[發明專利]一種定量表征水泥基材料孔隙率增加量空間分布的方法

無效

• 申請號: 201210454729.7
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN102944505A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 萬克樹;李林;徐瓊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于水泥基材料耐久性領域，涉及一種定量表征水泥基材料孔隙率增加量空間分布的方法。

背景技術

水泥混凝土材料作為主要的建筑材料在生產生活中被廣泛應用，但這類材料在服役過程中，主要在外載或環境作用下，不可避免的發生組織結構性能的劣化，即耐久性問題。水泥基材料耐久性是當前國內外土木工程材料領域的一個研究熱點,對人類可持續發展和國民經濟建設具有重要意義。

溶蝕是耐久性的一個范疇，指的是在軟水或者酸性溶液的長期沖刷或浸泡作用下，水泥基材料中的可溶性物質(主要是CH和CSH凝膠中的鈣元素)以鈣離子的形式逐漸溶解遷移到環境中，從而導致材料性能劣化的一種耐久性形式。溶蝕鈣溶出對水泥基材料研究具有重要的理論價值。我們知道水泥基材料主要由水化產物CSH和CH所構成，其性能也主要由CSH和CH所決定。而鈣溶出恰恰是CH的溶出和CSH的分解，必然對其性能造成重要影響。溶蝕鈣溶出在某些特殊的工程領域具有重要的應用意義，需要予以關注。比如隨著我國核工業的發展，越來越多的核廢料需要地下掩埋處理，這些工程需要用水泥基材料,且需要上千年的服役壽命，此時鈣溶出問題必須予以考慮；比如在一些長壽命大壩、水利發電廠、地下管道和其它一些地下工程中，水泥基材料要耐受長期的流動軟水沖刷，而流動軟水會加速溶蝕進行，此時鈣溶出也是一個重要的考慮因素；再比如在酸雨加速侵蝕下,現有水泥基材料的組成、孔隙結構和性能如何演化,等等。

孔隙結構的演化是溶蝕過程的一個重要特征和關鍵參數。因為溶蝕鈣溶出是一個漸進過程，它所導致的孔隙結構演化也是梯度分布的。為了準確的研究水泥基材料溶蝕過程、機理，建立可靠的溶蝕模型，孔隙結構的隨著溶蝕時空的演化是一個關鍵參數。對于本發明關注的孔隙結構的空間分布，現有各種方法，比如稱重法、壓汞法等，只能給出整個測試樣品的平均數值，不能準確描述鈣溶出過程及程度。因此開發定量表征水泥基材料因溶蝕而導致孔隙率增加量空間分布的方法具有重要的應用價值，該發明填補了該領域的空白。

發明內容

技術問題：本發明提供了一種可準確描述水泥基材料溶蝕過程、能準確測量孔隙率空間分布的定量表征水泥基材料孔隙率增加量空間分布的方法。

技術方案：本發明的定量表征水泥基材料孔隙率增加量空間分布的方法，用溶蝕前后的兩次X射線斷層照相的灰度信息來計算孔隙率增加量，具體包括以下步驟：

步驟1：取一溶蝕前水泥基材料樣品，利用抽真空方法進行飽水，然后對飽水樣品進行第一次X射線斷層照相測試，獲得溶蝕前樣品的三維斷層圖像數據G_before(x,y,z)；

步驟2：對溶蝕前水泥基材料樣品進行溶蝕；

步驟3：對溶蝕后的水泥基材料樣品再次進行真空飽水，然后在與步驟1相同的測試條件下進行第二次X射線斷層照相測試，獲得溶蝕后樣品的三維斷層圖像數據G_after(x,y,z)；

步驟4：用G_before(x,y,z)對G_after(x,y,z)進行剛體配準，配準后的數據為

步驟5：取氫氧化鈣粉晶，用壓片機壓成規則形狀的氫氧化鈣壓片，用稱重法結合測量體積法獲得氫氧化鈣壓片的表觀密度ρ_CH-表觀，結合氫氧化鈣理論密度ρ_CH獲得所述氫氧化鈣壓片的孔隙率為ρ_CH-表觀/ρ_CH，然后在與步驟1相同的測試條件下對氫氧化鈣壓片進行X射線斷層照相測試，獲得氫氧化鈣壓片樣品在不同空間位置的三維斷層圖像數據G_CH-表觀(x，y,z)，取不同空間位置三維斷層圖像數據的平均值，用下式計算得到氫氧化鈣晶體的灰度值G_CH：

步驟6：利用下列公式計算得到因溶蝕而導致孔隙率增加量的三維空間分布□φ(x,y,z)：其中G_water是與步驟1相同的測試條件下水的灰度值。

本發明中，步驟6中的G_water可以是直接從飽水的大孔中讀取得到的。

本發明中，三維斷層圖像數據可采用醫用、工業、顯微或納米X射線斷層照相設備進行X射線斷層照相測試獲得。

本發明中，溶蝕前水泥基材料為凈漿、砂漿或混凝土。

本發明中，步驟2中的溶蝕為硝酸銨溶液溶蝕。

本發明的測試方法的原理簡述如下：