摘要
氯离子进入混凝土会引发钢筋锈蚀而缩短钢筋混凝土结构使用寿命，是滨海工程结构面临的耐久性难题。超高性能水泥基材料（UHPCC）具有优异的抗氯离子渗透性而避免或延缓钢筋锈蚀速率，从而确保工程结构在服役期内的安全运营。纳米填料因其纳米中心效应可进一步提高UHPCC的抗氯离子渗透性而满足复杂环境下对工程结构使用寿命的需求。然而，由于纳米填料种类较多，已有的UHPCC抗氯离子渗透性研究结果存在较大差异，而且对纳米填料复合UHPCC氯离子结合能力方面的研究少有开展。因而，本论文主要研究不同纳米填料对UHPCC抗氯离子渗透性能和氯离子结合能力的影响规律，并通过观察微观形貌和分析化学组成探讨不同纳米填料复合UHPCC的改性机理。主要研究内容和结论如下： （1）制备了不同维度的纳米填料（零维：二氧化硅/锆/钛(NS/NZ/NT)；一维：碳纳米管主要有不同长径比(M1、SM1、M5、SM5)、羟（羧）基化(MH1、MC1、SMH1、SMC1)、石墨化(GM5)、螺旋状(HIM)、薄壁大内径(LIM)，碳纳米纤维(CNF)；二维：氮化硼(BN)）和不同掺量的UHPCC，通过氯离子快速迁移实验(RCM)测定UHPCC的氯离子扩散系数表征其抗氯离子渗透性。实验结果表明，纳米填料可以提高UHPCC的抗氯离子渗透性。在零维纳米填料中，当NS/NZ掺量为1%时，UHPCC的抗氯离子渗透性提高了89.62%/87.48%。在一维纳米填料中，当不同长径比的M1/SM5在掺量均为0.25%时， UHPCC抗氯离子渗透性提高70.69%/74.14%；羟（羧）基化处理的MH1/SMH1在掺量为0.25%/0.5%时，UHPCC抗氯离子渗透性提高73.03%/72.91%。二维纳米填料BN当掺量为0.5%时，UHPCC抗氯离子渗透性提高73.64%。 （2）通过电位滴定测定RCM实验后UHPCC基体内部氯离子含量，比较了自由氯含量与结合氯含量差异，采用Langmuir 和Freundlich氯离子结合等温线定性分析了复合UHPCC氯离子结合能力。分析结果表明，零维纳米填料NS/NZ可提高UHPCC氯离子结合能力，当NS掺量为1% 时，UHPCC氯离子结合能力最高。一维纳米填料整体上降低了UHPCC氯离子结合能力。不同长径比的CNTs，只有M1和SM1可以提高UHPCC氯离子结合能力；羟（羧）基化处理的CNTs明显降低了UHPCC氯离子结合能力，UHPCC氯离子结合能力随着MH1和MC1掺量变化而发生明显变化；GM5/LIM/CNF降低了UHPCC氯离子结合能力；二维纳米填料BN对UHPCC氯离子结合能力基本无影响。 （3）采用SEM-EDS观察了UHPCC基体和界面过渡区处的微观形貌，扫描了特征元素分布情况并计算了Ca/Si比和Cl/Ca比。研究结果表明，纳米填料分散性较好，能够提高UHPCC水化程度，降低Ca/Si比，使基体变得更加致密；对照组UHPCC基体氯元素含量明显高于实验组，当Ca/Si比在0.8-1.0范围内，Cl/Ca比明显较低；纳米填料能够改善UHPCC界面结构，氯离子在界面过渡区发生了富集效应。当Ca/Si比在0.8-1.0范围内时，Cl/Ca比变化幅度较小，而当Ca/Si较低或较高时，Cl/Ca比则存在明显变化。零维纳米填料对UHPCC在基体和界面改善效果要优于一维纳米填料和二维纳米填料。
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