發(fā)布時間：2018-03-13 23:08

  本文選題：水泥基孔隙材料　切入點：多場多離子傳輸　出處：《清華大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水泥基材料在服役條件下受多種環(huán)境作用,孔隙與環(huán)境間的物質(zhì)遷移決定材料長期性能的演變規(guī)律。全面描述水泥基材料中多種離子在多場條件下的遷移過程對準確預(yù)測材料與結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命有重大意義。本文研究目的是建立多場多離子遷移理論模型,準確預(yù)測水泥基材料與結(jié)構(gòu)的長期耐久性。本文首先研究了多場多離子遷移過程理論,討論了發(fā)生在水泥基孔隙材料中的多場環(huán)境、固液平衡和氣液平衡等基本條件。水泥基材料中的多場環(huán)境涉及濃度場、電場、溫度場和濕度場。本文考慮了外加電場和多離子遷移過程產(chǎn)生的局部電場;考慮了固相溶解平衡和離子吸附平衡,采用固溶體理論描述了CH和C-S-H的溶解平衡;利用化學(xué)勢和力學(xué)平衡關(guān)系建立了水蒸氣與孔隙水、孔隙氣相與液相的平衡條件。本文然后在多場多離子遷移理論基礎(chǔ)上,建立了全面考慮熱量、濕度、多離子耦合傳輸?shù)亩鄨龆嚯x子(THI)數(shù)值模型,并考慮了放射性核素離子的遷移過程及其衰變過程。本文通過水蒸氣等溫吸附實驗、放射性核素吸附實驗以及核素溶液浸泡試驗,研究了水泥基材料的吸附性質(zhì)。采用文獻數(shù)據(jù)分別從溶蝕、氯離子遷移以及核素遷移過程驗證了THI模型的適用性。基于模型研究了膠凝體系和環(huán)境條件對水泥基材料孔隙中的物質(zhì)傳輸過程的影響規(guī)律。研究表明:(1)普通硅酸鹽水泥復(fù)合礦物摻合料后抗溶蝕性能下降,但離子擴散系數(shù)減小,對放射性核素的阻滯作用增大;(2)環(huán)境pH值的升高會有效抑制溶蝕作用和降低核素逸出量;(3)環(huán)境溶液的鹽濃度會影響材料內(nèi)部局部電場分布以及核素遷移過程。本文最后使用THI模型分別完成了對海底沉管隧道120年壽命期內(nèi)的耐久性評估和混凝土高整體容器(HIC)300年壽命期間的安全性評估。沉管隧道耐久性評估表明:溶蝕過程對材料耐久性影響不大,溫度對離子遷移過程的影響遠大于海水壓力的影響,120年期間沉管隧道中鋼筋不會發(fā)生銹蝕。HIC安全性評估表明:溶蝕過程會明顯增大放射性核素的累積逸出量,輻解升溫和壓力積聚都會增大放射性核素逸出量,但溫度影響明顯大于壓力影響,容器壁厚增大對核素的阻抑效果明顯。
[Abstract]:Cement based materials are subjected to a variety of environmental effects under service conditions, Material migration between pores and environment determines the evolution of long-term properties of materials. A comprehensive description of the migration process of multiple ions in cement-based materials under multi-field conditions can accurately predict the durability and service life of materials and structures. The purpose of this paper is to establish a multi-field and multi-ion transport model. The long-term durability of cement-based materials and structures is accurately predicted. In this paper, the theory of multi-field multi-ion migration is studied, and the multi-field environment occurring in cement-based porous materials is discussed. The basic conditions of solid-liquid equilibrium and gas-liquid equilibrium are as follows: the multi-field environment in cement-based materials involves concentration field, electric field, temperature field and humidity field. In this paper, the local electric field produced by the external electric field and the multi-ion migration process is considered. The solid solution equilibrium and ion adsorption equilibrium were considered, the dissolution equilibrium of Ch and C-S-H was described by solid solution theory, and the relationship between water vapor and pore water was established by chemical potential and mechanical equilibrium. The equilibrium condition of pore vapor phase and liquid phase. Based on the theory of multi-field and multi-ion migration, a numerical model of multi-field and multi-ion THIs with heat, humidity and multi-ion coupling transport is established in this paper. The migration process and decay process of radionuclide ions are also considered. In this paper, the isothermal adsorption of water vapor, the adsorption of radionuclides and the immersion of radionuclides in solution are studied. The adsorption properties of cement-based materials were studied. The applicability of THI model was verified by chloride ion migration and nuclide migration process. Based on the model, the effects of gelation system and environmental conditions on the mass transport process in the pores of cement-based materials were studied. The corrosion resistance of acid-salt cement compound mineral admixture was decreased, But the ion diffusion coefficient decreased, The inhibition effect on radionuclides is increased. The increase of environmental pH value can effectively inhibit the dissolution and decrease the amount of radionuclide escape. The salt concentration in the solution will affect the local electric field distribution and the radionuclide migration process. In the end, THI model is used to evaluate the durability of submerged tunnel during 120 years of life and the safety of concrete high integrated container during 300 years. The evaluation of durability of immersed tunnel shows that the corrosion process is the process of corrosion. It has little effect on the durability of materials. The effect of temperature on the ion transport process is much greater than that on seawater pressure. During 120 years, the corrosion of steel bars will not occur in the tunnel. HIC safety evaluation shows that the cumulative emission of radionuclides can be significantly increased by the dissolution process. Both radiolysis and pressure accumulation can increase radionuclide emission, but the effect of temperature is greater than that of pressure, and the inhibition effect of vessel wall thickness on radionuclide is obvious.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU528

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