[發明專利]一種水泥基材料凍融損傷的微觀結構檢測方法

有效

• 申請號: 201310322928.7
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103389314A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 劉琳;蔣建華;沈德建;趙海濤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N1/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于水泥基復合材料性能檢測領域，特別是一種水泥基材料凍融損傷的微觀結構檢測方法。

背景技術

凍融損傷是寒冷潮濕地區混凝土結構劣化的主要原因，也是我國水工混凝土建筑在運行過程中遇到的主要病害。由凍融損傷導致的混凝土結構失效，其根本原因是水泥基材料微觀結構的劣化。

關于水泥基材料凍融損傷現有的檢測方法主要有快凍法、慢凍法和鹽凍法，這幾種方法能夠得到水泥基復合材料的相對動彈性模量隨凍融循環次數的變化關系，但不能監測材料內部微觀結構的演變規律。聲發射技術可以監測水泥基復合材料在凍融循環過程中的內部損傷和彈性模量變化，但監測數據很難量化處理。近年來，X射線斷層掃描成像技術在研究混凝土內部結構中得到應用，越來越多的研究人員開始利用這種無損探測手段測試水泥基材料的損傷劣化過程。

關于混凝土凍融破壞機理的研究及抗凍性研究在過去的幾十年中一直是一個熱點問題，提出的破壞機理有很多種，主要有靜水壓理論、滲透壓理論、結晶壓理論、微冰透鏡（micro-ice-lens）理論和膠結層裂（glue-spall）理論等。上述凍融破壞理論大部分是從純物理模型出發，經假設和推導而得出，然而受到凍融介質、服役狀態、環境條件等多重因素的影響，混凝土的凍融破壞很可能是在某種特定條件下以某種破壞機理為主導的多種作用機理的結合。

凍融破壞是與水泥基復合材料的內部孔結構、孔隙水的物理化學行為及局部環境條件等密切相關的力學作用結果。混凝土的凍融破壞按凍融介質可分為水凍破壞和鹽凍破壞。對于水凍破壞，除了熱應力作用外，根據過剩水是否能夠及時排出，可將主要破壞應力來源分為靜水壓破壞和結晶壓破壞。對于完全飽水的水泥基復合材料，當處于不可排水狀態時（比如非引氣密封試件），由水轉變為冰所伴隨的體積膨脹導致材料內部的未結冰水因沒有足夠的空間容納而受到排擠，從而產生靜水壓力。當試件處于可排水狀態且靜水壓力可忽略時，破壞應力主要來源于冰的結晶壓力。可見，靜水壓破壞或結晶壓破壞與試件的密封條件，排水狀態有關。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種通過改進水泥基材料試件的表面密封狀態和凍融循環制度，得到凍融損傷前后水泥基材料的微觀結構，并定量分析由凍融循環作用產生的微裂縫分布，從而為水泥基復合材料凍融破壞的機理研究提供依據的水泥基材料凍融損傷的微觀結構檢測方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種水泥基材料凍融損傷的微觀結構檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、對長齡期的水泥基材料樣品作切割、打磨，得到若干個相同尺寸的水泥基材料試件；

步驟2、對水泥基材料試件做真空飽水處理；

步驟3、將步驟2處理后的試件的一面作為底面，對試件進行X射線斷層掃描，得到凍融前的二維灰度圖像數據，所述每個水泥基材料試件對應一組二維灰度圖像數據；

步驟4、對步驟3處理后的水泥基材料試件再次做真空飽水處理；

步驟5、將經步驟4處理后的水泥基材料試件隨機分成三類，將每類水泥基材料試件置于不同密封條件下進行凍融前處理，所述密封條件包括全密封、半密封和不密封；

步驟6、分別對上述進行凍融前處理后的三類水泥基材料試件做一次凍融循環；

步驟7、對步驟6處理后的試件進行X射線斷層掃描，得到一次凍融循環后的二維灰度圖像數據；反復進行凍融循環，直至水泥基材料試件失效，此時得到若干次凍融循環后的二維灰度圖像數據；所述每個水泥基材料試件每凍融循環一次對應一組二維灰度圖像數據；

步驟8、分別對凍融前和每次凍融循環后的二維灰度圖像數據進行處理和定量分析，得到每個水泥基材料試件的凍融前三維灰度圖像數據和每次凍融循環后的三維灰度圖像，并通過灰度變化統計裂紋信息，所述裂紋信息包括體積分數、連通性、比表面積、空間取向程度。

進一步地優選方案，本發明水泥基材料凍融損傷的微觀結構檢測方法中，步驟1中將長齡期的水泥基材料樣品作切割、打磨為圓柱體水泥基材料試件，圓柱體尺寸為：直徑Φ=8.2mm、長度L=10mm，所述水泥基材料為水泥凈漿、水泥砂漿或混凝土。

進一步地優選方案，本發明水泥基材料凍融損傷的微觀結構檢測方法中，所述密封條件為全密封時進行凍融前處理，具體包括：用環氧樹脂全密封或保鮮膜全密封；全密封條件下的水泥基材料試件在氣凍氣融環境下進行凍融循環。