本文選題：水泥基孔隙材料　切入點(diǎn)：多場(chǎng)多離子傳輸　出處：《清華大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：水泥基材料在服役條件下受多種環(huán)境作用,孔隙與環(huán)境間的物質(zhì)遷移決定材料長(zhǎng)期性能的演變規(guī)律。全面描述水泥基材料中多種離子在多場(chǎng)條件下的遷移過(guò)程對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料與結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命有重大意義。本文研究目的是建立多場(chǎng)多離子遷移理論模型,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)水泥基材料與結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性。本文首先研究了多場(chǎng)多離子遷移過(guò)程理論,討論了發(fā)生在水泥基孔隙材料中的多場(chǎng)環(huán)境、固液平衡和氣液平衡等基本條件。水泥基材料中的多場(chǎng)環(huán)境涉及濃度場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)。本文考慮了外加電場(chǎng)和多離子遷移過(guò)程產(chǎn)生的局部電場(chǎng);考慮了固相溶解平衡和離子吸附平衡,采用固溶體理論描述了CH和C-S-H的溶解平衡;利用化學(xué)勢(shì)和力學(xué)平衡關(guān)系建立了水蒸氣與孔隙水、孔隙氣相與液相的平衡條件。本文然后在多場(chǎng)多離子遷移理論基礎(chǔ)上,建立了全面考慮熱量、濕度、多離子耦合傳輸?shù)亩鄨?chǎng)多離子(THI)數(shù)值模型,并考慮了放射性核素離子的遷移過(guò)程及其衰變過(guò)程。本文通過(guò)水蒸氣等溫吸附實(shí)驗(yàn)、放射性核素吸附實(shí)驗(yàn)以及核素溶液浸泡試驗(yàn),研究了水泥基材料的吸附性質(zhì)。采用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分別從溶蝕、氯離子遷移以及核素遷移過(guò)程驗(yàn)證了THI模型的適用性�；谀Ｐ脱芯苛四z凝體系和環(huán)境條件對(duì)水泥基材料孔隙中的物質(zhì)傳輸過(guò)程的影響規(guī)律。研究表明:(1)普通硅酸鹽水泥復(fù)合礦物摻合料后抗溶蝕性能下降,但離子擴(kuò)散系數(shù)減小,對(duì)放射性核素的阻滯作用增大;(2)環(huán)境pH值的升高會(huì)有效抑制溶蝕作用和降低核素逸出量;(3)環(huán)境溶液的鹽濃度會(huì)影響材料內(nèi)部局部電場(chǎng)分布以及核素遷移過(guò)程。本文最后使用THI模型分別完成了對(duì)海底沉管隧道120年壽命期內(nèi)的耐久性評(píng)估和混凝土高整體容器(HIC)300年壽命期間的安全性評(píng)估。沉管隧道耐久性評(píng)估表明:溶蝕過(guò)程對(duì)材料耐久性影響不大,溫度對(duì)離子遷移過(guò)程的影響遠(yuǎn)大于海水壓力的影響,120年期間沉管隧道中鋼筋不會(huì)發(fā)生銹蝕。HIC安全性評(píng)估表明:溶蝕過(guò)程會(huì)明顯增大放射性核素的累積逸出量,輻解升溫和壓力積聚都會(huì)增大放射性核素逸出量,但溫度影響明顯大于壓力影響,容器壁厚增大對(duì)核素的阻抑效果明顯。
[Abstract]:Cement based materials are subjected to a variety of environmental effects under service conditions, Material migration between pores and environment determines the evolution of long-term properties of materials. A comprehensive description of the migration process of multiple ions in cement-based materials under multi-field conditions can accurately predict the durability and service life of materials and structures. The purpose of this paper is to establish a multi-field and multi-ion transport model. The long-term durability of cement-based materials and structures is accurately predicted. In this paper, the theory of multi-field multi-ion migration is studied, and the multi-field environment occurring in cement-based porous materials is discussed. The basic conditions of solid-liquid equilibrium and gas-liquid equilibrium are as follows: the multi-field environment in cement-based materials involves concentration field, electric field, temperature field and humidity field. In this paper, the local electric field produced by the external electric field and the multi-ion migration process is considered. The solid solution equilibrium and ion adsorption equilibrium were considered, the dissolution equilibrium of Ch and C-S-H was described by solid solution theory, and the relationship between water vapor and pore water was established by chemical potential and mechanical equilibrium. The equilibrium condition of pore vapor phase and liquid phase. Based on the theory of multi-field and multi-ion migration, a numerical model of multi-field and multi-ion THIs with heat, humidity and multi-ion coupling transport is established in this paper. The migration process and decay process of radionuclide ions are also considered. In this paper, the isothermal adsorption of water vapor, the adsorption of radionuclides and the immersion of radionuclides in solution are studied. The adsorption properties of cement-based materials were studied. The applicability of THI model was verified by chloride ion migration and nuclide migration process. Based on the model, the effects of gelation system and environmental conditions on the mass transport process in the pores of cement-based materials were studied. The corrosion resistance of acid-salt cement compound mineral admixture was decreased, But the ion diffusion coefficient decreased, The inhibition effect on radionuclides is increased. The increase of environmental pH value can effectively inhibit the dissolution and decrease the amount of radionuclide escape. The salt concentration in the solution will affect the local electric field distribution and the radionuclide migration process. In the end, THI model is used to evaluate the durability of submerged tunnel during 120 years of life and the safety of concrete high integrated container during 300 years. The evaluation of durability of immersed tunnel shows that the corrosion process is the process of corrosion. It has little effect on the durability of materials. The effect of temperature on the ion transport process is much greater than that on seawater pressure. During 120 years, the corrosion of steel bars will not occur in the tunnel. HIC safety evaluation shows that the cumulative emission of radionuclides can be significantly increased by the dissolution process. Both radiolysis and pressure accumulation can increase radionuclide emission, but the effect of temperature is greater than that of pressure, and the inhibition effect of vessel wall thickness on radionuclide is obvious.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU528

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