负温环境海水水泥基材料欧姆热养护性能研究

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严寒地区混凝土结构无法形成强度一直是一大难题,传统冬季施工养护方法由于能源消耗大、强度形成慢等缺点并不适合用于严寒地区的养护工作,同时沿海严寒地区海水资源丰富,若用以制备混凝土势必会大大降低建筑成本,所以在保证构件中氯离子的含量处于国家标准的范围之内使用海水制备混凝土是未来设施建设的可行方案。欧姆热养护作为一种养护方式具有早期强度形成快、克服严寒环境等优点,若混凝土在欧姆热养护过程中可以降低有害氯离子含量,则其可以作为严寒沿海地区施工养护的新途径。本文以碳纤维作为导电相在新拌海水水泥基材料中构筑导电通路,利用碳纤维的欧姆热效应使海水水泥基材料自身发热,保证其在低温环境下的养护温度,加快早期强度的形成。同时研究了欧姆热养护对海水水泥基材料各项力学性能、氯离子固化量及微观特征的影响,也对海水水泥基材料力学性能及氯离子固化量增强措施进行了研究。主要研究内容及成果如下:首先,对碳纤维海水水泥基材料的制备工艺进行了研究,通过一系列实验对新拌海水水泥基材料电阻及电热稳定性的分析,确定了合适的制备工艺,确保基体具有良好的导电通路;采用梯度功率养护制度减少新拌海水水泥基材料在加速阶段的热膨胀效应。研究了欧姆热养护过程中交变电场对于海水水泥基材料基体中氯离子固化量的影响,合理的推测海水水泥基材料中的氯离子在交变电场作用下的结合方式。其次,研究了负温环境下欧姆热养护海水和普通水水泥基材料在不同养护方式下的力学性能,研究发现以海水制备水泥基材料可以加速其早期强度的形成。研究了以上实验组的孔结构、水化产物和氯离子固化量并进行扫描电镜分析(SEM),测试结果显示海水水泥基材料对比普通水水泥基材料水化产物复杂,影响力学性能的有害孔隙更少,以上优势在欧姆热养护海水水泥基材料中进一步增强。此外,欧姆热养护对于海水水泥基材料氯离子固化量的提升有显著的促进作用。最后,以提高海水水泥基材料力学性能和氯离子固化性能,适用于更严苛的工况为目的进行了研究。掺入辅助胶凝材料进一步提升其性能,本文以偏高岭土为代表,研究了负温环境下欧姆热养护偏高岭土海水水泥基材料的力学性能,确定其力学性能最优掺量为15%,氯离子固化量最优掺量为10%。并对负温环境下欧姆热养护海水水泥基材料的孔结构和水化产物进行了研究,压汞法(MIP)、热重分析(TG)等测试方法结果显示,掺入偏高岭土后进一步促进基体生成更多的水化产物,使试件力学性能提升;提高了试件无害孔含量,促进氯离子固化。
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