水泥基材料界面过渡区（ITZ）结构属性与界面干扰的试验研究

总结与归纳了国内外近20年以来有关水泥混凝土界面过渡区(ITZ)的最新研究成果,并进一步阐述了ITZ形成机制与生成特点,提出了在水泥水化反应的早期微生成物具有大晶体优先(PBC)、大界面着床(CAI)与晶体外扩(CE)等三大属性。为了达到改善水泥基复合材料性能的目的,针对ITZ微环境,提出了表面能干扰和键能控制两大机理。首次提出了“氢键能”与“反氢键能”概念来阐述对水分子的干扰机理,通过抑制CH与AFt晶体优先生长与晶体着床属性,来削弱其生长发育,在空间和时间上使之有更多的C-S-H凝胶物质生成。研究试验中采用烷烃类非极性基团因子,并借助硅氧键Si-O,对集料表面进行修饰,形成低表面势能,使之产生干扰效应,从而实现阻滞或消除ITZ微环境的形成。通过对水泥砂浆试件的实验结果表明:干扰砂浆与普通砂浆相比,28 d抗压强度提高了67%,28 d抗折强度(替代法)提高了11%,干扰砂浆试件的吸水率降低了75%左右。根据干扰实验研究成果,对于水泥基材料的几个相关问题与概念提出了新的认识。

基于次级键与相平衡的混凝土盐冻破坏理论与试验研究

文中从分子次级键和水盐相平衡的观点出发,结合混凝土冻害现象、典型特征和试验验证分析,探讨了混凝土盐冻形成的过程和内在机制,提出了阴离子干扰作用力假说、差异化膨胀应力假说、分层结冰与絮状结晶效应假说。由此,从理论上比较完整地解释和论证了混凝土盐冻作用的机理。同时,指出了提高混凝土抗盐冻能力的技术原理和技术途径,以及今后需要深入研究的几个问题。

基于晶体表面悬键的沥青混合料水损坏机理研究

有关沥青混合料水损坏机理研究尚未形成公认理论体系,尤其微观尺度方面研究未见报道,严重影响了有关沥青路面各项性能的研究。文中从原子分子层面入手,研究剖析了不同性质石料与沥青、水三方相互间共同作用机制,提出了基于晶体表面悬键的水分子作用机理,建立起“晶体表面态”理论,进而提出“反氢键能表面修饰与强化界面键能”双机制作为改善水稳定性原则。研究试验了采用碳氢基团,并借助Si—O—Si键合对集料实施表面修饰,实现了双机制原则对油石界面的改善。结果表明基于晶体表面态理论和双机制原则改善的试验,不仅大大提高了油石界面抗剥离性能和水稳定性能,也能显著提高沥青混合料路用性能,最后指出了基于油石界面微结构的研究方向。

基于次级键与相平衡的混凝土盐冻破坏理论及试验研究

本文从分子次级键和水盐相平衡的观点出发,结合混凝土冻害现象、典型特征和试验验证分析,探讨了混凝土盐冻形成的过程和内在机制。提出了：（1）阴离子干扰作用力假说;（2）差异化膨胀应力假说;（3）分层结冰与絮状结晶效应假说等三个假说。从理论上比较完整地解释了和论证了混凝土盐冻作用的机理。同时,指出了提高混凝土抗盐冻能力的技术原理和技术途径,以及今后需要深入研究的几个问题。

基于矢量场作用的沥青路面力学模型理论研究

文中以经典力学为参考系,以力的内外效应为切入点,将矢量场和物理等效作为基本研究路径,提出“稳定性”为沥青路面终极目标的研究宗旨。首先,研究了影响沥青路面稳定性的四大效应,即粒料的尺寸效应、粒料的形貌效应、沥青的介质效应、界面效应;其次,分析了荷载重力场下粒料间的力学行为与响应模式,探究了压实与轮荷作用对沥青路面的重力场做功机制;然后,提出了沥青路面系统的荷载重力场通量与场势能、物理学自由度与稳定度等概念及模型;最后,在基本廓清了粒料、沥青介质及界面微结构对沥青路面稳定性的物理作用与影响机理的基础上,最终初步构建由三大模型支撑的沥青路面力学的“场作用模型”理论体系。这无疑,将会对沥青路面理论带来全新认知。