毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

一 课题背景及研究目的

随着我国经济的快速增长，修建地铁在大中城市已经成为必然趋势，地铁工程建设也已成为了21世纪基础设施建设的重点之一，地铁作为国家级重点工程，一方面是因为地铁投资巨大，另一方面也是因为其作为公共交通时刻关系到人民的生命安全，因而无论是对地铁设计还是工程的耐久性都有着很高的要求。如果地铁经过了一段时间的营运后，地铁主体结构遭到破坏，其更换或翻修的难度是相当大的，带来的经济损失也是无法估量的。水泥基材料是主要的道路材料之一，其使用耐久性涉及物理、化学及力学等多方面作用。除外加荷载导致材料破坏外，温、湿度交变引起冻融破坏、外部侵蚀性离子引起的破坏等成为导致材料破坏和结构破坏的主要原因^[1-3]。造成材料耐久性问题主要的环境因素有：冻融交替、碳酸化、碱集料反应、钢筋锈蚀、化学腐蚀、离子侵蚀、淡水溶蚀、应力破坏等。这些因素有可能综合作用，其中大部分因素都和水分传输有关，可见水分传输在材料耐久性研究中有着基础乃至至关重要的地位^[4-6]。水泥混凝土中水分的传输本身就会导致混凝土有效应力的改变，产生收缩甚至开裂问题^{[7, 8]}，同时，水分还是各种物质迁移的基础，如外部水分进入材料内部并在内部传输,为侵蚀性物质( 氯离子、硫酸根离子等) 进入材料提供了便利的传输媒介^[9]。因此，充分了解水泥基材料内部水分传输的过程有助于合理分析材料和结构使用中的耐久性问题。本课题重点研究砂浆在地下典型周围环境下，材料内部水分传输的过程。包括早期砂浆内部水分变化过程、水泥砂浆材料非饱和液相传输及气相传输过程。

二 水泥基材料水分传输的研究概况

2.1水泥基材料水分存在形式

水泥基材料是一个由固相、气相和液相组成的多相复合系统。固相主要包括骨料、水泥水化产物、未水化颗粒及矿物掺合料等，是水泥基材料结构骨架的主体；液相为存在于水泥基材料内部的含多种离子的水溶液，即孔溶液。如图2.1所示，按照混凝土中水分的存在形式，我们可以将水分分为自由水(毛细孔水)、吸附水和结晶水和结构水(层间水)。按照水分能否在105℃时被蒸发，又可将水分分为可蒸发水和不可蒸发水。

图2.1 混凝土中水分存在形式

自由水又称游离水，存在于粗大孔隙水，性质与一般水的性质相同；吸附水以中性水分子的形式存在，但并不参与组成水化物的晶体结构，而是在吸附效应或毛细管力作用下被机械地吸附于固体粒子表面或者孔隙中^[10]。结晶水又称化学结合水，根据其结合力的强弱，又可分为强结晶水和弱结晶水。强结晶水以OH离子状态存在，并占有晶格上的固定位置，和其他元素有确定的含量比，结合力强。弱结晶水则是以中性水分子H₂O形式存在的水，在晶格中也占据固定位置，但结合程度没有强结晶水那么高，脱水温度也不高，在100℃~200℃以上即可脱去，而且不会导致晶格的破坏^[11]。当水泥混凝土处于不平衡状态或者水泥在水化时，材料内部的水分形式是可以相互转化的。在水化过程中，自由水和吸附水会逐渐转变为结晶水；在干燥过程中，吸附水会逐渐转变为自由水；在湿润过程中，一部分自由水会转变为吸附水。由于水泥基材料中水分存在形式难以确定，表层和内部含水量可能不一样，因此要精确测定混凝土中的水分分布和形式是非常困难的，现有技术一般只能将它们作为一个整体来考虑或者通过其他参数比如相对湿度等来间接表示材料内部的水分含量^[12]。

2.2水分传输形式

水分在水泥混凝土中传输的机理主要有：渗透传输，毛细管吸收引起的传输以及气相扩散等^[13]。渗透传输主要是指水饱和材料在外部压力作用下的传输过程。一般情况下，材料很少处于完全饱水状态，因此,毛细管吸收和扩散传输起主导作用。毛细管吸收主要是在毛细吸附力作用下液相水传输；扩散传输主要指离子在浓度差条件下，或蒸汽在相对湿度差条件下的气相传输过程。离子在水泥基材料内部的传输则必须靠溶液的传输。