控制水泥基材料傳輸性質(zhì)的研究

水泥基材料的性能是隨時(shí)間和環(huán)境條件變化而變化的。水泥基材料的使用壽命與通過其中的離子和質(zhì)量的傳輸特性密切相關(guān)。本研究擬通過對(duì)水泥基材料體系中孔溶液的成分、性質(zhì)和傳輸過程的分析，建立其中離子的傳輸過程與水泥漿體孔結(jié)構(gòu)以及與電性能之間的關(guān)系；通過研究不同組成和不同外部介質(zhì)作用的水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)和組成，揭示離子傳輸過程所引起的水泥基材料內(nèi)部的相互作用的規(guī)律；通過總結(jié)外部因素（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、濃度、壓力等）對(duì)離子傳輸過程的影響規(guī)律，探討和建立控制離子傳輸過程的有效方法。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展檢測(cè)和診斷水泥基材料內(nèi)部早期病害的新方法；發(fā)展以特定離子的定向運(yùn)動(dòng)和局部化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的水泥基材料缺陷的修補(bǔ)新技術(shù)。 2100433B

水泥基透光材料（LTCM）是一種全新的透光材料，大量的光纖以一定空間排列組合方式埋入水泥基體材料中，作為傳輸光線的導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)水泥混凝土透光傳像等效果。其具有良好的透光性能、結(jié)構(gòu)性能和多變的裝飾效果，在促進(jìn)建筑照明節(jié)能、建筑裝飾領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。課題在大量試驗(yàn)研究和理論分析的基礎(chǔ)上，提出了水泥基透光材料的材料優(yōu)選方法及制備工藝，并對(duì)其綜合性能進(jìn)行了研究，具體研究?jī)?nèi)容和成果如下： 　對(duì)LTCM的組成和光纖選用進(jìn)行了研究，制備了以硅酸鹽水泥及硫鋁酸鹽水泥為基體的高強(qiáng)自密實(shí)水泥凈漿和砂漿；研究了光纖的空間結(jié)構(gòu)分布的設(shè)計(jì)方法；提出了LTCM的多種制備工藝：光纖平行排列法制備技術(shù)、紡織光纖制備技術(shù)和特殊設(shè)計(jì)透光形式制備技術(shù)及其它三種制備透光水泥基材料的方法。 　 研究表明：加入減水劑和消泡劑，輔以活性礦渣，控制集料粒徑，可研制出高流態(tài)、自密實(shí)、低吸濕性、高強(qiáng)度的硅酸鹽水泥基體材料及具有微膨脹性的硫鋁酸鹽水泥基材料；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）質(zhì)光纖，其透光性能和力學(xué)性能均優(yōu)于玻璃質(zhì)多模光纖；應(yīng)用紡織光纖技術(shù)將有機(jī)光纖紡織成為3D、2D或單層光纖織物輔以特制模具，可實(shí)現(xiàn)光纖空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；固定好預(yù)制纖維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，灌注水泥基體材料，制備出具有設(shè)計(jì)透光形式的LTCM。 　 對(duì)具有不同纖維體積分?jǐn)?shù)、空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式和水泥基體的LTCM的綜合性能與微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。研究表明：LTCM比純水泥基體的抗壓強(qiáng)度有所降低，且使用3D光纖織物的抗壓輕度較2D有所提高；透光率隨著芯纖直徑和光纖摻量的增加而提高，隨著光源和試塊之間距離的增加而減小。微觀結(jié)構(gòu)表明：玻璃質(zhì)多模光纖和PMMA質(zhì)光纖的斷面均呈圓形，內(nèi)部為芯纖，外部為保護(hù)芯纖的包層，但PMMA質(zhì)光纖的外部包層比玻璃質(zhì)多模光纖的要薄，且光纖斷面比玻璃質(zhì)光纖斷面平整，其透光率遠(yuǎn)高于玻璃質(zhì)多模光纖。 　對(duì)LTCM的耐久性及其對(duì)透光性能的影響進(jìn)行了研究。在80℃水浴條件下進(jìn)行了短期加速老化試驗(yàn)，PMMA光纖老化前后紅外光譜分析表明：老化后LTCM透光性能的衰減主要是由PMMA芯材受到高溫和潮濕引起的熱老化導(dǎo)致，同時(shí)光纖的折射率受溫度和水分的影響也增加了光纖能量的損耗。應(yīng)用MATLAB，建立了LTCM透光性能的模擬與預(yù)測(cè)模型，所編程序的模擬結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果趨勢(shì)相同。

水泥基透光材料是一種全新透光材料，大量的光纖以一定空間排列組合方式埋入水泥基體材料中，并作為傳輸光線的導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)水泥混凝土材料透光傳像等特殊效果。該類材料具有良好的透光性能、結(jié)構(gòu)性能、保溫隔熱性能和多變的裝飾效果，是水泥混凝土材料認(rèn)識(shí)和觀念上的一次革命，在促進(jìn)建筑照明節(jié)能、建筑裝飾領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該類材料鮮有研究報(bào)道，本項(xiàng)目將研制出透光性能優(yōu)異、具有良好力學(xué)性能和耐久性能的水泥基透光材料。探明水泥基體材料特性、光纖性能及其空間結(jié)構(gòu)形式、復(fù)合材料制備工藝等諸多因素對(duì)透光材料綜合性能的作用機(jī)制，掌握水泥基透光材料在服役過程中的透光性能、力學(xué)性能與耐久性的演化規(guī)律，提出其影響機(jī)制與調(diào)控方法，建立模擬與預(yù)測(cè)水泥基透光材料性能的模型。上述研究?jī)?nèi)容與成果具有顯著的創(chuàng)新性，對(duì)于推動(dòng)水泥基透光材料的研究和發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

針對(duì)工程界了解水泥基工程材料長(zhǎng)期穩(wěn)定性的需要，本課題提煉出其中的一個(gè)重要科學(xué)問題作為研究?jī)?nèi)容，即液態(tài)流體在水泥基材料裂縫開裂面上的傳輸與物質(zhì)交換過程。研究涉及工程材料，流體力學(xué)和表面科學(xué)，具有明顯的學(xué)科交叉的性質(zhì)。課題在分析了影響流體和開裂面物質(zhì)交換的內(nèi)在和外部因素的基礎(chǔ)上，采取先分析后綜合的研究思路。分別研究液態(tài)流體在狹窄開裂表面之間的流動(dòng)特性、流體與開裂表面的物理作用和化學(xué)作用，最終建立液態(tài)流體在開裂面之間的傳輸與物質(zhì)交換理論。課題的完成可望在科學(xué)層次和應(yīng)用層次取得多點(diǎn)原創(chuàng)成果：在科學(xué)層次上有可能明確液態(tài)流體在狹窄粗糙面間的流動(dòng)行為、建立水泥基材料表面物質(zhì)交換理論；在工程層次上有可能為裂縫對(duì)水泥基工程結(jié)構(gòu)材料的長(zhǎng)期與超長(zhǎng)期穩(wěn)定性的真實(shí)影響進(jìn)行定量分析。