[发明专利]一种定量表征水泥基材料孔隙率增加量空间分布的方法

说明书

技术领域

本发明属于水泥基材料耐久性领域，涉及一种定量表征水泥基材料孔隙率增加量空间分布的方法。

背景技术

水泥混凝土材料作为主要的建筑材料在生产生活中被广泛应用，但这类材料在服役过程中，主要在外载或环境作用下，不可避免的发生组织结构性能的劣化，即耐久性问题。水泥基材料耐久性是当前国内外土木工程材料领域的一个研究热点,对人类可持续发展和国民经济建设具有重要意义。

溶蚀是耐久性的一个范畴，指的是在软水或者酸性溶液的长期冲刷或浸泡作用下，水泥基材料中的可溶性物质(主要是CH和CSH凝胶中的钙元素)以钙离子的形式逐渐溶解迁移到环境中，从而导致材料性能劣化的一种耐久性形式。溶蚀钙溶出对水泥基材料研究具有重要的理论价值。我们知道水泥基材料主要由水化产物CSH和CH所构成，其性能也主要由CSH和CH所决定。而钙溶出恰恰是CH的溶出和CSH的分解，必然对其性能造成重要影响。溶蚀钙溶出在某些特殊的工程领域具有重要的应用意义，需要予以关注。比如随着我国核工业的发展，越来越多的核废料需要地下掩埋处理，这些工程需要用水泥基材料,且需要上千年的服役寿命，此时钙溶出问题必须予以考虑；比如在一些长寿命大坝、水利发电厂、地下管道和其它一些地下工程中，水泥基材料要耐受长期的流动软水冲刷，而流动软水会加速溶蚀进行，此时钙溶出也是一个重要的考虑因素；再比如在酸雨加速侵蚀下,现有水泥基材料的组成、孔隙结构和性能如何演化,等等。

孔隙结构的演化是溶蚀过程的一个重要特征和关键参数。因为溶蚀钙溶出是一个渐进过程，它所导致的孔隙结构演化也是梯度分布的。为了准确的研究水泥基材料溶蚀过程、机理，建立可靠的溶蚀模型，孔隙结构的随着溶蚀时空的演化是一个关键参数。对于本发明关注的孔隙结构的空间分布，现有各种方法，比如称重法、压汞法等，只能给出整个测试样品的平均数值，不能准确描述钙溶出过程及程度。因此开发定量表征水泥基材料因溶蚀而导致孔隙率增加量空间分布的方法具有重要的应用价值，该发明填补了该领域的空白。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种可准确描述水泥基材料溶蚀过程、能准确测量孔隙率空间分布的定量表征水泥基材料孔隙率增加量空间分布的方法。

技术方案：本发明的定量表征水泥基材料孔隙率增加量空间分布的方法，用溶蚀前后的两次X射线断层照相的灰度信息来计算孔隙率增加量，具体包括以下步骤：

步骤1：取一溶蚀前水泥基材料样品，利用抽真空方法进行饱水，然后对饱水样品进行第一次X射线断层照相测试，获得溶蚀前样品的三维断层图像数据G_before(x,y,z)；

步骤2：对溶蚀前水泥基材料样品进行溶蚀；

步骤3：对溶蚀后的水泥基材料样品再次进行真空饱水，然后在与步骤1相同的测试条件下进行第二次X射线断层照相测试，获得溶蚀后样品的三维断层图像数据G_after(x,y,z)；

步骤4：用G_before(x,y,z)对G_after(x,y,z)进行刚体配准，配准后的数据为

步骤5：取氢氧化钙粉晶，用压片机压成规则形状的氢氧化钙压片，用称重法结合测量体积法获得氢氧化钙压片的表观密度ρ_CH-表观，结合氢氧化钙理论密度ρ_CH获得所述氢氧化钙压片的孔隙率为ρ_CH-表观/ρ_CH，然后在与步骤1相同的测试条件下对氢氧化钙压片进行X射线断层照相测试，获得氢氧化钙压片样品在不同空间位置的三维断层图像数据G_CH-表观(x，y,z)，取不同空间位置三维断层图像数据的平均值，用下式计算得到氢氧化钙晶体的灰度值G_CH：

步骤6：利用下列公式计算得到因溶蚀而导致孔隙率增加量的三维空间分布□φ(x,y,z)：其中G_water是与步骤1相同的测试条件下水的灰度值。

本发明中，步骤6中的G_water可以是直接从饱水的大孔中读取得到的。

本发明中，三维断层图像数据可采用医用、工业、显微或纳米X射线断层照相设备进行X射线断层照相测试获得。

本发明中，溶蚀前水泥基材料为净浆、砂浆或混凝土。

本发明中，步骤2中的溶蚀为硝酸铵溶液溶蚀。

本发明的测试方法的原理简述如下：