【摘 要】
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气体渗透性是水泥基材料耐久性的重要指标,而孔隙结构是决定渗透性大小的关键因素。系统研究水泥基材料的孔隙结构及气体渗透性,建立基于气体渗透率的混凝土寿命预测模型,对完善结构混凝土耐久性评估体系、提高耐久性设计水平具有重要的理论意义和工程实用价值。本文使用压汞法、氮气吸附法等现代微观测试技术,定量表征了水泥基材料的孔隙结构,并提出了一种利用气体测量多孔材料孔隙率的方法。运用准稳态流动法测试了干燥条件以
【基金项目】
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国家自然科学基金（51878153）“带裂缝混凝土的非饱和传输特性试验与理论研究”；
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气体渗透性是水泥基材料耐久性的重要指标,而孔隙结构是决定渗透性大小的关键因素。系统研究水泥基材料的孔隙结构及气体渗透性,建立基于气体渗透率的混凝土寿命预测模型,对完善结构混凝土耐久性评估体系、提高耐久性设计水平具有重要的理论意义和工程实用价值。本文使用压汞法、氮气吸附法等现代微观测试技术,定量表征了水泥基材料的孔隙结构,并提出了一种利用气体测量多孔材料孔隙率的方法。运用准稳态流动法测试了干燥条件以及含非饱和水状态下水泥基材料的气体渗透率,并建立了标准化的试验流程。基于压汞试验数据提出了一种预测水泥基材料气体渗透率的管束模型。主要研究结果如下:（1）水泥基材料的孔隙结构以及气体渗透性受水胶比、骨料以及矿物掺合料的影响,其固有渗透率范围在5.03 × 10-18～1.08 × 10-16 m2之间。随水灰比的增加,孔隙率和气体渗透率均增加;在0.5水灰比条件下,气体渗透率大小为:水泥净浆>混凝土>砂浆;30%以内的粉煤灰取代量和10%以内的石灰石粉取代量能有效降低砂浆的气体渗透率,而20%及以上的石灰石粉取代量则会增加砂浆的气体渗透率。（2）综合考虑水泥基材料的预处理过程和测试关键参数,建立了标准化气体渗透性测试流程:通过制备直径50 mm、高度100 mm的圆柱体水泥基材料,利用真空饱水机和干燥箱（60℃）使样品达到不同水饱和度;采用5MPa围压,并依次测试相对压力为5 bar～25 bar进气压下的表观气体渗透率,每个压力测试时长300 s,最后利用Klinkenberg公式回归得到固有渗透率。（3）干燥条件下的砂浆材料固有渗透率ki与压汞孔隙率和中值孔径平方的乘积呈正比,与曲折度呈反比,即ki∝φMIPd2median/τGM;在含非饱和水的状态下,水泥基材料的相对气体渗透率krg与水饱和度Sw的关系可由Van Genuchten-Mualem（VGM）模型拟合。无论是干燥条件还是含非饱水状态,水泥基材料的固有渗透率ki与滑移因子b均满足b=α × ki-β的拟合关系。（4）基于压汞法试验数据提出的管束模型,考虑了水泥基材料的孔隙分布和不同气体渗流模态,能较好地预测干燥条件下水泥基材料的固有渗透率相对大小,以及表观气体渗透率中各渗流模态所占比例。最后借助曲折度放大因子成功将该模型推广到含水状态下的相对渗透率的计算,与试验值吻合良好。
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