本文選題：水泥凈漿　切入點(diǎn)：碳化　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：碳化是指水泥石內(nèi)的堿性物質(zhì)與空氣中的CO_2在濕度相宜的條件下發(fā)生中和反應(yīng)的過(guò)程。碳化弱化了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用,加速鋼筋銹蝕,產(chǎn)生體積膨脹,致使混凝土保護(hù)層開裂破壞。在設(shè)計(jì)混凝土建筑時(shí),需要對(duì)其服役壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)此做了大量研究,并建立了相關(guān)碳化模型。近年來(lái),在水泥基材料微結(jié)構(gòu)特征方面的研究揭示了微觀機(jī)理與宏觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系,進(jìn)而建立了基于微結(jié)構(gòu)特征的碳化模型。然而,目前已有的微結(jié)構(gòu)碳化模型并沒(méi)有考慮到水泥基材料完全碳化區(qū)、部分碳化區(qū)對(duì)CO_2傳輸速率以及碳化反應(yīng)速率的影響。本文綜合運(yùn)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(duì)水泥凈漿的不同碳化區(qū)微結(jié)構(gòu)特征進(jìn)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(jié)構(gòu)參數(shù)隨碳化深度的演變,從而為傳統(tǒng)微結(jié)構(gòu)碳化模型的修正、驗(yàn)證提供試驗(yàn)依據(jù)。主要研究成果如下：首先,采用X-CT、TG法研究0.35W/C和0.53W/C凈漿碳化后不同碳化深度的固相物質(zhì)在灰度和組成方面的差異。結(jié)果表明：X-CT法可以測(cè)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(yàn)測(cè)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(jié)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,部分碳化區(qū)內(nèi)C-S-H的碳化程度小于CH。同時(shí),利用納米壓痕法分析了不同深度固相體積分?jǐn)?shù),分析結(jié)果也體現(xiàn)了不同碳化深度固相組成的漸變性。由表及里L(fēng)D C-S-H和HD C-S-HLD的體積分?jǐn)?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(dú)采用MIP或BET法測(cè)試結(jié)果的缺陷,統(tǒng)一計(jì)算孔徑概率分布的方法。研究結(jié)果表明：不同深度孔結(jié)構(gòu)參數(shù)不同,傳輸性能不同,CO_2的擴(kuò)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(zhǎng)與孔隙率之間的關(guān)系,提出了一種不依賴于C-S-H的分子式計(jì)算C-S-H碳化導(dǎo)致孔隙率變化量的新方法。研究結(jié)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(shí),C-S-H體積膨脹,其膨脹量占總體積變化量的70%左右；當(dāng)C-S-H碳化程度達(dá)到88.7%時(shí),C-S-H體積開始收縮。最后,從完全碳化區(qū)孔結(jié)構(gòu)決定了CO_2傳輸速率,部分碳化區(qū)固相組成與飽和度決定了碳化速率角度考慮,對(duì)Papadakis模型進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果表明：修正后模型預(yù)測(cè)的碳化深度更加接近試驗(yàn)數(shù)值,修正后模型比原模型誤差小50.5%。
[Abstract]:Carbonization refers to the neutralization reaction between alkaline substance in cement stone and CO_2 in air under the appropriate humidity.Carbonation weakens the protective effect of concrete on steel bar, accelerates the corrosion of steel bar, produces volume expansion, and causes cracking and destruction of concrete cover.In the design of concrete buildings, it is necessary to predict the service life of concrete buildings. Many scholars at home and abroad have done a lot of research on it, and established the relevant carbonization model.In recent years, the research on microstructure characteristics of cement-based materials reveals the relationship between microscopic mechanism and macroscopic phenomena, and then establishes a carbonization model based on microstructural characteristics.However, the existing microstructural carbonization models do not take into account the effects of the complete carbonation zone and partial carbonization zone on the CO_2 transport rate and the carbonation reaction rate.Bending degree, saturation and other pore structure parameters change with carbonation depth, thus providing experimental basis for the modification and verification of traditional microstructure carbonization model.The main results are as follows: firstly, the differences in gray and composition of solid materials with different carbonation depth after carbonization of 0.35W/C and 0.53W/C were studied by X-CTTG-TG method.The results show that the distribution of complete carbonation zone, partial carbonization zone and uncarbonated zone after carbonization of cement paste can be measured by the method of: X-CT, and the range of complete carbonation zone measured by X-CT and TG test is basically the same.Secondly, the carbonization degree of Ch and C-S-H in different depth after 28 days of carbonization of 0.35W/C paste was studied by TG-NMR method. The results showed that the carbonization degree of Ch and C-S-H in different carbonization zone was different, and the carbonization degree of C-S-H in complete carbonization zone was higher than that in Ch.The carbonization degree of C-S-H in partial carbonization zone is less than that of Ch.At the same time, the volume fraction of solid phase at different depth was analyzed by nano-indentation method, and the results showed the gradual denaturation of solid phase composition with different carbonation depth.The volume fraction of LD C-S-H and HD C-S-HLD increased gradually, and the carbonation rate of LD C-S-H was faster than that of HD C-S-H.Thirdly, MIP and BET methods are used to study the porosity and pore size distribution of different depth layers after 28 days of carburization of 0.35W/C slurry. A new method to calculate the probability distribution of pore size is proposed, which can avoid the defects measured by MIP or BET alone.The results show that the diffusivity of COK2 is in the order of partial carbonization and uncarbonation in the complete carbonization zone with different depth pore structure parameters and different transport properties.In addition, the relationship between the average chain length of C-S-H and porosity in different carbonation ages of 0.35W/C and 0.53W/C was studied by combining TG-MIP and NMR methods, and a new method was proposed to calculate the change of porosity caused by C-S-H carbonization, which is independent of C-S-H.The results also show that the volume change caused by carbonization is the main factor of the change of porosity.When the carbonization degree of C-S-H is low, the volume of C-S-H expands, and the volume of C-S-H begins to shrink when the carbonization degree of C-S-H reaches 88.7.Finally, the CO_2 transport rate is determined by the pore structure of the complete carbonized zone, and the carbonation rate angle is determined by the composition and saturation of the solid phase in the partial carbonization zone, and the Papadakis model is modified.The calculated results show that the predicted carbonation depth of the modified model is closer to the experimental value and the error of the modified model is 50.5 less than that of the original model.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU528

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