辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010206
1 中南大学土木工程学院，长沙 410075高速铁路建造技术国家工程研究中心，长沙 410075
2 山东中建城市发展有限公司，济南 250014
3 东南沿海铁路福建有限责任公司，福州 350013
4 中国铁路南昌局集团有限公司，南昌 330002
盐雾湿润-干燥循环作用下，处于潮汐区、浪溅区、大气区等近海地区的海工混凝土耐久性加速劣化，内部钢筋锈蚀风险增高。考虑配合比、干湿比和暴露时间等参数影响，基于盐雾湿润-干燥循环试验，结合分层磨粉-电位滴定的测试方法，对近海环境水泥基材料中氯离子扩散规律展开研究。结果表明：盐雾湿润-干燥循环作用下，砂浆内氯离子的沉积与传输主要受干湿比、水胶比和暴露时间等影响，其中，水胶比的影响最为显著，干湿比对其影响较小。氯离子峰值浓度Cmax与有效扩散系数Deff随着砂浆水胶比的增大而增加。提高粉煤灰掺量、增加干湿循环次数后，Cmax呈现典型先增高后降低的趋势。随着暴露时间的延长，Deff减小；随着粉煤灰掺量的增加，Deff先增后减。选用较低水胶比混凝土，引入粉煤灰可有效延缓氯离子的侵蚀速率，进而提升结构的耐久性能。
近海地区 干湿循环 氯离子传输 有效扩散系数 耐久性 offshore wet-dry cycle chloride transport effective diffusion coefficient durability
1 青岛理工大学土木工程学院，青岛 266520
2 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室，南京 211189
石灰石微粉等辅助性胶凝材料部分取代水泥可有效降低建筑材料领域的碳排放，但其对耐久性方面的影响仍需进一步探索。通过抗压强度、自然浸泡氯离子、电迁移加速氯离子传输等测试，探讨了石灰石微粉掺量、原材料细度以及水胶比等因素对水泥基材料氯离子传输的影响规律。根据物相组成和孔结构特征研究了石灰石微粉对体系微结构的影响，结合宏观性能与微观分析结果深入讨论了体系的抗氯离子传输能力与物相组成、孔隙曲折度、最可几孔径的关系。结果表明，在水泥-石灰石微粉体系中，当石灰石微粉掺量低于15%(质量分数)时，石灰石微粉对体系的抗氯离子传输性能影响较小，结构因子可有效衡量体系的抗氯离子传输能力。物相组成和孔隙曲折度与氯离子传输的相关性较低，最可几孔径是影响氯离子传输的最主要因素。
石灰石微粉 氯离子传输 结构因子 最可几孔径 物相组成 孔隙曲折度 limestone powder chloride ion transport formation factor critical pore size phase assemblage pore tortuosity
1 青岛理工大学土木工程学院, 青岛 266520
2 青岛理工大学海洋环境混凝土技术教育部工程技术研究中心, 青岛 266520
3 中国科学院海洋研究所, 青岛 266071
氯离子传输是影响海洋工程钢筋混凝土服役寿命的关键因素。海洋大气中的氯离子可导致钢筋严重锈蚀, 使混凝土结构的承载力降低和耐久性退化, 严重威胁海洋工程钢筋混凝土结构的服役安全。但盐雾环境下的氯离子在混凝土中的传输机制极为复杂, 呈多因素特征, 需精确的盐雾试验来研究, 并需要针对性更强的模型来描述其传输行为。鉴于此, 本文对国内外盐雾环境下混凝土中氯离子传输的研究现状进行了系统综述, 总结了海洋盐雾环境下探究混凝土中氯离子侵蚀的试验方法, 讨论了影响氯离子传输的因素, 归纳了氯离子传输模型, 为海洋大气环境下钢筋混凝土结构的工程实践及科学研究提供借鉴和参考。
盐雾环境 混凝土 氯离子传输 测试方法 影响因素 传输模型 salt spray environment concrete chloride ion transport testing method influence factor transport model
1 福州大学土木工程学院,福州 350116
2 福建工程学院土木工程学院,福州 350108
3 福建鸿生材料科技股份有限公司,福州 350314
本文通过氮气吸附和脱附试验对超高性能混凝土(UHPC)的孔结构进行分析, 研究了钢纤维体积掺量和矿物掺合料体积掺量对UHPC在不同静水压力作用下氯离子传输行为的影响, 并结合扫描电镜和能谱仪进行UHPC的微观形貌分析。结果表明: 钢纤维的掺入增大了UHPC基体孔隙体积, 矿渣的掺入能够降低基体孔隙率, 早期蒸养后再标准养护至28 d时, 大量掺入粉煤灰会使总孔隙率增大; 随着静水压力的增大, 同一深度下的氯离子浓度和表观氯离子扩散系数也增大, 在2 MPa作用下更为显著; 自由氯离子含量和总氯离子含量呈线性关系, 钢纤维的掺入降低了氯离子结合能力, 而矿渣和粉煤灰的掺入能有效提升氯离子结合率, 氯离子结合率最高可达到46.29%; 扫描电镜和能谱分析试验发现钢纤维锈蚀仅发生在UHPC表面。
超高性能混凝土 静水压力 孔结构 氯离子传输 氯离子结合能力 表观氯离子扩散系数 ultra-high performance concrete hydrostatic pressure pore structure chloride ion transport chloride binding capacity apparent chloride diffusion coefficient
1 长安大学公路学院, 西安 710064
2 在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室, 南京 211112
沿海干湿交替环境下的氯离子传输方式和影响机理等问题是混凝土耐久性研究的主要内容, 描述混凝土内部氯离子传输行为的计算模型通常由偏微分方程组成, 求解方法较为复杂。为了简单而相对精确地分析氯离子的传输过程, 本文提出了计算修正Fick定律模型中对流区深度参数Δx的新途径, 通过综合考虑混凝土细观尺度组成、环境温度场变化、水分迁移和氯离子传输等因素, 建立起干湿交替区域氯离子传输的计算模型, 依据该模型可以较为准确地得到Δx的数值, 进而对不同服役环境中的氯离子传输展开分析, 根据计算结果给出考虑服役时间、日平均气温和干燥湿润时间比等参数的对流区深度Δx时变公式。这些公式提高了预测干湿交替环境中氯离子传输的修正Fick定律模型的适用性与准确性, 可为干湿交替环境中的混凝土结构耐久性设计提供了简单有效的计算方法。
混凝土 干湿交替环境 氯离子传输 修正Fick定律 对流区深度 环境温度场 concrete dry-wet alternate environment chloride ion transport the modified Fick’s law convection zone depth ambient temperature field
1 西北工业大学 光电与智能研究院，陕西 西安 710072
2 安徽工程大学 化学与环境工程学院，安徽 芜湖 241000
液晶态兼具了固态和液态的优点，作为电解质材料可以兼顾安全性、离子传输率、加工性能、电化学稳定性和界面相容性等特点，受到了越来越多的关注和研究。热致液晶材料可以通过自组装构筑完整的一维、二维或三维离子传输通道，它是电解质研究中广泛关注的领域，特别是近晶相液晶态电解质构筑的稳定二维锂离子传输通道受到了广泛关注，相较于其他液晶态电解质如柱状相、双连续立方相或离子型液晶，在离子传输率方面具有明显优势。本文主要综述了热致液晶材料作为离子电池电解质的起源、发展及其所具备的结构特点，并详细介绍了近年来液晶态电解质的国内外研究进展和应用现状。
液晶 离子电池 电解质 离子传输 liquid crystal ion battery electrolyte ion transport
北京工业大学 材料科学与工程学院, 北京 100124
电致变色WO3的离子传输动力学过程对其变色性能和循环稳定性具有重要的影响。离子传输过程涉及到WO3电极的结构变形、相转变等复杂过程, 导致通过传统的电化学阻抗谱很难进行有效研究。计时电位法是通过施加电流, 测量电极材料响应电位的一种电化学表征方法。与其它电化学表征方法(阻抗谱法和伏安法)相比, 该技术能够直接探测溶液-电极系统中不同状态下的电压分布, 并经常被用于研究电极系统中的物质传输动力学行为, 例如电极表面附近的质子吸附和传输现象。本工作采用计时电位技术研究和调控WO3薄膜中的离子传输行为, 结果表明: 大的Li+离子插入通量可拓宽WO3/电解质界面处离子的传输通道, 有助于离子传输动力和光响应速度的提升。然而, 反复的离子插入/抽出行为会通过“离子球磨效应”减小WO3/电解质界面处WO3晶粒的尺寸, 使得WO3薄膜的致密性增强, 阻碍离子传输和电解质渗透, 导致插入的Li+及反应产生的LixWO3在WO3结构中不可逆积累, 薄膜的光学调制幅度和电致变色活性明显下降。该工作为电极材料中离子传输动力学分析和离子传输行为控制提供了一种有效的方法。
