一、目的及意义

钢筋混凝土结构是目前建筑中使用的最多的一种结构，它结合了钢筋与混凝土的优点，工艺简单，造价较低，是土木工程建设的首选形式。钢筋混凝土结构在海洋中也有着广泛的应用，由于海洋环境复杂，海水中含有大量Cl^-、SO₄^2-等阴离子，会侵蚀混凝土，降低混凝土的耐久性，对混凝土结构造成破坏，甚至使其丧失使用价值。因此，增强海洋环境下混凝土耐久性成为当今一项重要课题。

钢筋混凝土结构通常由水泥、颗粒状骨料和钢筋构成。其中水泥熟料中主要含有C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF四种矿相，它们在水泥水化的不同时期发挥不同的作用。铁相作为主要强度矿物之一，它既发挥了较高的最终强度，而且具有早强特征。高铁低钙水泥(C₄AF≥18%、C₃S≤50)具有较高的早期强度，可以弥补普通硅酸盐水泥在海洋环境下早期强度不足、抗冲磨能力差等短板。

除早期强度不足，钢筋锈蚀也是混凝土结构破坏的主要因素。引起钢筋锈蚀的主要因素有混凝土的碳化、氯离子引起钢筋去钝化以及酸性介质引起的钢筋腐蚀。而氯离子去钝化引起的钢筋腐蚀最为严重和普遍，它使钢筋混凝土结构破坏、耐久性下降，给社会带来巨大的经济损失。

目前，防止氯离子侵蚀钢筋混凝土的措施主要有降低水泥水灰比、添加钢筋阻锈剂、钢筋表面涂层、阴极保护以及掺入矿物功能材料等。其中掺入矿物功能材料，例如引入Ba² 、Mg² 、Mn⁴ 、Zn² 、Cu² 等阳离子，可以改善和优化混凝土的微观结构，提高混凝土对氯离子的初始固化能力和二次水化产物的化学固化能力，使混凝土对氯离子具有较大的固化能力。

本次实验将探究氧化铜掺杂对高铁低钙水泥熟料固化氯离子能力的影响，以及铜离子掺杂对水泥水化和固化氯离子能力的影响机理，对改善和优化混凝土结构，提高混凝土耐久性以及促进绿色建筑发展等均有积极意义。

二、目前国内外研究现状分析

早期很多学者认为水泥中铁相C₄AF是一种很差的胶结材料，它主要为熔剂矿物。但Ю.М.Бутт等人通过单矿物净浆抗压强度的测试，发现C₄AF的早期强度与后期强度均较高，与C₃S相近^[1]。证实了高铁水泥作为结构性材料的可能性。后来冯修吉、朱玉峰等人研究了C₄AF的形成和水硬性能，证实了C₄AF是一种胶凝性较好的水泥矿物，并从结构物理和结构化学的观点做了一些讨论和解释^[2]。

冯修吉、阎培渝、夏元复等人利用穆斯堡尔谱研究了在非还原气氛中烧成的C₄AF单矿物和水泥熟料中铁的价态和配位状态，并探究了高铁水泥中铁相的适宜范围为30%~60 ^[3]。但在一些后续的研究中发现，铁相过高水泥的强度会下降，亦不利于混凝土结构的耐久性^[4]。

冯修吉、阎培渝等人还利用红外光谱、传导热量计和电子探针研究了不用的烧成制度及掺杂对C₄AF的结构和水化性能的影响，并探讨了不同矿物组成的高铁水泥水硬性相差很大的原因^[5]，为目前高铁低钙水泥中各矿相配比的设计提供了理论基础。

高子良、李昂、朱荣月等人研究了氯离子对海工混凝土的侵蚀机理及防护措施^[6]。

夏中升、商得辰、王发洲等人研究了铜离子对熟料矿相种类、结构和水化进程的影响机理，对铜离子影响水泥水化的过程进行了详细的探讨^[7]。T.Ohno, T. Hasegawa, T. Tsuruoka等人同样对铜离子影响水泥水化的机理进行了研究。他们认为铜离子在水泥浆体中生成了Cu(OH)₂，该物质在未水化的水泥颗粒表面形成了致密的包覆层^[8]。