滨海环境用新型磷铝酸盐水泥混凝土设计与劣化机理研究

硅酸盐水泥混凝土导致的滨海腐蚀环境下土木工程耐久性问题受到了世界各国政府和专业技术人员的高度关注。本课题从混凝土核心组分-"水泥的材质"入手，利用磷铝酸盐水泥设计了新型磷铝酸盐混凝土。该胶凝材料的分子结构具有无机矿物的良好耐久性和类似于有机大分子网络的特征，是具有优良特性的水泥混凝土胶凝材料。本项目将系统研究该混凝土在滨海腐蚀条件下的性能劣化机理，如氯离子迁移规律，钢筋锈蚀机理及防腐对策，荷载与环境交互作用下劣化机制等，从混凝土系统微观腐蚀机理研究入手进而建立其与宏观性能的逻辑关系，并将其与相应的传统硅酸盐水泥混凝土进行耐久性衰减机理的对比研究。通过腐蚀机制的确立，量化配合比各参数对耐久性能的影响因素，确立了基于耐久性的混凝土材料设计方法，推荐滨海环境用磷铝酸盐水泥混凝土的优化配合比参数，有针对性地研究制定混凝土耐久性保持与提升的对策和措施，建立其耐久性可靠度指标。

项目围绕滨海环境用磷铝酸盐水泥混凝土设计及耐久性关键问题展开研究，主要研究成果包括：1）在研究磷铝酸盐水泥混凝土的工作性能和力学性能基础上，根据凝结机理开发出混凝土浆体凝结时间的调控技术，设计了适合工程要求的初凝、终凝、硬化时间，使其力学性能发展和工作时间可调节，以满足不同工程条件需要；2）设计出在强度方面比硅酸盐水泥混凝土具有明显优势的早强、高强磷铝酸盐水泥混凝土；3）研究了磷铝酸盐水泥混凝土收缩性能，其一年龄期的收缩率值在300×10-6μm左右，收缩较低；4）研究了磷铝酸盐水泥混凝土的抗氯离子渗透性能，与普通硅酸盐水泥混凝土相比较，磷铝酸盐水泥混凝土有优异的抗氯离子渗透性能；5）研究了该高性能胶凝材料氯离子固化性能，具体结论为在外渗氯离子情况下，磷铝酸盐水泥比硅酸盐水泥具有更强的氯离子固化能力；磷铝酸盐水泥的氯离子化学固化量基本上都能占氯离子结合总量的90%以上，而硅酸盐水泥的氯离子化学固化量约为氯离子结合总量的70%-85%；在内掺氯化钠的情况下，磷铝酸盐水泥对氯离子的固化率和固化量都明显优于硅酸盐水泥；6）明确了该高性能胶凝材料氯离子固化机理，磷铝酸盐水泥对氯离子的化学固化作用主要是因为其水化产物中的羟基磷灰石的作用，羟基磷灰石中Ca2+(II)能形成带正电的吸附位，能够吸附[PO4]3-大分子上的磷酸根基团和羟基基团，还能很好的吸附其它阴离子基团Cl-等；7）推荐了特种磷铝酸盐水泥混凝土配合比设计参数，完成了磷铝酸盐水泥混凝土材料配合比设计与耐久性设计。.依托本基金项目，1) 参加了3次国际学术会议及1次国内学术会议，与美国Missouri理工大学，澳大利亚墨尔本皇家理工大学RMIT学术交流2次；2）申请发明专利2项，授权实用新型专利2项；3）在国际性刊物和国内一类期刊上发表论文10篇，其中SCI检索3篇，EI检索7篇，中文核心期刊文章2篇；另有3篇文章正在整理投稿中；4）人才培养方面，已有1名硕士研究生依托本项目开展学位论文研究并已毕业；现还有4名硕士研究生正在进行相关研究。项目负责人龙武剑博士于2011年晋升为副教授，主要研究人员崔宏志博士晋升为副教授，陆晗工程师晋升为高级工程师。