水泥基材料中离子迁移过程可视化表征与量化分析
水泥作为广泛应用的建筑材料,其筑成的钢筋混凝土结构成为最普遍的建筑形式。钢筋混凝土结构除了考虑结构的安全性、适用性以外,其耐久性也日益成为人们关注的重点。在众多滨海环境中,海水中氯离子引起混凝土结构中钢筋锈蚀成为了最突出的耐久性问题,甚至直接影响结构的安全性和造成严重的经济损失。所以,有效、精确表征水泥基材料中氯离子的分布特征（深度和浓度）对于建立有效的氯离子传输模型、预测水泥基材料的使用寿命具有重要意义。为此,广大学者研究了不同的测试方法表征氯离子在水泥基材料中的分布特征。但多数方法都存在一定的缺陷:测试精度不够,有损测试、耗时耗力、不适用内含氯离子的样品等特点。为了探索精确、无损、可视化的测试氯离子迁移的方法。在本研究中,采用X射线断层扫描技术（X-ray micro-Computed Tomography,XCT）无损、精确的检测氯离子在水泥基材料中的迁移行为。同时采用微观测试手段,如压汞测试、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）测试等,以解释XCT技术测得粉煤灰改善水泥基材料抗离子侵蚀的结果,主要的研究和结果如下:（1）建立了XCT技术表征氯离子在水泥基材料中分布特征的方法。验证了XCT技术中碘离子代替氯离子表征离子迁移的可行性。然后基于碘离子的电迁移,确定合适的直流电压（30V）和通电时长（1 h）驱动碘离子在小试样中迁移,获得有效的明显的测试结果。采用XCT技术进行断层扫描,确定有效的测试参数（X射线源参数、光源和样品以及探测器相对距离、测试时长等）,进而测得有效的XCT图像。（2）在利用XCT技术无损量化离子迁移的方法中,提出了完善、系统的CT数据图像处理方法,包括图像重构、射线硬化矫正、CT值归一化、CT值浓度量化等。利用此方法,无损、较为精确的测得电场驱动下离子在水泥基材料中的迁移深度和浓度分布。并和自动电位滴定的方法进行对比,验证了XCT技术测试离子迁移的准确性。（3）本研究中利用XCT技术可视化和量化掺粉煤灰水泥基材料中的离子迁移。XCT技术可以从二维的角度可视化不同配合比（粉煤灰掺量0%、10%、20%、30%）的水泥净浆试块中离子的迁移结果。粉煤灰掺量的增加,水泥基材料抗离子侵蚀的能力提高,可以通过用XCT技术量化的浓度分布曲线以及可视化的结果对比呈现。
- 作者：
- 吴育盛
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 董必钦
- 中图分类号：
- TU528
- 关键词：
- 水泥基材料；氯离子迁移；X射线断层扫描技术(XCT)；CT数据图像处理方法；离子迁移深度；浓度分布
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