固化态氯离子失稳特性及其对离子传输过程的影响

固化态氯离子的稳定性不但会影响混凝土内部游离态氯离子数量，而且还将影响氯离子在混凝土的内部传输，因此对混凝土结构耐久性具有重要影响。本项目拟从研究固化态氯离子在混凝土内部的存在特征入手，在探明化学结合和物理吸附两种固化态氯离子形成过程与混凝土的组成材料以及内部微环境（碱度、温度）之间的关系，和掌握它们在混凝土内部空间分布特征，及依时变化规律的基础上，弄清化学结合和物理吸附两种固化态氯离子稳定性变化规律，提出固化态氯离子失稳的BP网络预测模型，揭示其失稳机理。并通过研究固化态氯离子失稳后混凝土内部游离态氯离子的空间分布特征，分析其对氯离子传输过程的影响，掌握该条件下混凝土中氯离子的迁移特征，阐明固化态氯离子失稳后在混凝土内部的传输机理，最终建立考虑到固化态氯离子失稳的氯离子传输方程及混凝土结构寿命预测方法。本项目的研究成果可为混凝土结构耐久性的研究与设计提供新理论和新方法。

研究氯离子固化问题不应仅仅关注固化态氯离子的形成过程，还应关注氯离子固化后的稳定性。 基于此，本基金从固化态氯离子存在特征、固化态氯离子失稳机理，以及固化态氯离子解固后的传输特征三方面入手，开展了固化态氯离子失稳特性及其对离子传输过程影响的研究。经过三年的研究工作，课题组按计划完成了基金计划书中的各项研究工作，累计发表学术论文5篇，其中2篇分别发表在建筑材料研究领域的国际权威期刊《Cement and Concrete Research》和国内权威期刊《硅酸盐学报》。在固化态氯离子存在特征研究方面，课题组在矿物掺合料复掺和养护环境等方面取得了一些新的成果，相关结果表明与单掺粉煤灰或矿渣微粉相比，二者复掺对试样早期氯离子的固化率有明显提升作用，但后期氯离子固化率与单掺粉煤灰相近，并高于单掺矿渣微粉。同时养护湿度的下降不但会降低混凝土材料固化氯离子的能力，还会削弱矿物掺合料对混凝土材料氯离子固化能力的提升作用。固化态氯离子在碳化和硫酸盐侵蚀两种环境下的失稳特征和失稳机理是本基金的重点研究内容。在碳化环境下，固化态氯离子的解固主要与Friedel盐和C-S-H凝胶分解有关；Friedel盐分解所形成的碳铝酸盐仅其分解过程中一个过渡性产物，其最终也将因为碳化而分解。硫酸钠和硫酸镁侵蚀均会造成固化态氯离子的解固。但是，硫酸镁侵蚀对固化态氯离子的解固作用要弱于硫酸钠；前者对固化态氯离子的解固作用主要与Friedel盐分解有关，而后者对固化态氯离子的解固作用还与C-S-H凝胶分解有关。但是，无论是何种硫酸盐侵蚀，Friedel盐分解都是固化态氯离子失稳的最主要原因，其最终分解产物为AFt。尽管粉煤灰和矿渣微粉的使用能提高水泥基材料对氯离子的固化能力。但是，在上述侵蚀环境下，由于碱度的下降，其对固化态氯离子稳定性均存在负面影响。固化态氯离子解固后的传输特征研究结果表明，由于碳化和硫酸盐侵蚀对固化态氯离子的解固作用，增加了孔溶液中游离态氯离子数量，从而在试样内部形成了新的浓度差，在其作用下，氯离子将加速向试样内部迁移，但其传输特征与自然扩散时相同。在此基础上，建立了碳化环境下，固化态氯离子失稳后离子传输模型，其对该条件下混凝土结构耐久性寿命预测具有一定的理论指导意义。