论文总字数：32280字

摘 要

钢筋混凝土结构中的氯离子引起的钢筋锈蚀是土木工程领域的一个常见问题，是影响结构耐久性的一个重要因素。随着时间的推移，环境中的氯离子会不断侵入混凝土结构中，因此及时有效的对混凝土的结构进行修复就显得十分必要。此外，在修复的同时，也需要考虑如何预防钢筋再次锈蚀的发生。

本文在传统的电化学除氯方法的研究基础之上，将碱性电解质溶液，改为动电纳米修复材料——氧化铝改性的氧化硅胶体，利用这种动电纳米胶体粒子对结构进行导入修复。本研究中首先可控制备了所需的动电纳米胶体粒子，制备要求为胶体带正电、pH处于3-4，电导率处于2-4mS/cm且胶体粒径小于等于24nm，最后使用电泳、红外等表征手段对胶体进行分析，确保胶体可以导入混凝土。

成型水泥砂浆并设计电导入装置对其进行一定时间的胶体导入，通过压汞法（MIP）、X射线衍射分析（XRD）、抗折抗压强度以及氯离子含量测试等手段对导入胶体的混凝土进行微观及宏观等方面的表征分析，实验结果说明：经过动电纳米胶粒导入混凝土处理之后的混凝土孔隙率有一定程度降低，且Al₂O₃与SiO₂等胶体粒子进入混凝土内部后，与孔溶液中的Ca(OH)₂的形成了C-S-H与C-A-H等增强相，提升了混凝土的强度。同时，通过创造氯盐环境对修复后的混凝土进行一定时间的氯离子再侵蚀实验后，发现氯离子含量相较于未处理的试块低20％，更进一步说明了修复后的混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力得到加强。

关键词：动电纳米胶体粒子，可控制备，氯离子侵蚀，性能修复，孔结构

The Mechanism of Improving Concrete Performance by using Electrokinetic Nanoparticles

Abstract

Chloride ion corrosion in reinforced concrete is a common problem in the field of Civil engineering,with the time goes by,it is necessary to repair the concrete.At the same time,we should also take how to prevent it happen again into consideration.

This paper is based on the research of traditional electrichemical method to remove chloride ion,change the alkaline electrolyte solution to electrokinetic nano colloidal particles-Silica gel which nature is changed by alumina,and we import it to realize the repairment of concrete.At first,prepare the particles controllablely,and the factors are as follows:Positively charged particles,PH between 3-4,conductivity between 2-4 and the particle size is less than 24nm.Furthermore,we analyze the particles using electrophoresis,infrared spectrum and so on to ensure the import.

Made plain concrete and import devices to import particles for some time,and carry on microscopic characterization analysis to the concrete which has already repaired by MIP,XRD,bending and compressvive strength and chloride ion content.And the experiments show:the porosity of concrete decreases for a certain extent after EN treatment,formate with Ca(OH)2 to C-S-H and C-A-H,these are enhancement items which can improve the strength of concrete.Meanwhile,through a period of time of eroding by creating chloride environment ,we find that the chloride content is lower 20％ compared to those were not treated,it proves deeply that the ability of resist eroding acquires enhancement.

KEY WORDS:Electrokinetic Nanoparticles,prepare controllablely,chloride ion corrosion,repairment of performance,structure of pore

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 氯离子腐蚀带来的损失 1

1.1.2 氯离子腐蚀钢筋混凝土机理 2

1.1.3 防止氯离子腐蚀的一般方法 3

1.1.4 传统电化学除氯方式及特点 4

1.2 国内外研究现状 5

1.3 课题研究思路与基本方法 6

1.4 课题关键点与难点分析 6

第二章 原材料、实验设备及实验内容 8

2.1 原材料及其性能 8

2.1.1 聚合氯化铝 8

2.1.2 硅溶胶 8

2.2 动电纳米粒子性能指标 8

2.2.1 pH值 8

2.2.2 粒径 9

2.2.3 带电性 9

2.2.4 电导率 9

2.3 技术路线及实验设备 9

2.3.1 切向流超滤实验 9

2.3.2 粒度测试 10

2.3.3 扫描电子显微镜观察（SEM） 11

2.3.4 透射电子显微镜观察（TEM） 12

2.3.5 傅里叶红外光谱分析（FTIR） 12

2.3.6 压汞测试 13

2.3.7 X射线衍射仪测试（XRD） 13

2.4 实验方案 14

第三章 胶体制备及其表征 16

3.1 动电纳米粒子的制备 16

3.2 动电纳米粒子的表征 16

3.2.1 铝硅比对动电纳米粒子的影响 16

3.2.2 反应温度对动电纳米粒子的影响 17

3.2.3 胶体粒子的带电性表征 18

3.2.4 电导率与pH的表征 19

3.2.5 胶体粒径的表征 29

3.2.6 动电纳米粒子的傅里叶红外光谱表征 20

3.2.7 透射显微表征 21

3.3 本章小结 22

第四章 混凝土的制备及其修复 23

4.1 混凝土的制备 23

4.1.1 配合比 23

4.1.2 混凝土制备过程 23

4.2 混凝土的修复 23

4.2.1 测强度部分的混凝土修复 23

4.2.2 其他表征的混凝土修复 24

第五章 修复混凝土的性能表征及机理分析 25

5.1混凝土孔分布、孔隙率表征及分析 25

5.1.1 吸水-脱水实验 25

5.1.2 压汞实验 26

5.1.3 孔分布及孔隙率改善机理分析 28

5.2 X射线衍射测试 28

5.3 混凝土强度测试 29

5.2.1 混凝土抗折强度测试 30

5.2.2 混凝土抗压强度测试 30

5.2.3 混凝土强度性能提升机理分析 30

5.4 氯离子含量分析 30

5.5 本章小结 31

1. 结论及展望 32

6.1 结论 32

6.2 展望 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

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