)微結構碳化模型的修正、驗證提供試驗依據(jù)。主要研究成果如下:
　　首先，采用X-CT、TG法

3、研究0.35W/C和0.53W/C凈漿碳化后不同碳化深度的固相物質在灰度和組成方面的差異。結果表明:X-CT法可以測出水泥凈漿碳化之后完全碳化區(qū)、部分碳化區(qū)和未碳化區(qū)的分布，且X-CT與TG試驗測得的完全碳化區(qū)、部分碳化區(qū)范圍基本一致。
　　其次，采用TG、NMR法研究0.35W/C凈漿碳化28天之后不同深度CH和C-S-H的碳化程度，結果表明:不同碳化區(qū)內(nèi)的CH和C-S-H碳化程度不同，完全碳化區(qū)內(nèi)C-S-H的碳化程度高于CH的

4、，部分碳化區(qū)內(nèi)C-S-H的碳化程度小于CH。同時，利用納米壓痕法分析了不同深度固相體積分數(shù)，分析結果也體現(xiàn)了不同碳化深度固相組成的漸變性。由表及里LD C-S-H和HD C-S-HLD的體積分數(shù)逐漸增加，且LD C-S-H碳化速率快于HD C-S-H的碳化速率。
　　再次，采用MIP和BET法研究0.35W/C凈漿碳化28天之后不同深度層孔隙率和孔徑分布，提出了一種可避免單獨采用MIP或BET法測試結果的缺陷，統(tǒng)一計算孔徑概率分布

5、的方法。研究結果表明:不同深度孔結構參數(shù)不同，傳輸性能不同，CO2的擴散系數(shù)大小順序是:完全碳化區(qū)＜部分碳化區(qū)＜未碳化區(qū)。
　　此外，綜合TG、MIP和NMR法研究了0.35W/C和0.53W/C凈漿不同碳化齡期C-S-H平均鏈長與孔隙率之間的關系，提出了一種不依賴于C-S-H的分子式計算C-S-H碳化導致孔隙率變化量的新方法。研究結果還表明:C-S-H碳化引起的體積變化是凈漿孔隙變化的主要因素。在C-S-H碳化程度較低時，C-S