碩士論文規(guī)范樣板

1、學術(shù)型碩士博士（打印時刪除）隸書，二號，加粗居中，單倍行距，段前0.5行選填：碩士或者博士校標尺寸(cm)：2.6×10.0，居中碩/博士學位論文 黑體，二號，加粗居中，單倍行距中文論文題目仿宋，三號，單倍行距，縮進4.5字符姓 名：學 號：所在院系：學科門類：學科專業(yè)：指導教師：副指導教師：（如有副導師或校外導師，可在此填寫） 二一年五月宋體，三號，單倍行距，居中職業(yè)型碩士博士（打印時刪除）隸書，二號，加粗居中，單倍行距，段前0.5行選填：碩士或者博士校標尺寸(cm)：2.6×10.0，居中碩/博士學位論文隸書，四號，加粗居中，單倍行距 （專業(yè)學位） 黑體，二號，加粗居中

2、，單倍行距中文論文題目仿宋，三號，單倍行距，縮進4.5字符姓 名：學 號：所在院系：職業(yè)類型：專業(yè)領(lǐng)域：指導教師：副指導教師：（如有副導師或校外導師，可在此填寫） 二一年五月宋體，三號，單倍行距，居中同等學力碩士博士（打印時刪除）隸書，二號，加粗居中，單倍行距，段前0.5行選填：碩士或者博士校標尺寸(cm)：2.6×10.0，居中碩/博士學位論文隸書，四號，加粗居中，單倍行距 （同等學力） 黑體，二號，加粗居中，單倍行距中文論文題目姓 名：學 號：所在院系：學科門類：學科專業(yè)：指導教師：副指導教師：（如有副導師或校外導師，可在此填寫） 二一年五月仿宋，三號，單倍行距，縮進4.5字符宋

3、體，三號，單倍行距，居中校標尺寸(cm)：2.6×10.0，居中A dissertation submitted toTongji University in conformity with the requirements forthe degree of Doctor of PhilosophyTimes New Roman體，四號，居中，單倍行距，段前0磅，段后0磅Arial體，小二，加粗居中，單倍行距TitleCandidate: Student Number:School/Department: Discipline: Major: Supervisor: Times Ne

4、w Roman體，三號，單倍行距，縮進4.5字符Times New Roman體,三號，居中May, 20105cm左右中 文題仿宋，四號，加粗，行距16磅，段前段后0磅目 姓名5cm左右同濟大學此頁可下載學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解同濟大學關(guān)于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存學位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學位論文全文或者部分的閱覽服務；學校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機構(gòu)送交論文的復印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學?？梢赃m當

5、復制論文的部分或全部內(nèi)容用于學術(shù)活動。 學位論文作者簽名： 年 月 日 此頁可下載同濟大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。 學位論文作者簽名： 年 月 日同濟大學 碩/博士學位論文 摘要宋體，五號，Abstract部分用Times New Roman ，五號標題：黑體，三號，加粗居中，單倍行距，段前24磅，

6、段后18磅內(nèi)容：宋體，小四，行距20磅，段前段后0磅，首行縮進2字符摘要在實際工程結(jié)構(gòu)的服役過程中，由于非線性與隨機性的耦合作用，工程結(jié)構(gòu)特別是混凝土結(jié)構(gòu)的非線性反應具有不可精確預測的性質(zhì)。因此，從概率密度演化的角度考察工程結(jié)構(gòu)的非線性性狀是準確把握結(jié)構(gòu)非線性性能的必由之路。本文基于隨機結(jié)構(gòu)反應概率密度演化的思想對于隨機結(jié)構(gòu)分析理論進行了深入的探討，初步建立了隨機結(jié)構(gòu)反應概率密度演化的基本圖景。結(jié)構(gòu)靜力非線性分析是評價結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。對于具有雙線型廣義隨機本構(gòu)關(guān)系材料的結(jié)構(gòu)，其塑性截面分布狀態(tài)的演化過程即非線性損傷構(gòu)形狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程反映了結(jié)構(gòu)內(nèi)力演化的性質(zhì)。無記憶特性結(jié)構(gòu)的非線性損傷構(gòu)形

7、狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程具有馬爾可夫性，通過結(jié)構(gòu)的力學分析可建立風險率函數(shù)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率之間的關(guān)系，進一步考慮狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系，即可得到概率轉(zhuǎn)移速率矩陣。對于有記憶特性結(jié)構(gòu)及力-狀態(tài)聯(lián)合演化過程，可通過引入相應的記憶變量構(gòu)造向量馬爾可夫過程，并采用次序分析方法建立其確定性的概率密度演化方程。關(guān)于簡單結(jié)構(gòu)的情況進行了解析求解，并據(jù)以探討了結(jié)構(gòu)非線性構(gòu)形狀態(tài)演化的若干特征，發(fā)現(xiàn)了在實際應用中可能具有重要意義的穩(wěn)定構(gòu)形現(xiàn)象。討論了力-狀態(tài)的解耦問題?；诜蔷€性構(gòu)形狀態(tài)本身的性質(zhì)以及演化過程的規(guī)律，初步研究了可能的簡化與近似方法。 宋體，小四，行距20磅，段前段后0磅，“關(guān)鍵詞”三字加粗 最后，關(guān)于進一步工作的

8、方向進行了簡要的討論。關(guān)鍵詞：隨機結(jié)構(gòu)，馬爾可夫過程，非線性構(gòu)形狀態(tài)，差分方法31Tongji University Master/Doctor of Philosophy Abstract標題：Arial ，三號，加粗居中，單倍行距，段前24磅，段后18磅內(nèi)容：Times New Roman ，小四，行距20磅，段前段后0磅ABSTRACTIn practical engineering, the structures usually exhibits strong nonlinearity coupled with randomness of the involved parameters

9、. This makes it almost impossible to exactly predict nonlinear response of the structures, particularly for the concrete structures. To tackle the difficulty, it is necessary to capture the nonlinear performance of the structures in the sense of probability, instead of purely deterministic standpoin

10、t. The present thesis is the result of the efforts devoted to developing the probability density evolution method for analysis of nonlinear stochastic structures.In the finality, the problems requiring further studies are discussed.Times New Roman 小四，行距20磅，段前段后0磅，“Key Words”兩詞加粗Key Words: stochastic

11、 structure, Markov process, nonlinear configuration state, difference method同濟大學 碩學位論文 目錄標題：黑體，三號，加粗居中，單倍行距，段前24磅，段后18磅標題：宋體，小四號，行距18磅,，段前段后0磅，兩端對齊，頁碼右對齊目錄第1章 引言.11.1 概述.11.2 隨機結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)狀.11.2.1 線性隨機結(jié)構(gòu)分析.1.第3章 結(jié)構(gòu)非線性損傷構(gòu)形狀態(tài)的隨機演化分析.3.3.2 結(jié)構(gòu)非線性構(gòu)形狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程及其演化方程.33.2.1 結(jié)構(gòu)非線性構(gòu)形狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程分析.3.第7章 結(jié)論與展望.57.1 結(jié)論.57.2 進

12、一步工作的方向.5致謝.6參考文獻.7附錄A ××××.8個人簡歷、在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果.9同濟大學 碩/博士學位論文 中文題目1 第一章 緒論1.1 引言自1824年英國人Aspidin發(fā)明波特蘭水泥以來，水泥基材料（包括混凝土、砂漿及其他水泥制品）已成為世界上最大宗的建筑材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也是世界上應用最廣泛的土木工程結(jié)構(gòu)，在我國的基礎(chǔ)建設(shè)中占據(jù)著主導地位。但是從混凝土應用于建筑工程至今，大量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種原因而達不到預期年限，其中最主要的原因是結(jié)構(gòu)耐久性不足。由于結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計不足或失效，在使用階段常需要投入大量的成本本來維持

13、結(jié)構(gòu)設(shè)施的正常使用，而且這項開支隨著服役時間的延續(xù)而不斷增長。美國學者采用“五倍定律”來形象描述混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與經(jīng)濟價值之間的關(guān)系，即設(shè)計階段對鋼筋防護方面節(jié)省l美元，則后期修復鋼筋損傷費用增加5美元，修復混凝土表示順筋裂縫費用增加25美元，修復嚴重破壞損傷費用增加125美元。正是出于對結(jié)構(gòu)耐久性和修復經(jīng)濟性的考慮，越來越多的學者在混凝土耐久性的研究中考慮混凝土全壽命周期、修復工作量、修復時間、修復費用等問題，以期為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的修復提供指導 王增忠,施建剛. 考慮混凝土耐久性的建設(shè)項目全壽命經(jīng)濟分析A. 第14屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第三冊）C ,2005:6. 朱平華,金偉良.

14、 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的修復性評估方法J. 浙江大學學報(工學版),2006,12:2174-2179.。裂縫及微裂紋對結(jié)構(gòu)耐久性的影響是巨大的。水泥基材料自身雖具有一定的抗劣化性能，但是作為一種低拉伸應變和低抗拉強度的脆性材料，在制備和服役期間，受到內(nèi)外環(huán)境（如收縮、外部載荷、凍融、沖擊等）及施工缺陷的影響，極易在材料外部或內(nèi)部形成微裂紋。這些局部的微裂紋對結(jié)構(gòu)強度可能影響不大，但是對結(jié)構(gòu)耐久性影響巨大，如果不及時修復，在外界環(huán)境作用下，侵蝕性介質(zhì)會由此進入結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部，侵蝕內(nèi)部混凝土或鋼筋，從而影響材料或結(jié)構(gòu)的正常使用性能、縮短結(jié)構(gòu)服役壽命，甚至誘發(fā)宏觀裂縫的產(chǎn)生，使水泥基材料發(fā)生脆性斷裂，導

15、致突發(fā)的災難性事故。隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，十八屆三中全會提出推進城鎮(zhèn)化建設(shè)，未來我國的城鎮(zhèn)化及城市化進程將會進一步加速，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模也越來越大，各類高層及大型建筑，尤其是為緩解地上空間壓力而出現(xiàn)的地下大型公共建筑將會更多的出現(xiàn)在人們視野之中，同時結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性也會更多地引起人們的注意。現(xiàn)階段，對于結(jié)構(gòu)裂縫的修補，已有大量的傳統(tǒng)方法，例如水泥灌漿、鋼筋加固、預應力加固以及涂抹粘結(jié)材料等 蔣正武, 龍廣成, 孫振平. 混凝土修補原理、技術(shù)與材料M. 化學工業(yè)出版社, 2009.。然而，這些傳統(tǒng)的方式主要是對混凝土結(jié)構(gòu)進行事后維修和定期維護，不僅修復效果不明顯，使用范圍受局限，而且

16、還會產(chǎn)生大量的費用。相比于地上結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)由于其施工、載荷、及所處的地下水及土壤環(huán)境的復雜性，裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性的影響更為突出，且損壞后的維修更難、成本更高，有些一次性永久工程甚至是無法修復的。針對地下大型公共建筑的施工建設(shè)及運營維護，從裂縫和微裂紋的的角度出發(fā)，結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計應遵循“以防為主”的原則，重點在“預先設(shè)防”并“兼顧經(jīng)濟” 俞海勇,鞠麗艷. 上海城市軌道交通工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與實踐J. 地下工程與隧道,2009,S1:14-17.。如何降低地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)全壽命周期成本、如何從材料耐久性轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)整體耐久性層次、如何在設(shè)計階段充分考慮并降低裂縫對地下結(jié)構(gòu)耐久性的影響是目前亟待

17、解決的問題，而具有裂縫自愈合性能的先進水泥基材料能夠很好地解決這些問題，也是目前水泥基材料研究中的熱點。1.2 水泥基材料礦物自愈合研究現(xiàn)狀與存在問題近年來，基于生物體損傷自愈合的啟發(fā)，具有裂縫自愈合性能的先進水泥基材料得到了廣泛的關(guān)注和研究。目前，國內(nèi)外研究的水泥基材料自愈合技術(shù)主要包括滲透結(jié)晶性涂層 蔣正武. 水泥基材料裂縫自愈合的研究進展J. 材料導報,2003,04:39-42.、微膠囊 S. R. White, N. R. Sottos, P. H. Geubelle, J. S. Moore, M. R. Kessler, S. R. Sriram, E. N. Brown and

18、 S. Viswanathan,“Autonomic Healing of Polymer Composites”, Nature, 2001, 409(6822), 794797. Blaiszik B J, Caruso M M, Mcllroy D A, et al. Micropsules filled with reactive solutions for self-healing materials J. Polymer,2009, 50(4): 990-997. 歐進萍, 匡亞川. 內(nèi)置膠囊混凝土的裂縫自愈合行為分析和試驗J. 固 體 力 學 學 報, 2004, 25(2):3

19、20-324.、空心纖維 Dry Carolyn. Improvement in reinforcing bond strength in reinforced concrete with self -repairing chemical adhesives 1997(3040). Dry Carolyn, William. McMillan Three-part methylmethacrylate adhesive system as an internal delivery system for smart responsive concrete 1996(03).、微生物 Gollap

20、udi U K, Knutson C L, Bang S S, et al. A new method for controlling leaching through permeable channelsJ. Chemosphere, 1995, 30(4):695705. 袁雄洲,孫偉,陳惠蘇. 水泥基材料裂縫微生物修復技術(shù)的研究與進展J. 硅酸鹽學報,2009,01:160-170. 錢春香,李瑞陽,潘慶峰,羅勉,榮輝. 混凝土裂縫的微生物自修復效果J. 東南大學學報(自然科學版),2013,02:360-364.、形狀記憶合金 崔迪,李宏男,宋鋼兵. 形狀記憶合金在土木工程中的研究與應

21、用進展J. 防災減災工程學報,2005,01:86-94.等，但是這些自愈合方式中的新材料新技術(shù)與混凝土之間存在一些相容性問題，同時自身也存在耐久性的問題，加之成本過高，因此在實際應用中存在一些局限性?；炷恋V物自愈合是指在混凝土中加入某些礦物成分，使得混凝土開裂后依靠礦物離子水化反應、膨脹愈合以及結(jié)晶沉淀過程，生產(chǎn)一系列愈合產(chǎn)物或產(chǎn)生一定程度膨脹，從而達到何封閉裂縫、混凝土自動愈合的目的。該方法充分考慮了水泥基材料的固有特征、地下混凝土結(jié)構(gòu)所處的內(nèi)外水環(huán)境特點以及礦物材料與水泥基材料的相容性，加速了水泥基材料有限的自然愈合能力，同時還促進了其他愈合機理，解決了其他自愈合方式存在的重要問題 潘

22、峰. 水泥基材料裂縫礦物自愈合的方法設(shè)計與表征D. 同濟大學, 2011.。1.2.1 水泥基材料礦物自愈合研究現(xiàn)狀水泥基材料礦物自愈合的研究可以從膠凝材料（包括未水化水泥及摻合料）的水化機理、膨脹性物質(zhì)的膨脹愈合機理、碳酸鹽愈合產(chǎn)物（主要是碳酸鈣）的結(jié)晶沉淀愈合機理三個方面來概括。1、膠凝材料水化愈合機理水泥基材料內(nèi)部或多或少都存在一定量未水化的水泥或膠凝材料，當水由裂縫進入材料內(nèi)部時，會誘導開裂面上這些膠凝材料的水化反應，產(chǎn)生一定量的水化產(chǎn)物封閉裂縫達到自愈合效果。該過程與經(jīng)典水泥化學描述的水泥顆粒的水化過程基本相同，主要是基于水泥水化的熱動力學理論，水泥基材料的組成、裂縫出現(xiàn)時間和水化程

23、度顯著影響自愈合效果。Termkhajornkit Pipat Termkhajornkit, Toyoharu Nawa b, Yoichi Yamashiro c, Toshiki Saito. Self-healing ability of y ashcement systems. Cement & Concrete Composites 31 (2009) 195203.，Mustafa Sahmaran、Suleyman B. Keskin Mustafa Sahmaran, Suleyman B. Keskin, GozdeOzerkan, Ismail O. Yaman.

24、 Self-healing of mechanically-loaded self consolidating concreteswith high volumes of fly ash. Cement &Concrete Composites 30 (2008) 872879 、朱子龍 朱子龍,李建林,容善華,許文年,邱為民.粉煤灰混凝土裂縫愈合能力的實驗研究J.南京建筑工程學院學報, 1998(04):7076.等分別研究了摻有粉煤灰的水泥漿和混凝土的自愈合情況，并從水化反應的角度分析愈合的機理。通過試驗分析他們均認為水泥基材料自愈合主要是由于粉煤灰顆粒的水化反應，愈合產(chǎn)物為粉煤灰

25、火山灰效應產(chǎn)生的C-S-H凝膠。S. Qian S. Qian, J. Zhou. Self-healing behavior of strain hardening cementitious composites incorporating local waste materials. Cement and Concrete Composites, 2009,31:613621等人對摻加了高爐礦渣粉和石灰粉的混凝土進行了自愈合性能研究，認為其自愈合能力主要取決于未水化水泥顆粒及其他輔助膠凝材料，如高爐礦渣粉等。T.H. Ahn和 T. Kishi T.H. Ahn, T. Kishi.The

26、 effect of geo-materials on the autogenous healing behaviorof cracked concret. Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II Alexander et al (eds)2009 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415-46850-3.研究了巖土材料對自愈合的影響，試驗表明含有巖土材料的混凝土自愈合效果優(yōu)于普通混凝土，認為巖土材料引入了更多的鋁離子和硅離子，使得裂縫處產(chǎn)生了較多的硫鋁酸鹽水化產(chǎn)物。S.

27、 Qian19研究還表明，低水膠比和大摻量膠凝材料會提高混凝土的自愈合能力。朱子龍18通過研究認為，早期裂縫相比于晚期裂縫，粉煤灰活性較高，在相同愈合期內(nèi)產(chǎn)生的水化顆粒較多，混凝土自愈合效果較好，裂縫處的抗拉強度較高。NynketerHeide NynketerHeide. Crack healing in hydrating concrete. Faculty of Civil Engineering and GeosciencesMicrolab ,Delft University of Technology.2005,5.通過研究建立混凝土自愈合修復模型，認為水化程度的水泥顆粒對自愈合影

28、響程度也不同，水化程度越高，潛在的愈合能力越低?；谒嗨杂蠙C理，國內(nèi)外學者也進行了相關(guān)的模型分析和模擬計算。Haoliang Huang，Guang Ye Haoliang Huang,Guang Ye. Simulation of self-healing by further hydration in cementitious materials. Cement & Concrete Composites 34 (2012) 460467.等人通過微膠囊在水泥基材料內(nèi)部引入額外的水分并研究了其自愈合性能?；谖此囝w粒的水化效應，研究建立了水泥基材料的自愈合模型，并進行

29、了數(shù)值模擬。在模型中，依據(jù)于水的傳輸理論，建立了裂縫中水與時間的函數(shù)關(guān)系；未水化水泥顆粒的組分和分布采用HYMOSTRUC 3D模擬；從這些顆粒中溶解出來的離子濃度可以被進一步估算出來；當離子濃度達到特定值時，依據(jù)熱力學平衡理論，繼續(xù)水化產(chǎn)物開始產(chǎn)生并沉淀，自愈合水化產(chǎn)物的生成采用熱力學動力學模型，主要依據(jù)質(zhì)量平衡、電荷平衡和化學平衡。通過對水泥基材料繼續(xù)水化的模擬和計算，水泥基材料的自愈合效率與微膠囊中釋放出的水之間的關(guān)系可以被量化，因此可以對多余水的含量進行優(yōu)化，具有一定的理論指導意義。其模型示意圖和流程圖如下所示。圖1. 1微膠囊水泥水化自愈合模型圖1.2微膠囊水泥水化自愈合模型計算流程

30、圖ZhongLv和Huisu Chen ZhongLv ,Huisu Chen. Modeling of self-healing efficiency for cracks due to unhydrated cement nuclei in hardened cement paste. Procedia Engineering 27 (2012) 281 290.同樣基于硬化水泥漿體中未水化水泥的水化，進行了自愈合模型的研究。其模型主要從幾何學角度出發(fā)，假設(shè)未水化水泥顆粒在硬化水泥漿體中隨機均勻分布，提出未水化水泥核的兩種裂縫形式，即劈裂裂縫和穹頂狀裂縫，依據(jù)兩種裂縫形式對混凝土自愈合的愈

31、合效率進行了理論模擬，主要考慮因素為未水化水泥顆粒的體積分數(shù)、粒徑大小分布以及開裂形式，如下圖所示。圖1. 3劈裂狀裂縫水泥水化自愈合模型圖1. 4穹頂狀裂縫水泥水化自愈合模型2、膨脹愈合機理在水泥基材料中摻入適量的膨脹性組分，在裂縫水介質(zhì)的作用下能夠在裂縫中產(chǎn)生膨脹性愈合產(chǎn)物，如鈣礬石等，從而達到裂縫自愈合的效果。Kishi Kishi, T., Ahn, T., Hosoda, A., Suzuki, S. and Takaoka, H., “Self-healing behavior by cementitious re-crystallization of cracked concre

32、te incorporating expansive agent,” Proc. of 1stIntl. Conf. on Self Healing Materials, Noordwijk, The Netherlands, 2007, (CD-ROM).等用膨脹劑和碳酸鹽來制備自愈合混凝土。首先，他們證實了在低水灰比情況下膨脹劑對混凝土裂縫自愈合的效率。然后把碳酸氫鈉，碳酸鈉和碳酸鋰等一些碳酸鹽當做愈合組分加入到普通混凝土中。除碳酸氫鈉外，都在裂縫中有效的產(chǎn)生鈣鹽，然而他們實驗表明鈣鹽的量還不足以達到良好的愈合效果。后來，為了加強愈合能力，他們嘗試著碳酸鹽和膨脹劑的復合。當膨脹劑和碳酸鹽混

33、合加入到混凝土中，各種水化產(chǎn)物如C-S-H和C-A-S-H在裂縫中產(chǎn)生。而且，當這種混合物加入一種促進結(jié)晶物沉積的外加劑時，愈合產(chǎn)物主要是Aft相和AFm相?？紤]到愈合的有效性，他們指出Aft相和AFm相最好在愈合的初始階段形成，適當?shù)耐饧觿┖吞妓猁}的復合，對在高水灰比工作下產(chǎn)生自愈合功能是非常重要的。Toshiharu Kishi和Tae-Ho Ahn Toshiharu Kishi，Tae-Ho Ahn. Cement admixture and cement composition and concrete containing the cement admixture.Patent a

34、pplication number: 20110132231還嘗試開發(fā)出一種促進水泥基材料自愈合的礦物外加劑，主要包括了一些膨脹性的鋁硅酸鹽、膨潤土及碳酸鹽，通過進一步研究，他們提出該體系下混凝土愈合的機理：首先膨脹性硫鋁酸鹽的膨脹來填充裂縫，之后膨脹材料遷移到裂縫處并產(chǎn)生沉淀，進一步填充愈合裂縫，表現(xiàn)出一種選擇性填充愈合現(xiàn)象。3、結(jié)晶沉淀愈合機理沉淀結(jié)晶型自愈合理論認為，水在混凝土微開裂后流入微裂縫之中，水中溶解的碳酸根離子和混凝土中的鈣離子相互反應生成不溶于水的碳酸鈣或其他碳酸鹽沉淀，從而堵塞微裂縫，達到混凝土自愈合的目的，眾多已有的水泥基材料結(jié)構(gòu)和很多國內(nèi)外學者的實驗過程中均觀察到了碳酸

35、鈣結(jié)晶沉淀產(chǎn)物的形成 Timo G. Nijland, Joe A. Larbi. Self-healing phenomena in concretes and masonry mortars: a microscopic study. Proceedings of the First International Conference on Self Healing Materials. 18-20 April 2007, Noordwijkaan Zee, The Netherlands. EdvardsenC . Water permeability and autogenous hea

36、ling of cracks in concrete. ACI Materials Journals,96(4),1999,448. Yu Zhu, Yingzi Yang, Yan Yao. Autogenous self-healing of engineered cementitious compositesunder freezethaw cycles. Construction and Building Materials 34 (2012) 522530. 闞黎黎,施惠生,瞿廣飛,寧平. 工程水泥基復合材料自愈合過程與產(chǎn)物J. 同濟大學學報(自然科學版),2011,10:1517-

37、1523. 湯華,李相國. 水泥基材料裂縫自愈合效應的研究J. 武漢理工大學學報,2008,04:26-28. 何銳,周娟蘭,朱永光. 干濕循環(huán)下高韌性水泥混凝土自愈合特性研究J. 中外公路,2011,03:240-245.。Timo G. Nijland和Joe A. Larbi26等分析了千個來自不同結(jié)構(gòu)和建筑上的水泥砂漿組塊或者混凝土組塊的自愈合現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)愈合的主要產(chǎn)物是碳酸鈣的沉淀，同時發(fā)現(xiàn)一定的游離石灰是自愈合的必要條件，在只用水泥作為膠結(jié)材料（沒有額外的石灰組分）的構(gòu)件中沒有發(fā)現(xiàn)自愈合現(xiàn)象。同時他們認為潮濕環(huán)境是發(fā)生自愈合的必要條件，適當?shù)母稍飾l件可能也是必要的，有利于CO2從裂縫

38、擴散至裂縫處?；谔妓徕}，文章最后提出額外的石灰含量是自愈合的一個研究方向。Lauer and Slate Lauer,K.R.and Slate,F.O.Autogenous Healing of Cement PasteJ.ACI Journal,Proceedings.V.66,June 1956.通過巖石相分析，認為裂縫自愈合的化學產(chǎn)物是Ca(OH)2和CaCO3，他進一步說明Ca(OH)2作為水泥的水化產(chǎn)物，與水中的CO2反應生成CaCO3，隨著裂縫表面的Ca(OH)2反應，混凝土內(nèi)部的Ca(OH)2會不斷擴散到裂縫表面，但并未提出擴散的驅(qū)動力。另外，文章指出由于在水泥水化物質(zhì)中可利

39、用的空間比較小，CaCO3的晶體會逐漸向裂縫外面生長附著在裂縫的表面。C. Desmettre和J.-P. Charron C. Desmettre, J.-P. Charron. Water permeability of reinforced concrete with and without fiber subjected to static and constant tensile loading Original Research Article. Cement and Concrete Research, Volume 42, Issue 7, July 2012, Pages 9

40、45-952.研究了普通混凝土和纖維增強混凝土在恒定張力載荷下的自愈合效果。其研究結(jié)果表明，3個月齡期的混凝土的自愈合以碳酸鈣的結(jié)晶沉淀為主，同時他們也認為，碳酸鈣的生產(chǎn)與混凝土中未水化水泥顆粒的含量有關(guān)，在高性能混凝土中可能有所不同。Yu Zhu和Yingzi Yang28研究了凍融循環(huán)下的ECC的自愈合現(xiàn)象。其SEM和XRD分析表明，自愈合的主要產(chǎn)物為結(jié)晶碳酸鈣和氫氧化鈣。湯華，李相國30等采用砂漿通過干縮模擬裂縫，以“填充深度”和“覆蓋率”來評價水泥基材料自愈合效應，采用SEM觀察裂縫形貌，研究認為主要的愈合產(chǎn)物為C-S-H、Aft和碳酸鈣、氫氧化鈣。闞黎黎，施惠生等29借助ESEM、E

41、DS、TEM、XRD以及FTIR等先進研究手段，對工程水泥基符合復合材料（ECC）裂縫自愈合產(chǎn)物的化學特性進行了研究，其結(jié)果表明，水泥基材料自愈合的主要產(chǎn)物為C-S-H凝膠和碳酸鈣晶體，同時還認為ECC材料中具有親水特性的PVA纖維，為自愈合產(chǎn)物提供了成核點，促進了自愈合產(chǎn)物的形成和生長。1.2.2 水泥基材料礦物自愈合存在的問題從上個世紀到現(xiàn)在，人們對具有自愈合水泥基材料的關(guān)注程度不斷提高，對于摻有礦物材料的水泥基材料的自愈合性能研究也在不斷深入，然而，從當前的研究現(xiàn)狀和進展來看，水泥基材料礦物自愈合的研究還存在以下幾個方面問題：1、水泥基材料礦物自愈合修復方式，雖然表現(xiàn)出了良好的相容性和發(fā)

42、展?jié)摿?，但目仍主要出于實驗室探索階段，實際應用需要進一步研究和推進。2、水泥基材料礦物自愈合機制啟動和發(fā)展所需的內(nèi)部條件和外部環(huán)境尚需完善，內(nèi)外條件或環(huán)境的匹配的研究有待進一步深入。從外部環(huán)境而言，水是必不可少的，水能夠激發(fā)并促進自愈合反應過程；從內(nèi)部而言，水泥基材料自身的性能，如材料組成及水化程度等是影響自愈合的關(guān)鍵因素。研究水泥基材料礦物自愈合的內(nèi)外環(huán)境，能夠為其應用和推廣奠定良好的基礎(chǔ)。3、結(jié)晶沉淀愈合機理的研究程度還不夠。膠凝材料水化愈合機理基于經(jīng)典的水泥水化熱動力學理論，研究較為成熟，同時也有相關(guān)學者就此建立了較為完整的研究或分析模型；膨脹愈合機理，歸結(jié)到底是屬于水泥水化過程中的一個

43、分支，在水泥化學及混凝土材料中也有較為深入的研究，關(guān)于膨脹性材料對水泥混凝土影響的研究也較為成熟。雖然結(jié)晶沉淀愈合機理相比而言更容易被人們所理解，也最廣泛最常見，但是其愈合過程卻受到很多內(nèi)外因素的影響，雖然目前也有一定的研究，然而這些研究大部分是從實驗角度開展，對該過程的熱動力學研究還比較淺顯。4、幾種自愈合機理之間的相互關(guān)系目前研究還不夠深入，即完整的水泥基材料礦物自愈合激勵機制還需要進一步研究和深入。通過研究完善研究并解決這些問題，能夠幫助我們更加深入的理解和認識水泥基材料礦物自愈合，推動這些新技術(shù)新材料的研究和應用，建設(shè)更加智能并且耐久的混凝土結(jié)構(gòu)。1.3 碳酸鈣結(jié)晶沉淀研究進展與存在問

44、題1.3.1 碳酸鈣結(jié)晶沉淀研究進展碳酸鈣是一種無機化合物，化學式是CaCO3，存在于方解石、霰石、白堊、石灰?guī)r、大理石、石灰華等巖石內(nèi)，也是動物骨骼或外殼的主要成分。碳酸鈣有三種晶型，如下表所示。表1. 1三種晶型的碳酸鈣晶型晶系摩爾體積(cm3/mol)特征形貌大自然中存在形式方解石三方36.9036.93紡錘體或立方體大理石、石灰石等文石斜方34.1734.19針狀海洋沉積物、珍珠層等球霰石六方37.7137.77球形無碳酸鈣是地球上最常見的物質(zhì)之一，在化工、建筑等行業(yè)中也有非常廣泛和重要的應用。根據(jù)本文研究內(nèi)容，對于碳酸鈣研究進展從兩個方面概括：一方面是碳酸鈣結(jié)晶沉淀的熱動力學研究進展

45、，另一方面是地球成巖系統(tǒng)中碳酸鈣（方解石）的沉積溶解平衡系統(tǒng)研究。1、碳酸鈣結(jié)晶生長熱動力學研究進展徐永新等人 徐永新 ,李鳳儀. 衡陽紅層溶孔水碳酸鈣三種沉淀反應的熱力學分析J. 成都地質(zhì)學院學報,1987,02:68-75.從熱力學角度研究了衡陽紅色泥巖含水層中碳酸鈣的沉淀反應，認為將地下水在1atm和25環(huán)境下處理，用代替了誤差不大，具有一定的合理性，研究認為在該環(huán)境中碳酸鈣的析出反應中存在三種反應機理：同離子效應、酸堿反應以及成絡作用。李麗匣 李麗匣. 碳酸鈣晶須的制備及影響因素研究D.東北大學,2005.研究了碳酸鈣晶須制備過程中的熱力學問題，其化學反應過程為： 對于該反應，通過熱力

46、學平衡計算，得到該反應平衡時的平衡常數(shù)為7.57×102(kPa)-1，該平衡常數(shù)很大，由此認為反應是不可逆的，反應趨勢很大，且進行的非常徹底。更多的學者是從動力學角度研究碳酸鈣的結(jié)晶沉淀 黃尚瑜,宋煥榮. 不同溫度條件下碳酸鹽結(jié)晶沉淀研究J. 現(xiàn)代地質(zhì),1991,04:442-449+475-476. 王睿,丁潔,沈自求. 動靜態(tài)研究體系中CaCO_3沉積規(guī)律的理論分析及實驗研究J. 水處理技術(shù),2000,01:36-41. 瞿成利,劉剛,路波. 溫度和過飽和度對海水中碳酸鈣沉淀速率的影響.鎂方解石J. 海洋科學,2009,07:23-29. 楊萬萬. 碳酸鈣沉淀誘導期影響因素的研

47、究J. 四川化工,2008,04:5-7. 陶小晚. 不同二氧化碳分壓環(huán)境近平衡狀態(tài)下海洋碳酸鹽溶解及沉淀動力學研究D.中國科學院研究生院（海洋研究所）,2007. 江紹靜,余華貴,劉春燕. 高礦化度體系碳酸鈣結(jié)垢動力學研究J. 應用化工,2011,09:1623-1628. 邢曉凱,馬重芳,陳永昌. 溶液pH值對碳酸鈣結(jié)垢的影響J. 石油化工設(shè)備,2004,05:11-14. 尹曉爽,楊文忠,唐永明,劉瑛,周晨. 碳酸鈣結(jié)垢行為中臨界過飽和度的變化J. 石油化工,2007,05:467-471.，通過研究可以總結(jié)得到，碳酸鈣在溶液中自發(fā)析出是非均相成核過程，可能主要是從溶液中已存在的微粒開始

48、的 李廣兵,方健,李杰. 碳酸鈣自發(fā)沉淀析出的動力學研究J. 環(huán)境化學,2001,01:12-17.。影響碳酸鈣結(jié)晶沉淀或晶體生長的動力學因素主要包括：環(huán)境溫度、離子濃度及過飽和度、溶液pH值、二氧化碳分壓等。一般來說，溫度升高、離子濃度提高、體系pH值升高、二氧化碳分壓降低，會促進碳酸鈣的沉積。Larry D.Swlnney Larry D.Swlnney, John D. Stevens, Robert W.Petersia. Calcium Carbonate Crystallization Kinetics. Chem. Fundam, 1982,21(1):3136.等人研究發(fā)現(xiàn)在低

49、飽和度下碳酸鈣溶液生成方解石，高飽和度下生成霰石（文石），試驗中水初始硬度為225ppm時結(jié)晶體以霰石為主，350ppm是以方解石為主。碳酸鈣的結(jié)晶動力學可以用冥律模型來描述，同時動力學反應級數(shù)與碳酸鹽的堿度、殘余過飽和度存在一定的線性關(guān)系。Morse Morse J W. The kinetics of calcium carbonate dissolution and precipitation A. Reeder R J. Carbonates: Mineralogy and Chemistry; Review of Mineralogy (11) C. Chantilly, Miner

50、alogical Society of America,1983: 227- 264.總結(jié)了水溶液中碳酸鈣沉積速率R和碳酸鈣過飽和度之間的關(guān)系，認為碳酸鈣在沉積過程中可以采用動力學方程表達，其中為反應系數(shù)，為反應級數(shù)，兩者會隨著溶液性質(zhì)的改變而發(fā)生變化。在后續(xù)研究中，這一公式被數(shù)學處理后得到了廣泛應用38。 Aglaia G等 Aglaia G. Xyla, Efthimios K. Giannimaras, Petros G. Koutsoukos. The precipitation of calciumcarbonate in aqueoussolutions. Colloids and

51、 Surfaces,1991,53(2):241255.人認為碳酸鈣自溶液中析出為表面反應控制，并推導出了碳酸鈣晶體生長的動力學方程： 其中的定義為 其中為初始時刻的鈣離子濃度；為任意時刻的鈣離子濃度；為平衡時刻的鈣離子濃度為生長常數(shù)；為反應動力學常數(shù)（含晶體表面積項）。G.H. Nancolls Nacollas G H, Sawada K. Formation of scales of calcium carbonate polymorphs: The influence of magnesium ion and inhibitors. J. Petroleum Technology,19

52、82,34,645652.等認為碳酸鈣微晶生長仍符合無添加劑時的生長動力學方程，但是結(jié)晶生長動力學常數(shù)將發(fā)生變化。劉涉江 劉涉江,任寶山,艾明星. 溶液法制備不同晶形碳酸鈣的研究J. 河北工業(yè)大學學報,2003,01:71-76.通過試驗驗證了該結(jié)論，研究發(fā)現(xiàn)LH-310添加劑對碳酸鈣晶體生長動力學常數(shù)影響較為明顯，且均比空白條件低，而生長級數(shù)變化不大。張小霓 張小霓. 電導率法評定阻垢劑及碳酸鈣結(jié)晶動力學研究D.武漢大學,2004.通過電導率研究了阻垢劑對碳酸鈣結(jié)晶動力學研究，將該過程分為晶核生長與晶粒長大兩個過程，并采用一級速率方程來描述晶核生長和晶體生長速率常數(shù)： 式中表示溶液中初始離子

53、濃度（mol/L）；表示時間后溶液中離子的濃度（mol/L）；為晶核生生的反應速率常數(shù)（s-1），晶粒長大速率常數(shù)可用表示；為反應時間（s）。其研究表明和都隨溫度升高而增大，且晶核生成速率常數(shù)增幅比晶粒長大速率常數(shù)大，并原因是溫度升高增加離子的動能，加速了成核離子的有效碰撞幾率，加快成核，而晶粒長大的關(guān)鍵因素是溶液中晶核的存在，溫度影響不大。更進一步，王大放 王大放,黃柳賓. 碳酸鈣水溶液結(jié)晶的MD模擬J. 科學技術(shù)與工程,2009,22:6619-6623.采用分子動力學模擬軟件Materials Studio4.0，構(gòu)件了底層為方解石型晶體的碳酸鈣水溶液模型。研究發(fā)現(xiàn)，在353K時，鈣離子和碳酸根離子向結(jié)晶面上的擴散速率都最小，此時兩者最不易結(jié)合反應，而在溫度343K時，兩種離子的擴散速率都最大，在此溫度下，離子活性最大，最容易形成離子對從而進一步形成分子簇和晶核。此外還有一些學者研究了雜質(zhì)離子或其他材料對碳酸鈣結(jié)晶過程或晶型、晶體形貌的影響，如鈉離子 陳沉,李明偉,陳淑仙,喻江濤. 硅凝膠體系中碳酸鈣晶體生長實驗J. 重慶大學學報(自