早龄期混凝土水化度和硬化混凝土渗透性能的测定及研究

It is a critical problem to accurately obtain the development hydration dynamics parameters of concrete for suitably designing and accurately simulating and predicting the concrete properties. Under electrical field, the electrical resistivity of concrete reflects the change trends of pores decrease, hydration degree and transports of chloride ions. The limitations of the current measurements and theory restraint the discovery and application of hydration degree and transports using electrical resistivity. The key research point is based on the mechanism between ion transportation and pore structure. Firstly, an AC electrodeless resistivity technique is used for investigating the electrical resistivity with time of early-age concrete under sealed curing condition, and the hydration degree of early-age concrete is quantitatively obtained by measuring the electrical resistivity of the pore solution and concrete from casting to hardening process based on the relationship between porosity and resistivity. Secondly, the electrical resistivity of the saturated concrete slice with NaCl solution can be measured and calculated using an AC electrodeless resistivity technique and the chloride diffusion coefficient can be obtained based on Nernst-Einstein equation. The diffusion mechanism is investigated by changing the solution concentration with chemical analysis. The purpose of the proposal is to accurately determine the hydration degree and permeability parameter of concrete for suitably designing and accurately predicting the concrete properties.

动态并精确地表征混凝土水化过程的动力学参数是合理设计和模拟预测混凝土性能的关键难题。在电场作用下，混凝土电阻率同时反映了孔结构细化规律、水泥基材料的水化程度和氯离子的传输能力，现有测试方法和理论存在的局限，制约了人们用电阻率表征水泥水化度和氯离子的传输规律的建立和应用。本项目拟围绕电场作用下混凝土孔溶液中离子传输能力与微观结构形成机理的关键科学问题，首先，通过交流无电极电阻率实验，动态监测密封养护条件下早龄期混凝土全过程的电阻率，结合孔隙率与电阻率之间的关系，定量表征混凝土电阻率和水化度的关系；另外，通过饱盐混凝土切片和标准溶液串联回路的交流无电极测试实验，根据Nernst-Einstein方程，提出精确测定硬化混凝土氯离子扩散系数的方法，探讨氯离子传输机制。达到利用混凝土电阻率测定早龄期混凝土的水化度和测定硬化混凝土的氯离子扩散系数的目的，为科学设计和预测混凝土性能提供理论和技术支持。

本研究通过微观结构与电阻率随时间变化的关系，研究了电阻率与水泥水化度、抗压强度、凝结时间、自收缩等水化性能的关系。研究不同强度等级的水泥、不同水灰比、不同外加剂配制水泥浆，在不同养护温度的性能。提出了电阻率法可用于评价不同强度等级水泥的质量、自收缩的实用方法。.采用测试饱盐切片样品和标准溶液串联的无电极测试新方法，深入研究了非接触式电阻率测试法（NC-ER法）测试氯离子渗透系数的方法，有良好的应用价值。结合抗压强度试验和快速氯离子迁移系数法试验（RCM法）等试验，围绕水泥基材料氯离子渗透扩散性能，主要研究成果如下：.（1）基于Nernst-Einstein方程，由切片电阻率、氯离子迁移数等参数分析推导硬化混凝土氯离子扩散系数的计算公式；探究氯离子扩散系数的尺寸效应以及与抗压强度的相关关系。.（2）以0.3、0.4和0.5水灰比试验数据为基础，探究水灰比对氯离子扩散性能的影响；以3d、7d和28d龄期数据为基础，探究养护龄期对氯离子扩散性能的影响。结果显示氯离子扩散系数对水灰比增加而增加，随龄期增加而减小，并给出了氯离子扩散系数时变效应的半经验公式。以骨料体积分数12%和22%试验数据为基础，探究骨料对氯离子扩散性能的影响，氯离子扩散系数随骨料体积分数的增大几乎呈线性减小的趋势。.（3）对比NC-ER法和RCM法的差异，NC-ER法属于非接触式试验方法，无电极反应，具有测试结果准确，重复性好，测试时间大大缩短的优势；RCM法试验现象明显，可以观察到氯离子明显的渗透深度，但早期测试结果偏大。.（4）利用COMSOL对水泥基材料氯离子渗透过程进行细观数值模拟，分别探究骨料形状和体积分数、界面过渡区厚度和扩散系数取值以及模型维数等因素对扩散性能的影响。结果表明骨料对氯离子的渗透过程存在阻碍作用，骨料体积分数越大，对氯离子渗透的阻碍作用越强；界面过渡区对氯离子扩散有促进作用。