[發明專利]一種連續追蹤水泥基材料水分傳輸的方法

有效

• 申請號: 201510617455.2
• 申請日: 2015-09-24
• 公開（公告）號: CN105136615B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 張云升;楊林;劉志勇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 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

本發明涉及水泥基材料耐久性研究領域，具體涉及水泥基材料中水分傳輸問題，是研究有害離子侵蝕、凍融破壞、碳化等耐久性問題的基礎。

背景技術

水泥是一種重要的建筑材料和戰略產品，被認為是人類文明史最重要的人造材料之一。目前全球的水泥年產量達到36億噸，而中國在2011年至2013年消耗的水泥總量為64億噸，超過了美國整個20世紀的消耗量，這一事實令比爾蓋茨極為震驚。整個社會的建設與發展離開水泥是難以想象的。在人們的傳統觀念中，水泥基材料是一種耐久性優良的建筑材料，人們較少地關注其耐久性問題。然而，近年來大量的工程在未達到其設計壽命時就已呈現出嚴重的耐久性問題，如硫酸鹽侵蝕破壞、氯離子侵蝕造成的鋼筋銹蝕、凍融、碳化等。在發達國家，對既有結構進行維修、維護花費的代價占據整個土木工程資源的40％，而僅有60％的資源用于新建筑。對于水泥基材料的破壞，水分起到了一個至關重要的作用，它幾乎參與了所有的劣化過程，是大多數物理劣化過程的直接參與者，同時是化學侵蝕破壞的間接參與者，是其它有害離子侵入的媒介。研究水分在水泥基材料中的傳輸是評價其性能、預測壽命和進行耐久性設計的基礎。

目前研究水泥基材料水分傳輸的方法主要有重量法、表面吸水、滲透等，但存在過程繁瑣、耗時長、難以確定水分的傳輸高度等不足之處。作為一種射線成像技術，X-CT相比于傳統方法具有較多的優勢，它可以無損地獲取被檢樣品內部結構，且能實現原位、連續觀察，但利用X-CT研究水泥基材料水分傳輸一直未見報道。主要原因是水泥基材料的空隙率較低、孔徑較小、孔結構復雜，水分的遷入并不能引起圖像灰度的顯著變化，導致難以確定水分的傳輸距離。

發明內容

技術問題：本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種利用X-CT聯合離子增加技術實現原位連續可視化追蹤水泥基材料水分傳輸的方法，為研究水泥基材料的劣化、耐久性奠定理論基礎。

技術方案：本發明的X-CT聯合離子增強技術連續追蹤水泥基材料水分傳輸的方法，是將X射線計算機斷層掃描技術與離子增強技術聯合使用，具體包括以下步驟：

步驟1：切取待測樣品，并在≤105℃干燥箱中干燥至恒重；

步驟2：用環氧樹脂或石蠟密封材料將干燥后試樣的所有側面和一個端面密封，只留一個端面與水接觸；

步驟3：將密封后的試樣固定于帶支點的平底容器中，并置于計算機斷層掃描系統樣品臺上，向平底容器內注入水溶液，當液面與試樣端面接觸后開始計時，并按照預設的時間間隔對試樣進行X射線計算機斷層掃描；

步驟4：利用專業分析軟件VG studio對獲得的掃描信息進行分析，獲取試樣的二維或三維圖像，根據圖像的灰度值變化確定水分傳輸高度。

所述的離子增強技術是指在水中加入Cs⁺、Br^-、I^-的大原子序數離子，其質量百分比濃度為0.5％～5％。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下特點：

(1)采用本發明，將X-CT與離子增強技術聯合使用，可以顯著增強圖像的對比度，能準確地確定水分傳輸高度。

(2)采用本發明可以實現無損、原位、連續、可視化監測水分在水泥基材料中的傳輸過程。

附圖說明

圖1：樣品放置示意圖.1-試樣，2-密封層，3-塑料盤，4-液面，5-支撐。

圖2：離子增強前后的圖像對比度.(a)未增強，(b)增強后.

圖3：原位連續監測硬化水泥漿體水分傳輸過程.

圖4：水分傳輸高度與時間的關系.

圖5：縱向裂縫試樣的放置示意圖.1-試樣，2-密封層，3-塑料盤，4-裂縫，5-液面，6-支撐.

圖6：水分在縱向裂縫砂漿中的傳輸過程。

圖7：橫向裂縫試樣的放置示意圖.1-試樣，2-密封層，3-塑料盤，4-裂縫，5-液面，6-支撐.

圖8：水分在橫向裂縫砂漿中的傳輸過程

具體實施方式

下面給出的實施例擬對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據本發明的內容作出的進一步非實質性改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。

實施例1

試樣：水泥凈漿，水灰比為0.45，標準條件養護60天，切割出的試樣尺寸為20mm×20mm×80mm，在60℃鼓風干燥箱中干燥至恒重，冷卻至室溫后將所有側面和一個端面用環氧樹脂密封，只留一個端面與水接觸。樣品的放置如圖1所示。