摘要
近海水泥土工程在海洋环境中遭受到海水腐蚀，长期处于腐蚀场地中的水泥加固体不可避免地受到腐蚀，常常引起水泥土基加固体发生严重劣化。但水泥土在海洋环境中需要面对的不仅仅是海水的腐蚀。在海洋潮汐交替过程中，靠近海平面段的水泥土结构物不仅需要面对海水涨潮后腐蚀离子的劣化，还要遭受退潮后海岸昼夜温差变化、脱湿吸湿反复交替、风化等各类海洋环境的影响，这对长期处于海洋环境中的水泥土地基的工程安全性及耐久性等造成了极大的挑战。 为解决这一工程问题，本文提出使用纳米材料改善近海水泥土的海洋耐久性，以增长水泥土加固体在近海环境中的使用寿命。由于纳米材料种类繁多，本文选用了四种被科研人员广泛研究的纳米材料来制作水泥土样品。通过无侧向抗压强度试验和扫描电子显微镜试验，确定最适用于改善海洋水泥土的耐久性的纳米材料种类和掺入量。然后模拟海洋涨潮退潮的环境将样品干湿循环养护，过程中记录样品的损伤表现。并对干湿循环后的样品开展无侧限抗压强度试验，进一步结合扫描电子显微镜(SEM)试验、X线衍射（XRD)物相成分测试及核磁共振（NMR）试验等多种研究手段，探究不同工况下（即不同腐蚀环境、不同纳米材料掺量）纳米水泥土的力学性能变化规律、微结构特点及孔隙结构演变过程，阐明纳米材料与土颗粒之间、纳米材料与水泥浆之间、复杂的反应过程，建立微观结构变化与纳米水泥土宏观力学特性关系，揭示海水腐蚀环境下纳米材料-水泥浆-土体系相互作用规律，阐明纳米材料改进和增强水泥土微观结构的固化机理和抗海水腐蚀机制。主要研究结论如下： （1）文中涉及的四种纳米材料对海洋水泥土耐久性（抗海水腐蚀能力）的改善由强到弱依次为：Nano-SiO2＞Nano-CaCO3＞Nano-TiO2＞Nano-Clay，其中Nano-SiO2的掺量为2.5%时改良效果最佳。 （2）海洋环境对水泥土的劣化效应，不仅表现在海水中离子与水化产物发生离子交换反应导致的水化产物溶出，潮汐涨落的产生的干湿循环效应对水泥土强度退化同样不容忽视 （3）在海洋环境中用水泥固化软土时掺入一定量的Nano-SiO2，提高了水泥土的力学强度和刚度，同时可以减缓海洋环境对水泥土的腐蚀速，提高海洋水泥土的力学稳定性。 （4）Nano-SiO2改善水泥土的耐久性与其结构填充取向和分布取向有关。而 Nano-SiO2能够改善水泥土和海洋耐久性是微粒效应，火山灰效应和成核效应共同作用的结果。 （5）掺入Nano-SiO2之后，致使水泥土劣化的生物数量减少，填充结构孔隙和胶结土体的物质增多，使结构更密实。表明填充在孔隙间的Nano-SiO2参与水化反应，生成水化硅酸钙，填充孔隙抵御SO42?对水泥土的入侵。核磁共振试验结果发现，Nano-SiO2颗粒对水泥土孔隙的填充取向是优先填充小孔隙，说明纳米材料的微粒填充效应也能抵消了一部分SO42?的腐蚀效应对水泥土的劣化。 （6）普通水泥土中掺入Nano-SiO2之后，氯铝酸钙的生成数量减少，参与生成水化硅酸钙的反应物数量增加，结构的劣化程度降低，填充结构孔隙和胶结土体的物质增多，使结构更密实，提高了力学强度。填充在孔隙间的Nano-SiO2与由于Cl-腐蚀溶出的游离的阳离子结合（Ca2+、Al3+），生成胶凝水化产物填充孔隙；同时减少了阳离子的表面吸附面积，减缓了Cl-入侵。
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