水泥基材料开裂界面的流体传输与物质交换

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。

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

水泥混凝土易于塑性失水收缩开裂的缺陷对其力学性能和耐久性能以及混凝土工程质量影响显著，探索水泥混凝土塑性收缩开裂过程中的力学行为、建立相应本构关系以及研究解决相关关键科学问题对掌握水泥混凝土塑性力学特性具有重要的科学意义。本项目在建立水泥基材料塑性抗拉强度、塑性毛细管失水收缩应力的测试方法基础上，系统研究水泥基材料组成参数、初始结构参数、环境参数以及约束度参数等因素对塑性阶段水泥基材料开裂力学性能的作用规律，采用甄别分处处置不可量化影响因素；构建基于材料科学观点的水泥基材料塑性收缩开裂本构关系；阐明水泥基材料塑性收缩开裂机理；提出水泥基材料塑性开裂与否的分段判据，实现对水泥基材料塑性开裂行为预测。研究成果可为解决混凝土塑性收缩开裂的科学问题与关键技术提供科学指导，具有重要的理论意义和应用价值。