C-S-H簇粘聚力的量测与表征方法研究

在水泥基材料低尺度研究领域，C-S-H作为胶凝浆体的重要组分备受关注，其微结构与粘聚力是创建现代混凝土本构关系的核心问题。由于普通原子力显微镜(AFM)在成像分辨率上的局限，以及水泥基材料中多个力学相相互交织，形成非常复杂的微结构特征，使得低尺度下的细节分析受到很大限制。本项目主要涉及AFM分辨率、C-S-H簇单一力学相以及粘聚力表征三个关键问题，在本领域率先开展AFM探针针尖材质/形状/尺寸优化、针尖C-S-H功能化修饰以及量测环境选择等全方位针对消减干扰力的基础研究，通过粘聚力的理论分析与试验、AFM退针脱离点应力值与断裂键关系、单一力学相与统计方法等一系列研究，提出C-S-H簇粘聚力的量测、计算与数值表征方法；同时，为处理大量粘聚力的量测数据，编制一套具有自主知识产权的C-S-H簇粘聚力计算分析软件。这项研究将为混凝土微结构力学模型及新的本构关系的建立奠定理论与实验基础。

在水泥基材料低尺度研究领域，C-S-H作为胶凝浆体的重要组分备受关注，其微结构与粘聚力是创建现代混凝土本构关系的核心问题。本项目主要涉及原子力显微镜（AFM）制样方法、C-S-H簇单一力学相以及粘聚力表征三个关键问题，同时在原计划的基础上增加了不同水化环境下C-S-H簇微结构的探讨。通过对比选择确定了无损磨抛处理法是一种最为适合硬化水泥基材料C-S-H表面形貌和微观力学特性研究的制样方法；通过粘聚力的理论分析与试验、AFM退针脱离点应力值与断裂键关系、单一力学相与统计方法等一系列研究，提出了C-S-H簇粘聚力的量测、计算与数值表征方法；基于AFM分析，得到了单矿C3S水化浆体中C-S-H表面形貌、颗粒堆聚结构以及针尖与C-S-H簇表面的作用力，以及粉煤灰、矿渣等矿物掺合料对水化相C-S-H表面形貌和粘聚力的影响；结合核磁共振（NMR）和去卷积技术揭示了C-S-H纳米结构；并采用XRD衍射、TG-DTA分析以及IR技术，考察了不同水化环境下单矿物水化相的组成与结构，支持了AFM研究结论。本项目的研究成果将为混凝土微观结构力学模型及新的本构关系的建立奠定理论与实验基础。本项目共发表相关学术论文17篇，其中SCI/EI收录论文8篇，核心期刊5篇，另外，参加国际会议5次，发表论文4篇。获得国家发明专利2项。