[发明专利]一种可视化表征水泥基材料水分空间分布和含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥基材料耐久性研究与应用领域，具体涉及一种水泥基材料毛细吸水后水分空间分布和含量的可视化表征。

背景技术

水分不仅为侵蚀离子(硫酸根离子、氯离子等)进入或钙离子溶出水泥基复合材料内部提供便利的传输载体，而且在温、湿度交变条件下作为主要介质引起材料的收缩或冻融损伤破坏。因此，充分了解水分的传输行为有助于合理分析耐久性破坏规律。

水分在混凝土中的迁移主要有三种方式：渗透、毛细吸水以及气相扩散等。渗透主要是指饱和水在压力作用下的传输行为，然而在许多情况下水泥基复合材料处于不完全饱和状态，因此毛细管抽吸作用力下的传输行为将起到主要作用。通常采用测重得到混凝土材料的吸水率来反应非饱和材料的吸水过程，但是该方法只是简单反应吸水量与时间之间的关系，不能反应水分在材料中的运动形式和空间分布。Phillipson MC等利用测试混凝土材料的电学参数(电阻、电容以及介电常数)来表征材料内部的相对含水量，但该方法的测试精度易受到水泥基复合材料中孔溶液离子种类和含量的影响。

发明内容

针对现有定量分析水分侵入水泥基材料内部困难的问题，本发明提供一种定量可视化表征水泥基材料中水分空间分布和含量的方法。

本发明采用以下技术方案：

一种可视化表征水泥基材料水分空间分布和含量的方法，包括如下步骤：

步骤一、取一成型好并养护一定龄期的水泥基材料，干燥得到试样；

步骤二、用石蜡密封步骤一得到的试样除浸水面外的所有端面和侧面，以避免水分从侧面侵入试样内部；随后将试样放入平底容器中，浸水面用小垫块支撑；

步骤三、将步骤二所述平底容器置于X-CT成像装置台上，往平底容器中注入高出试样浸水面一定距离的水进行毛细吸水实验，同时开启X-CT成像装置，对水分侵入试样进行X-CT成像；

步骤四、根据步骤三获得的X-CT图像进行灰度分析，得到试样毛细吸水深度的变化；根据公式1-4b，利用毛细吸水深度和吸水时间，得到毛细吸水深度系数，再根据公式1-11，利用毛细吸水深度系数和试样孔隙率，得到毛细吸水质量系数，之后根据公式1-10a，利用毛细吸水质量系数和吸水时间，得到毛细吸水质量的变化；其中，

公式1-4b为：y＝A_·t^1/2，y为毛细吸水深度，A为毛细吸水深度系数，t为吸水时间；

公式1-11为：B＝ρφA，B为毛细吸水质量系数，ρ为水的密度，为试样孔隙率，A为毛细吸水深度系数；

公式1-10a为：i＝B_·t^1/2,i为试样单位横截面面积上的累计吸水质量，B为毛细吸水质量系数，t为吸水时间。

步骤一所述试样制备步骤为：用硅酸盐水泥制备出水泥浆体，样品成型24h后拆模并放入湿度95％，温度20℃的标准养护室中养护1年，然后将试件切为10mm×10mm×40mm的棱柱体，并放入105℃烘箱中烘干至恒重，得到所述试样。

步骤三所述平底容器中注入的水高出试样浸水面2mm。

步骤三在水分侵入试样0min，30min，60min，150min，270min后进行X-CT成像。

本发明的有益效果：

采用X-CT成像技术对材料内部水分在毛细管作用下传输行为进行原位、连续、可视化追踪。

(1)X-CT技术是无损观察水泥基复合材料内部水分传输行为的一个重要工具，它根据毛细吸水之后材料灰度值的变化进而准确监测水分的动态侵入过程，并具有较高分辨率。

(2)本发明方法不仅能够定量表征水分侵入深度的演变，还能够准确预测毛细吸水质量的变化。

附图说明

图1为毛细吸水实验示意图。

图2为典型的毛细吸水2D CT图像。

图3为毛细吸水2D CT图像中灰度值的变化。

图4为毛细吸水过程中未掺加和掺加磨细矿渣浆体同一位置随时间变化的2D CT图。

图5为磨细矿渣掺量对毛细吸水侵入深度的影响。

图6为2D CT图像中孔相灰值。

图7为毛细吸水过程中孔相的灰度变化。

图8为掺加磨细矿渣浆体的实测吸水曲线及拟合曲线。

图9为掺加磨细矿渣浆体的孔径分布微分曲线。

图10为掺加磨细矿渣浆体的孔径分布曲线。

图11为掺加磨细矿渣浆体单位面积累计吸水量的实验与预测结果。

具体实施方式