温湿度变化对水泥石微结构形成过程的影响及改善机制

摘要

混凝土作为重要建筑材料被广泛运用于世界各地的基础建设中，养护过程中温度与湿度变化对水泥石的结构形成与力学性能发展历程具有重要影响。以标养条件下水泥石及混凝土性能来判断其在实际环境中服役性能并不准确，而目前所开展相关研究中多为恒定高温或低温养护，与实际环境温湿度变化相差较大。本文基于实际环境选取其中较为典型的南海地区夏季温湿度变化和大体积混凝土内部温湿度变化，研究其对水泥石结构与性能的影响；针对温湿度变化对水泥石结构与性能的不利影响，研究掺加粉煤灰或纳米碳材料对其改善效果，主要工作和取得的结论有：
　　模拟出南海地区夏季温湿度变化和大体积混凝土内部温湿度变化，研究其对水泥水化进程及微结构影响，其中高温均会促进早期水泥水化，提高水泥石早期抗压强度、氢氧化钙含量和C-S-H凝胶平均链长。但两者均对水泥石后期微结构和强度发展产生不良影响，使得28d抗压强度较标准养护样品低，前期水化速率越快，后期不良影响越强。主要原因是早期快速水化形成的致密外部水化产物分布不均匀，阻碍后期水分和离子迁移，而且早期快速形成包裹在水泥颗粒周围的致密内部水化产物会阻碍水泥颗粒与水分接触，同样不利于后期水化进行，使得疏松区域结构发展缓慢甚至更为劣化，导致28d孔隙率升高，抗压强度发展缓慢。
　　粉煤灰对南海地区夏季温湿度变化和大体积混凝土内部温湿度变化下水泥石性能与微结构热损伤均具有一定改善效果，主要原因是粉煤灰早期水化程度较低，能减缓水泥石早期整体结构形成速率，使得水化产物有足够的时间和空间从水泥颗粒表面溶解析出而进入到水泥颗粒间隙间，随着龄期发展形成更为致密的整体结构，掺粉煤灰样品较水泥净浆样品后期孔隙率值均有所减小。但粉煤灰的火山灰反应受温度影响较大，在南海地区夏季环境下其水化主要在7d之后进行，对后期强度增长贡献较大。而在大体积混凝土内部时，粉煤灰的水化主要在7d内进行，对早期强度增长贡献较大，而7d之后粉煤灰水化速率减缓，对后期强度增长贡献较小。
　　掺入氧化石墨烯和碳纳米管对南海地区夏季温湿度变化和大体积混凝土内部温湿度变化下水泥石性能与微结构热损伤均具有一定改善效果，其中以碳纳米管效果更好。主要原因是氧化石墨烯可调控水泥水化产物的晶体形态，使得在密实区域形成较为规律的棒状和柱状水化产物，在疏松区域形成花型水化产物，填充在水泥石孔隙间，起到密实水泥石基体结构的作用，最终使得水泥石28d孔隙率下降，抗压强度提高。而碳纳米管在水泥基体中分散均匀时穿插在水泥水化产物之间起到“缝合”作用，将水泥水化产物紧密结合在一起。而且碳纳米管填充在水泥基体间，在纳米尺度上密实水泥石基体结构。最终使得掺碳纳米管样品28d孔隙率值较净浆样品小，抗压强度较净浆样品有所增加。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 温度和湿度对水泥水化进程影响

1.3 国内外研究研究现状

1.4 存在的问题

1.5 研究目的及研究内容

1.6 研究方法和技术路线

第二章 原材料及试验方法

2.1 原材料

2.2 试验仪器

2.3 样品制备

2.4 测试方法

第三章 温湿度变化对水泥水化进程及微结构影响

3.1 南海地区夏季温湿度变化对水泥水化进程及微结构影响

3.2 大体积混凝土内部温湿度变化对水泥水化进程及微结构影响

3.3 小结

第四章 粉煤灰对水泥石微结构热损伤改善研究

4.1 引言

4.2 粉煤灰对南海地区夏季环境中水泥石结构热损伤改善研究

4.3 粉煤灰对大体积混凝土内部水泥石结构热损伤改善研究

4.4 小结

第五章 纳米材料对水泥石微结构热损伤改善研究

5.1 引言

5.2 纳米材料对南海地区夏季环境中水泥石结构热损伤改善研究

5.3 纳米材料对大体积混凝土内部水泥石结构热损伤改善研究

5.4小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文、专利及参加科研情况