功能组分对海工大体积混凝土水化动力学的影响开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着我国综合国力的逐步提升以及经济的快速发展，充分利用海洋资源，强化海洋资源管理和加快发展海洋经济，已成为我国发展经济的战略重点，海洋发展战略带动了海洋环境下的重大基础建设高潮，例如台州湾大桥、虎门二桥（世界第二跨度悬索桥，主跨1688m）、三亚市半山半岛帆船码头，南海岛礁工程、琼洲海峡跨海工程、渤海湾通道等一大批海工重点项目[1-3]正在我国海域建设和规划中。混凝土作为海洋重大基础建设工程中必不可少的组成部分，在桥墩、承台以及悬索桥锚碇中应用广泛。但大体积混凝土结构尺寸大，水泥和胶凝材料用量高，导致其绝热温升高和收缩大而引起开裂，并且在海洋环境中温度、湿度、有害介质（so42-、cl-、mg2 ）及其耦合作用导致混凝土耐久性能急剧退化[4]，严重缩短其服役寿命，造成巨大的经济损失、能源与资源浪费。因此，提高海洋环境下混凝土耐久性及服役寿命是急需解决的重大战略问题。

由于混凝土服役性能衰退是由材料到结构层面的渐进过程，是从混凝土微观结构到宏观性能的科学认识[5-7]。而且在海洋环境中的侵蚀介质可能在初始水化或水化不同龄期介入混凝土微结构的形成过程，侵蚀性离子参与构建的混凝土胶凝体系微结构机理比在一般环境下更加复杂[8-9]。因此，探明海洋环境下大体积混凝土微结构形成与演变规律和水化硬化机理，针对其服役环境提出混凝土微结构的调控方法，是从根本上提高海工大体积混凝土耐久性和服役寿命的重要技术途径[10]。

混凝土材料水化产物微结构是决定其服役性能的基本单元，海洋环境中温度、湿度、有害介质（so42-、cl-、mg2 ）及其耦合作用，将改变混凝土胶凝浆体水化反应热力学和动力学过程[11]，并影响混凝土水化产物的相组成、相平衡条件以及热力学稳定性，进而影响混凝土的宏观性能[12-14]。然而，目前国内外关于海洋环境下大体积混凝土水化热的研究还不充足，还集中在常规环境下的相关研究。例如：krstulovic等提出了水泥基材料水化反应的动力学模型ng-i-d和ng-d；阎培渝等基于此模型得到了水泥粉煤灰浆体的水化动力学参数（反应速率常数k、反应级数n和表观活化能ea等）以及各反应阶段的反应速率与反应度的关系[15]；李宗津采用无接触电阻率测定仪研究了不同水灰比水泥基材料的水化特性；tudelft、nist、东京大学、epfl等研究机构分别建立了可动态定量描述水泥水化过程中水化速率、水化程度及水化产物的时空分布的hymostruc、cemhyd3d、ducom和μic等模型；blandinealbert和d.damidot等建立了基于水化动力学的热力学模型，可以定量描述水化产物的热力学稳定性、饱和程度及孔溶液的组成。此外国外研究发现通过掺加功能组分（水化温升抑制剂、孔栓化合物等）可以提高混凝土的耐蚀性及服役寿命[16]，但对其水化机理尚不明确。由上可见，现有研究成果尚无法直接应用于海洋环境。因此亟待研究硫酸盐侵蚀环境下海工大体积混凝土胶凝材料水化动力学，为控制海洋环境下混凝土材料水化历程、优化水化产物微结构提供理论支撑。本题依托国家973重点项目“严酷环境下混凝土材料与结构长寿命的基础研究”、港珠澳大桥和虎门二桥等重点工程应用，旨在研究海洋侵蚀环境下复杂胶凝体系中水化-侵蚀反应交互作用下水化硬化机理，探明海水侵蚀环境下掺加功能组分对复杂胶凝体系的早期水化动力学的影响规律，为服役于海洋严酷环境中下海工大体积混凝土水化进程和微结构调控，以及海工大体积混凝土优化设计提供理论依据。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

（1）研究海洋环境下矿物掺合料（粉煤灰、矿粉）种类、掺量对海工大体积混凝土水化动力学（水化热、水化程度、水化速率等）和耐久性能（抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能）的影响规律；

（2）研究海洋环境下功能组分种类、掺量及其匹配效应对海工大体积混凝土水化动力学（水化热、水化程度、水化速率等）和耐久性能（抗渗性能和抗硫酸侵蚀性能）的影响规律；

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。

第3－4周：明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第5－6周：按照技术方案，制备不同矿物掺合料种类和掺量的混凝土和水泥净浆试样，分别进行氯离子抗渗性能实验和抗硫酸盐侵蚀实验。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王颖,韩光,张英香.深海海洋工程装备技术发展现状及趋势[j].舰船科学技术,2012,32(10):108-113

[2]金祖全.西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[d].东南大学,2006.

[3]徐峰,王琳,储健.提高混凝土耐久性的原理与实践[j].混凝土,2001(9):21-24.