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随着“一带一路”、“西部大开发”和“海洋强国”等国家战略的实施,大量基础设施不断兴建,混凝土因其廉价、来源广、工作性能良好等优点而被广泛应用,水泥用量快速增加,同时水泥生产造成的环境污染且能耗大等问题令人堪忧。为了满足发展需求和促进环保节能,大量矿物掺合料被引入混凝土制备中,造成现代混凝土原材料组分多样化,水化反应复杂化,硬化后微结构和耐久性能也异于普通混凝土。混凝土中孔溶液的组成和性质,及其在水化硬化过程中的变化规律不仅关系到多元胶凝体系各组分的水化程度和速率、水化产物的种类和数量,而且还影响混凝土的力学性能和长期性能,同时也为混凝土的耐久性研究提供理论支撑。本文基于多孔介质理论与复合材料理论,研发新型试验方法与测试手段,结合现代分析测试技术,以试验研究与模拟相结合,首先研究混凝土常用原材料-水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰离子溶出性质,从纯水和饱和Ca(OH)2溶液的角度系统研究了原材料离子溶出过程、特征和规律及颗粒表面带电性能的时变规律,同时以温变合金为混凝土孔结构侵入介质实现了现代混凝土三维孔结构的可视化表征,最后以计算机模拟与试验相结合的方法研究了混凝土孔溶液离子浓度和电导率的时变规律及孔结构的特征变化。得到以下研究成果:(1)现代混凝土原材料的滤液性质基于溶出法,分别采用纯水和饱和Ca(OH)2溶液浸泡现代混凝土常用原材料-水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰,系统测试了溶出液离子种类、浓度、电导率及悬浮液Zeta电位。结果表明饱和Ca(OH)2溶液促进了固体颗粒刻蚀溶解,增加了溶出液中K+、Na+、OH-、Ca2+和S042-浓度,降低了粉煤灰、矿渣和硅灰溶出液中SiO44-浓度,提高了溶出液电导率。饱和Ca(OH)2溶液降低了水泥和粉煤灰悬浮液初始Zeta电位,增加了矿渣和硅灰悬浮液初始Zeta电位。(2)现代混凝土的孔溶液性质基于离心法和高压萃取法分别提取硅酸盐水泥、水泥-粉煤灰、水泥-矿渣和水泥-硅灰体系净浆早龄期和长龄期孔溶液,研究了水灰比、矿物掺合料种类与掺量对孔溶液离子浓度、pH和电导率时变规律影响,定量分析了不同因素对孔溶液影响程度。结果表明相对0.3水灰比硅酸盐水泥体系早龄期和长龄期孔溶液,0.4、0.5和0.6水灰比降低孔溶液离子浓度的程度均值分别为27.91%、43.68%、65.37%和19.39%、37.29%、50.58%。粉煤灰、矿渣和硅灰未明显改变孔溶液离子浓度、pH和电导率变化趋势,但降低了其数值。相同单掺量(10%)粉煤灰、矿渣和硅灰降低了孔溶液离子(K+、Na+、OH-、Ca2+和SO42-)浓度和导电率,影响程度均值分别为29.42%、38.88%、51.72%和25.94%、43.89%、46.50%。(3)现代混凝土三维孔结构的可视化研发了 Nano X-ray CT联合温变合金三维可视化表征孔结构的新方法,显著提高了CT图像中孔与固相对比度,可以提取孔参数,为可视化三维孔结构提供了有力工具,并利用该方法研究了水灰比和养护龄期对水泥净浆孔结构的影响。应用Nano X-ray CT扫描重建了三维孔结构,实现了可视化研究,基于像素灰度值差异,提取了孔隙率、孔径分布等参数,为现代混凝土孔结构的研究提供理论基础。(4)现代混凝土孔溶液离子浓度和电导率的模拟与验证基于CEMHYD3D模型,根据蒙特卡洛随机分相法,耦合粉煤灰、矿渣和硅灰水化机理,构建了水泥-粉煤灰、水泥-矿渣和水泥-硅灰二元水泥基材料水化模型。根据溶度积参数和电荷守恒原理,实现了现代混凝土孔溶液离子浓度与电导率演变规律的模拟,并与试验结果进行对比验证,为现代混凝土孔溶液离子浓度、pH和电导率的快速获取提供了新方法。