[發(fā)明專利]一種測定水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的熱孔計法

有效

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• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102288640A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣正武;張楠
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/02;G01N15/08
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測定水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的方法，尤其涉及熱孔計法測定水泥基材料的內(nèi)部微孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布等。

背景技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)的各種劣化過程如凍融、碳化、滲透、鋼筋銹蝕等化學(xué)和物理過程，均主要涉及兩個主要的影響因素：水及其混凝土中孔或裂縫，其中孔及其它的結(jié)構(gòu)特征是影響混凝土耐久性的主要因素之一。

目前，已有各種測定孔結(jié)構(gòu)的可行方法都應(yīng)用于水泥基材料。但熱孔計法作為一種新興的孔分析技術(shù)。因其飽和樣品避免了真空所造成的微觀結(jié)構(gòu)變化，且在適當(dāng)凍融次數(shù)內(nèi)，可忽略凍融破壞影響等優(yōu)勢，現(xiàn)已用于二氧化硅，二氧化鈦，彈性體等孔研究，并被認(rèn)為是唯一能有效分析脆性、軟性材料和水凝膠孔的方法。但由于這種技術(shù)尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究，從而未能廣泛使用，尤其在水泥基材料中的應(yīng)用研究甚少。熱孔計法不僅可對直徑為4nm≤d_直徑≤100nm的微孔進(jìn)行尺寸、形狀和連通性的定性分析，還能定量分析孔隙率，孔徑分布，因此值得將其用于水泥基材料的孔研究。

國外，將熱孔計法應(yīng)用到水泥基材料孔研究領(lǐng)域還很少。僅美國學(xué)者對水泥基材料孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究。直到最近，國內(nèi)還沒有見到熱孔計法測水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用熱孔計法(也稱為熱力學(xué)孔計法)通過差示掃描量熱法(DSC)研究水泥基材料孔結(jié)構(gòu)，尤其是熱孔計法測定水泥基材料的微孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布等，目的是利用水在孔中結(jié)冰的熱力學(xué)原理，將熱孔計法應(yīng)用于研究水泥基材料中，是一種避免樣品受損，解決其他測孔技術(shù)不精確的有效方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

先從熱力學(xué)角度，完善熱孔計法在理論中的不足，提出一種新的表征水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的計算模型，最后將考慮到水泥基材料自身特點，建立起熱孔計法測定水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的方法。介于實驗儀器的有限性，對熱孔計法進(jìn)行了實驗因素的研究，如實驗溫度范圍、樣品質(zhì)量適宜范圍、制樣方法和升降溫速率的取值范圍等。

1.理論部分

熱孔計法TPM主要是利用孔溶液的結(jié)冰過冷度及物相固化焓變來建立孔徑與孔體積關(guān)系，從而對多孔材料的孔結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。本發(fā)明熱孔計法原理從水相變、水泥基材料孔溶液相變及物相焓變理論進(jìn)行說明。

1.1水相變理論

在不同溫度和壓力下，水分別以氣-液-固三相存在，如圖1。O點為水的唯一三相平衡點；OC與OA之間區(qū)域為液相；OC與OB之間區(qū)域為氣相；OA與OB之間區(qū)域為固相。當(dāng)溫度或壓力變化使水無法達(dá)到成核勢能要求時，水會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，如圖1中OC’過冷平衡曲線。

1.2水泥基材料孔溶液相變理論

由于水泥基材料孔溶液所受壓力與固/液界面曲率有關(guān)。根據(jù)Gibbs-Thomson公式Eq.(1)可間接建立起液體三相平衡點與固/液界面曲率κ_CL的關(guān)系：

γCLκCL=∫TTM(∞)(SL-SC)VLdT---(1)]]>