[發(fā)明專利]一種基于壓汞實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)水泥基材料彈性模量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810108085.3
• 申請(qǐng)日: 2018-02-02
• 公開（公告）號(hào): CN108279163B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發(fā)明公開了一種基于壓汞實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)水泥基材料彈性模量的方法，包括以下步驟：獲取水泥基材料樣品，取干燥后的樣品開展壓汞實(shí)驗(yàn)，計(jì)算累計(jì)孔隙率與孔隙直徑之間的關(guān)系，將累計(jì)孔隙率轉(zhuǎn)換成相對(duì)密實(shí)度，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中表示相對(duì)密實(shí)度與孔隙直徑，確定相對(duì)密實(shí)度與孔隙直徑呈線性相關(guān)的區(qū)域，得出相對(duì)密實(shí)度與孔隙直徑線性相關(guān)區(qū)域的斜率，根據(jù)線性相關(guān)的范圍與斜率確定水泥基材料多孔結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，基于等效介質(zhì)理論，通過迭代計(jì)算獲得水泥基材料的彈性模量；本發(fā)明解決了基于水化動(dòng)力學(xué)和細(xì)觀力學(xué)預(yù)測(cè)水泥基材料彈性模量存在的參數(shù)設(shè)置過多問題，從而建立由水泥基材料多孔結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)預(yù)測(cè)彈性模量的簡單解析方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料分析與表征技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓汞實(shí)驗(yàn)分析與表征水泥基材料性能指標(biāo)的方法。

背景技術(shù)

對(duì)于水泥基材料而言，其彈性模量(楊氏模量、體變模量、剪切模量)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析中占有重要的地位。鑒于彈性模量的重要性，水泥基材料的已有研究成果提出了多種預(yù)測(cè)方法。總體來說，當(dāng)前預(yù)測(cè)方法可以分為兩大類：解析方法及數(shù)值方法。解析法基于水泥基材料的幾何、物理特征建立合適的細(xì)觀力學(xué)方法；相較于解析方法，數(shù)值方法直接求解基本的剛性方程、依賴于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力。大量研究結(jié)果表明，各種預(yù)測(cè)方法的精度主要取決于對(duì)水泥基材料多孔結(jié)構(gòu)表征的精度。

水泥基材料多孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出極其復(fù)雜的非均質(zhì)特征，通常跨越從納米至微米多個(gè)尺度。在納米尺度上，大約5納米大小的基本單元堆積成多孔結(jié)構(gòu)的水化硅酸鈣凝膠；在微米尺度上，水化產(chǎn)物(水化硅酸鈣凝膠、氫氧化鈣、鈣礬石)和未水化熟料的無序堆積形成毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于水泥基材料，精確地表征多孔結(jié)構(gòu)以及預(yù)測(cè)彈性模量需要從根本上解決多尺度問題。例如，兩尺度均勻化方法是常用的一種方法，該方法對(duì)納米尺度的水化硅酸鈣凝膠和微觀尺度的水泥漿體分別使用Mori-Tanaka方法和自洽理論。值得注意的是，多尺度方法在從納米尺度到微米尺度進(jìn)行跨尺度描述時(shí)需要設(shè)置大量的參數(shù)，而相當(dāng)?shù)膮?shù)在實(shí)驗(yàn)中難以直接測(cè)量。另外，多尺度方法存在效率較低、可操作性不好等問題，特別是對(duì)于摻有礦物摻合料的水泥基復(fù)合材料。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)水泥基材料多孔結(jié)構(gòu)存在著顯著的自相似特征，進(jìn)而發(fā)展出一種幾何方法來描述及構(gòu)建膠凝材料的多孔結(jié)構(gòu)。該種幾何方法解決了多尺度方法存在的效率較低、可操作性不好等問題，從而高效構(gòu)建膠凝材料的多孔結(jié)構(gòu)。由此，結(jié)合細(xì)觀力學(xué)方法(如等效介質(zhì)理論)，基于該種幾何方法構(gòu)建的水泥基材料多孔結(jié)構(gòu)也為預(yù)測(cè)水泥基材料的彈性模量提供了一種可行性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種解決了現(xiàn)有技術(shù)中假設(shè)條件不合理、參數(shù)難以測(cè)量的問題，從而建立水泥基材料彈性模量的簡單解析方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于壓汞實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)水泥基材料彈性模量的方法，該方法包括如下步驟：

1)按要求制作水泥基材料樣品，冷凍干燥后樣品待用；

2)將步驟1)得到的樣品進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)，逐步施加壓力P，獲取累計(jì)孔隙率f，計(jì)算累計(jì)孔隙率f與孔隙d直徑之間的關(guān)系；

3)將樣品的累計(jì)孔隙率f轉(zhuǎn)換成相對(duì)密實(shí)度χ，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中表示相對(duì)密實(shí)度χ與孔隙直徑d；

4)確定相對(duì)密實(shí)度χ與孔隙直徑d呈線性相關(guān)的區(qū)域(d₁～d₂)，d₁dd₂，其中d₁表示線性相關(guān)的直徑下限，d₂表示線性相關(guān)的直徑上限，應(yīng)用最小二乘法計(jì)算相對(duì)密實(shí)度χ與孔隙直徑d線性相關(guān)區(qū)域的斜率A；

5)根據(jù)線性相關(guān)的范圍(d₁～d₂)與斜率A確定構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)參數(shù)(n，i，b)，n表示迭代元在一維方向上的孔隙相和固體相的總數(shù)目，i表示迭代次數(shù)，b表示迭代元中固體相數(shù)目；