控制水泥基材料传输性质的研究

水泥基材料的性能是随时间和环境条件变化而变化的。水泥基材料的使用寿命与通过其中的离子和质量的传输特性密切相关。本研究拟通过对水泥基材料体系中孔溶液的成分、性质和传输过程的分析，建立其中离子的传输过程与水泥浆体孔结构以及与电性能之间的关系；通过研究不同组成和不同外部介质作用的水泥浆体的微观结构和组成，揭示离子传输过程所引起的水泥基材料内部的相互作用的规律；通过总结外部因素（电场、磁场、浓度、压力等）对离子传输过程的影响规律，探讨和建立控制离子传输过程的有效方法。在此基础上，发展检测和诊断水泥基材料内部早期病害的新方法；发展以特定离子的定向运动和局部化学反应为基础的水泥基材料缺陷的修补新技术。 2100433B

水泥基透光材料（LTCM）是一种全新的透光材料，大量的光纤以一定空间排列组合方式埋入水泥基体材料中，作为传输光线的导体以实现水泥混凝土透光传像等效果。其具有良好的透光性能、结构性能和多变的装饰效果，在促进建筑照明节能、建筑装饰领域具有广阔的应用前景。课题在大量试验研究和理论分析的基础上，提出了水泥基透光材料的材料优选方法及制备工艺，并对其综合性能进行了研究，具体研究内容和成果如下： 　对LTCM的组成和光纤选用进行了研究，制备了以硅酸盐水泥及硫铝酸盐水泥为基体的高强自密实水泥净浆和砂浆；研究了光纤的空间结构分布的设计方法；提出了LTCM的多种制备工艺：光纤平行排列法制备技术、纺织光纤制备技术和特殊设计透光形式制备技术及其它三种制备透光水泥基材料的方法。 　 研究表明：加入减水剂和消泡剂，辅以活性矿渣，控制集料粒径，可研制出高流态、自密实、低吸湿性、高强度的硅酸盐水泥基体材料及具有微膨胀性的硫铝酸盐水泥基材料；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）质光纤，其透光性能和力学性能均优于玻璃质多模光纤；应用纺织光纤技术将有机光纤纺织成为3D、2D或单层光纤织物辅以特制模具，可实现光纤空间结构设计；固定好预制纤维空间网络结构后，灌注水泥基体材料，制备出具有设计透光形式的LTCM。 　 对具有不同纤维体积分数、空间网络结构形式和水泥基体的LTCM的综合性能与微结构进行了研究。研究表明：LTCM比纯水泥基体的抗压强度有所降低，且使用3D光纤织物的抗压轻度较2D有所提高；透光率随着芯纤直径和光纤掺量的增加而提高，随着光源和试块之间距离的增加而减小。微观结构表明：玻璃质多模光纤和PMMA质光纤的断面均呈圆形，内部为芯纤，外部为保护芯纤的包层，但PMMA质光纤的外部包层比玻璃质多模光纤的要薄，且光纤断面比玻璃质光纤断面平整，其透光率远高于玻璃质多模光纤。 　对LTCM的耐久性及其对透光性能的影响进行了研究。在80℃水浴条件下进行了短期加速老化试验，PMMA光纤老化前后红外光谱分析表明：老化后LTCM透光性能的衰减主要是由PMMA芯材受到高温和潮湿引起的热老化导致，同时光纤的折射率受温度和水分的影响也增加了光纤能量的损耗。应用MATLAB，建立了LTCM透光性能的模拟与预测模型，所编程序的模拟结果与试验测试结果趋势相同。

水泥基透光材料是一种全新透光材料，大量的光纤以一定空间排列组合方式埋入水泥基体材料中，并作为传输光线的导体以实现水泥混凝土材料透光传像等特殊效果。该类材料具有良好的透光性能、结构性能、保温隔热性能和多变的装饰效果，是水泥混凝土材料认识和观念上的一次革命，在促进建筑照明节能、建筑装饰领域具有广阔的应用前景。目前国内外对该类材料鲜有研究报道，本项目将研制出透光性能优异、具有良好力学性能和耐久性能的水泥基透光材料。探明水泥基体材料特性、光纤性能及其空间结构形式、复合材料制备工艺等诸多因素对透光材料综合性能的作用机制，掌握水泥基透光材料在服役过程中的透光性能、力学性能与耐久性的演化规律，提出其影响机制与调控方法，建立模拟与预测水泥基透光材料性能的模型。上述研究内容与成果具有显著的创新性，对于推动水泥基透光材料的研究和发展具有重要的科学意义和实用价值。

针对工程界了解水泥基工程材料长期稳定性的需要，本课题提炼出其中的一个重要科学问题作为研究内容，即液态流体在水泥基材料裂缝开裂面上的传输与物质交换过程。研究涉及工程材料，流体力学和表面科学，具有明显的学科交叉的性质。课题在分析了影响流体和开裂面物质交换的内在和外部因素的基础上，采取先分析后综合的研究思路。分别研究液态流体在狭窄开裂表面之间的流动特性、流体与开裂表面的物理作用和化学作用，最终建立液态流体在开裂面之间的传输与物质交换理论。课题的完成可望在科学层次和应用层次取得多点原创成果：在科学层次上有可能明确液态流体在狭窄粗糙面间的流动行为、建立水泥基材料表面物质交换理论；在工程层次上有可能为裂缝对水泥基工程结构材料的长期与超长期稳定性的真实影响进行定量分析。