[發明專利]應用于分析水泥基材料孔結構的非接觸式阻抗測量儀

有效

• 申請號: 201110432423.7
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102539928A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李宗津;湯盛文;陸有源
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: G01R27/08
• 分類號: G01R27/08
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;張天舒

技術領域

本發明提出了一種采用變壓器原理來測量樣品非接觸式阻抗(復電阻率)的裝置和方法。具體而言，該裝置和方法主要應用于測量混凝土及其它材料從液態向固態轉換過程中的阻抗和復電阻率。

背景技術

水硬硬化水泥基材料例如波特蘭水泥的形成包含一系列復雜的反應過程。當水泥顆粒遇水后，相關物理、化學反應及機械過程就開始進行，最終將水-水泥的混合物轉化為一種像石頭一樣的堅硬材料。這種復雜的反應過程稱為膠凝材料的水化反應。水化反應的主要特征是伴隨著水化產物的形成，材料內部的孔隙逐漸減少。隨著水化反應而逐漸形成的網狀孔結構將決定膠凝材料的最終物理和力學性質，例如，強度、滲透性和耐久性。因此，膠凝材料孔結構特征的研究引起學者們廣泛的關注。目前已經有很多實驗法可以用來測量水泥的孔結構特征，包括水吸附、壓汞測孔法(MIP)、氦氣測比重法、溶劑置換法、核磁共振(NMR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)和小角度X射線散射。在眾多測量水泥基材料微觀孔結構變化的技術中，基于監測水泥水化過程中電性質變化的方法尤為重要。

發明內容

通過一定的裝置來接收信號發生器和頻率合成器提供的信號，可以測出樣品經歷物理或化學狀態變化過程時的阻抗。發明裝置中所采用的變壓器包含一個與信號發生器連接的初級線圈，并且初級線圈和次級線圈中的至少一個與樣品耦合。然后，通過對信號發生器產生的多頻率信號通過變壓器次級線圈發射時感測出多信號頻率的信號并感測出漏電流來對多信號頻率進行采集。

信號采樣可以通過使用一個交感阻抗電路來進行。該交感阻抗電路包括至少一個初級電抗電路和一個與樣品電感應耦合的次級電抗電路。對次級電抗電路兩端的電壓進行采樣，漏電流根據多頻率信號經由交感阻抗電路所產生的變頻信號來取樣。

附圖說明

圖1是非接觸式阻抗(復電阻率)測量儀器結構的第一實施例示意圖。

圖2是非接觸式阻抗(復電阻率)測量儀器結構的第二實施例示意圖。

圖3A-圖3E是描述水泥漿實例1的復電阻率的圖形。

圖3A示出復電阻率模量。

圖3B示出復電阻率的實部。

圖3C示出復電阻率的虛部。

圖3D示出復電阻率的相位差。

圖3E示出復電阻率的模量和模量微分。

圖4A-圖4C是描述水泥漿實例2復電阻率的圖形。

圖4A示出復電阻率的實部。

圖4B示出復電阻率的虛部。

圖4C示出復電阻率的相位差。

圖5是描述水泥漿實例3的復電阻率模量的圖形。

具體實施方式

綜述

電學測量方法與其他測量方式相比更加敏感而且快捷。水泥基體系水化反應的早期物質的電導幾乎全部處于電解狀態。此外，電學參數，包括阻抗(復電阻率)的實部和虛部，反映了電荷載流子的滲透性、流動性、濃度和分布。電學測量方法對于影響水泥基材料微觀結構的復雜因素很敏感。比如不同的水灰比(w/c比)、不同水泥的化學組成、不同的水化產物、以及水泥混合物中特殊礦物和化學添加劑的使用等等都會對水泥基材料微觀孔結構有影響。水-水泥混合物在形成一個無限連接的整體后時所伴隨的溶膠-凝膠轉換現象也可以通過電學方法進行檢測。涉及到微觀結構變化的有用信息例如膠凝材料水化反應的孔隙率和孔的連通性等都可以通過電學方法測量。所以，水泥基材料的阻抗和復電阻率可以對水泥基材料的微觀結構提供足夠的信息，甚至可以認為是水泥水化反應及其微觀結構的“指紋”。綜上所述，對電學測量方法的研究可以讓人們對水泥基體系的微觀結構變化有更深刻的理解。并且，電學測量方法還具備不損壞和不破壞樣品的優點使得其可以用來現場觀測微觀孔結構發展。

不同的電學測量方法展現出不同的電化學反應機制。以往關于水泥基材料的電學性質研究可以大致分為兩種。第一種就是通過使用兩個與水泥基樣品相連接的電極直接測量樣品的阻抗。雖然這種方法所使用的激勵信號的頻率范圍可以很寬，但由于直接在水泥或混凝土樣品上施加電流不可避免地會產生電極極化效應，所以直接測量阻抗方法不能精確地獲得水泥和混凝土的電阻值。

第二種方法即為非接觸式電阻率測試方法。非接觸式測量裝置采用電感元件來代替測量電極。這樣，就可以避免因電極和新拌水泥漿體接觸所產生的一系列問題，如電化學反應和收縮裂縫等。這種測量體系有著很高的精度和很好的可重復性，對于水化反應過程中水泥基材料內部微觀結構的變化的研究非常有用。