冻融条件下基于逾渗理论的水泥基材料孔结构演化

Frost damage is a common durability issue of cement-based materials (CBM) in cold region. Pore structure is one of the key parameters that affect the frost damage resistance of CBM. Applicability problem has been found when using traditional pore structure analysis method to characterize the evolution of frost damaged CBM pore structure. In this proposal, an in-suit and online Wenner method will be employed to monitor the electrical resistivity to study the crystallization process of pore water, relationship between the composition of pore water and electrical properties of CBM, and the percolation rule. In order to establish the relationship between pore structure and electrical resistivity, evolution of pore structure characteristic will be researched in conjunction with the NMR spin-spin relaxation, NMR-cryoporometry and Thermoporometry (TPM). This proposal revolves around ice nucleation law and percolation behavior of CBM, and employs percolation theory and effective medium theory to setup pore structure-electrical resistivity model. Using the proposed model and cooperate with NMR and TPM reveal the damage evolution of pore structure of frost damaged CBM.

冻融破坏是寒冷地区水泥基材料（CBM）常见的耐久性问题，孔结构是影响CBM抗冻性能的关键因素之一。传统的孔结构分析方法用于研究冻融损伤后CBM的孔结构演化存在适用性问题。项目采用Wenner法对冻融条件下CBM的电阻率进行原位在线测试，研究孔隙水结晶过程、孔隙水组成与CBM电学性能的关系、逾渗规律。配合使用NMR自旋驰豫法、NMR低温测孔法和热孔计法，研究冻融条件下孔结构特征演化规律，得到孔结构与电阻率的关系。围绕CBM孔隙水的结冰规律和逾渗行为展开，立足逾渗理论并采用有效介质理论建立冻融条件下CBM孔结构与电阻率数学模型，与传统孔结构分析结果比较，证明理论模型的科学性和适用性。利用电阻率-孔结构理论模型结合NMR法和热孔计法，最终揭示冻融条件下CBM孔结构的损伤演化规律。

孔结构是水泥基材料（Cement-Based Materials, CBM）非常重要的微结构特征，它在某种程度上控制着CBM的物质传输性能和耐久性能。准确表征CBM的孔结构是分析耐久性破坏机理，建立理论模型，提高服役寿命的基础。现有孔结构测试方法，压汞法、氮吸附法和扫描电镜等方法的干燥和制样过程总会改变CBM的原有孔结构，造成孔结构结果失真。.本项目通过成核剂使孔溶液异相成核解决了阻碍孔结构分析中孔溶液过冷的问题，研究电阻率响应、电阻率-温度曲线，分析了孔隙水的结晶过程和电阻率的逾渗转变行为和规律，通过对逾渗规律的研究，项目提出了一种利用电阻率原位测试水泥基材料孔结构的模型。从实验和理论上证明了利用电阻率原位测试水泥基材料孔结构的可行性。该方法克服了压汞、氮吸附等孔结构测试方法需要干燥试件、不能原位测试的缺点，最大程度保留了被测孔结构的真实性。通过精确温度控制和电阻率测量技术，该方法有望成为一种全新的孔结构测试方法。.项目在三年执行期内共发表论文5篇，申请发明专利5项，培养研究生1人，晋升高级职称1人，进行国际学术会议交流3人次，获得省部级技术发明奖1项（排名3/12），项目负责人入选中国科协“青年人才托举工程”获得连续三年支持。