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                  根特大學鄭琨鵬博士做客同濟-科思創傑出學者講壇

                  應孫振平教授的邀請,比利時根特大學鄭琨鵬博士到中福在线做客同濟-科思創傑出學者講壇,就其博士研究生期間所做的科研工作爲中福在线相關專業師生作學術報告,並與與會者就相關研究問題展開深入地交流和探討。

                  1.    鄭琨鵬博士個人簡介

                  鄭琨鵬博士是中福在线连环夺宝材料科學與工程專業2009屆本科畢業生,2012屆碩士畢業生,師從孫振平教授 ,於2012年獲國家留學基金委資助前往比利時根特大學攻讀博士學位  ,師從Luc Taerwe教授。

                  鄭琨鵬博士致力於Alkali-SilicaReaction (ASR) 的機理研究 ,提出了對鹼骨料反應導致混凝土開裂有重要意義的反應環生成與發展的化學機理,取得了一系列重要成果。在攻讀博士學位期間,其主導了根特大學Mangel實驗室與比利時哈塞爾特大學材料研究所Peter Adriaensens教授全面合作關係的建立。同時 ,憑藉着出色的工作表現,鄭琨鵬博士有幸被選爲博士生代表在比利時根特大學結構系與日本北海道大學合作與交流會上展示其研究成果。隨後,在根特大學中國平臺成立10週年慶典上向比利時王國副首相兼發展合作大臣Alexander De Croo與中國駐比利時王國大使曲星先生彙報並展示其研究成果。

                  2.    學術報告概況

                  本次學術報告在德才館328會議室如期舉行。首先由孫振平教授對鄭琨鵬博士的個人教育經歷及所獲榮譽進行簡要介紹。

                  1 孫振平教授向聽衆簡要介紹鄭琨鵬博士

                  孫振平教授的介紹結束後,鄭琨鵬博士開始進行學術報告 ,題目爲:Investigation of the Formation andEvolution of Alkali-Silica Reaction Gel in a Chemical Model System Simulating aCementitious Environment (化學模擬水泥環境下鹼骨料反應凝膠的生成與演變)。

                  混凝土是當前用量最大最爲重要的建築材料 ,衆所周知 ,膠凝材料中的鹼性氧化物(Na2OK2O等)與集料中的活性成分在一定條件下會發生鹼骨料反應,這一反應的危害極大 ,一旦發生會使混凝土內部產生不均勻的膨脹應力,嚴重時會導致結構喪失承重能力而被拆除 ,堪稱混凝土的“癌症”(如圖2所示) 。因此 ,釐清混凝土鹼骨料反應的過程及機理是解決這一問題的關鍵 。

                  2 混凝土鹼骨料反應的危害

                  “他山之石,可以攻玉” ,鄭博士用這簡短精煉的八個字總結其近5年的科研工作。經過大量的文獻研讀以及抽絲剝繭的分析探索,鄭博士提出了以“化學模擬體系”爲“石”來研究“混凝土鹼骨料反應”這塊“玉”的試驗方案,在真實且具有代表性的前提下規避了混凝土體系的複雜性和不均勻性所帶來的不利影響 ,從微觀視角透視宏觀現象,使其研究成果具有極高的學術理論意義及實踐指導價值 。

                  3 鄭琨鵬博士對其近5年科研工作的高度總結

                   


                  4 Alkali Silicate的形成與發展過程

                   

                  鄭博士提出的化學模擬體系爲:用硅灰代表集料中的活性成分 ,NaOH溶液代表水泥中的鹼性氧化物,Ca(OH)2溶液代表水泥漿體孔溶液,實現了對混凝土內環境中骨料與水泥漿體的固相、液相及其界面的模擬。通過使用多種檢測手段(pH meterICP-OESBETm2/g)、Acid-thermaltreatmentNuclear Magnetic Resonance(NMR)等)對混凝土鹼集料反應產物之一的Alkali Silicate的產生與發展進行了跟蹤。結果表明,在Alkali Silicate的形成與發展過程中 ,存在於液相中的Si4+濃度不斷上升並最終恆定,OH-濃度不斷下降並最終恆定;與此同時固相中存在於Alkali SilicateSi-O網絡結構不斷受到破壞並最終形成一個較爲開放的、由鏈狀及層狀Si-O結構組成的網絡結構。

                  進一步地 ,使處於不同發展階段的Alkali SilicateCa(OH)2在不同配合比條件下進行反應 ,運用多種化學、物理、流變學及力學檢測測量手段(XRDTGANMROscillatoryRheologySEM-EDSNano-indentation)對其反應產物進行研究。這一過程模擬了混凝土中鹼集料另一主要反應產物Calcium Alkali Silicate的生成與發展(如圖5所示)。結果表明,在Calcium Alkali Silicate的形成與發展中 ,整個體系在短時間內(<1小時)經歷了極大的硬化過程(rigidification)且具有一定的持續性。在此過程中,體系中反應物Alkali SilicateCa(OH)2的含量隨反應的進行而減少;構成反應產物Calcium Alkali SilicateSi-O網絡結構在反應的初始階段解聚合,並在反應末期(72小時後)逐漸重聚合形成一個極爲複雜的結構(如圖6所示)。所形成的Calcium Alkali Silicate具有一定的力學性能,其彈性模量稍低於水泥漿體並遠小於集料的彈性模量。結合所建立的化學模型以及所取得的結論 ,從鹼集料反應產物ASR Gel的生成與發展的角度提出了混凝土鹼集料反應的產生及其引發的膨脹性破壞的解釋和機理(如圖7所示),並運用該機理進一步模擬了鹼集料反應及其產物在集料與水泥漿體界面上發生的相關反應 。

                   

                  5 Calcium AlkaliSilicate的形成與發展過程

                  6 Si-O的解聚合與重構過程示意圖

                  7 鹼集料反應引起的膨脹破壞示意圖

                  3.    結語

                  本次學術報告吸引了多個相關課題組的師生前來聽取 ,大家紛紛表示受益頗多 ,不僅在報告中學到了與課題相關的知識 ,對自己的研究領域有了更深的理解,而且通過與優秀的鄭琨鵬博士的交流與探討 ,更加拓寬了科研視野,豐富了自己的知識儲備,進一步提高了國際化水平。

                  8孫振平教授向鄭琨鵬博士贈予紀念禮物

                  9參加學術報告師生合影

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