同济大学材料学院蒋正武

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同济大学蒋正武教授可持续混凝土研究团队近日于Cement & ConcreteComposites杂志（2018-2019 IF=5.172，JCR工程技术一区，Top期刊）发表的最新研究成果Understanding thesulfate attack of Portland cement–based materials exposed to applied electricfields: Mineralogical alteration and migration behavior of ionic species。文章以地铁运行过程中杂散电流对混凝土的潜在危害为出发点，从科学的角度对电场作用下水泥基材料硫酸盐侵蚀的过程进行了定量研究，同时引入热力学平衡计算的方法，从物相变化与离子迁移的角度揭示了侵蚀机理。本项研究由蒋正武教授可持续混凝土研究团队发起，并得到了加州大学伯克利分校Paulo JM Monteiro教授团队、伦敦帝国理工学院Rupert J Myers博士团队的支持与合作。文章的通讯作者为同济大学蒋正武教授，第一作者为同济大学博士研究生李晨，末位作者为加州大学伯克利分校的Paulo JM Monteiro教授。

城市地铁隧道的钢筋混凝土结构处在地下水或含水土体中，当环境中含有较高浓度的SO42-时，SO42-侵入混凝土内部，可以引起硫酸盐侵蚀。在传统的硫酸盐侵蚀中，离子的传输是由浓度梯度所驱动的：外部环境中高浓度的SO42-向混凝土内部扩散，而混凝土孔溶液中的Ca2+、OH-、碱金属离子等也会扩散至外部环境中。然而，地铁列车的运行可能产生杂散电流，离子在电场的作用下发生定向移动（电迁移），除了改变环境中SO42-向混凝土内部的传输速率外，离子迁移方向的变化还会改变硫酸盐侵蚀的过程与机理。

本文通过实验模拟了电场作用下硫酸钠与硫酸镁对水泥净浆的硫酸盐侵蚀过程，并采用XRD Rietveld定量分析、SEM-BSE等方法对侵蚀过程中的物相变化进行了定量研究。通过对离子电迁移过程的分析与简化，提出了电场作用下硫酸盐侵蚀物相变化的热力学平衡计算方法（使用GEMS）。将热力学平衡计算获得的孔溶液化学环境信息与离子传输方程结合，分析了不同离子的迁移特征。文章揭示了电场作用下水泥基材料的硫酸盐侵蚀机理，对城市地铁钢筋混凝土结构的保护具有重要的指导意义，也为外加电场加速硫酸盐侵蚀试验的设计与优化提供理论依据。