[发明专利]一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法

说明书

一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法。目前测试孔隙的手段仅针对连通孔和部分半连通孔隙进行测试，无法探测非连通孔隙，无法准确评估材料的孔隙连通性。本发明所述球形颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法为首先建立球体颗粒堆积模型，其次对球心点集执行Delaunay四面体剖分以把堆积模型划分为由多个四面体组成的集合后，逐一获取集合中四面体的孔隙体积以及判断每个四面体孔隙的连通性，最后进行球形颗粒堆积模型中连通孔隙率的统计计算过程。

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法，属于多孔材料孔径分布分析技术领域。

背景技术

水泥基复合材料具有多孔的性质，孔对材料的力学性能及耐久性有着重要的影响，其中耐久性如冻融、碳化、钢筋锈蚀等多为侵蚀介质通过孔隙结构的传输进入材料内部，逐步导致内部结构劣化、性能丧失。侵蚀介质向水泥基多相多孔材料中的传输速率除受环境温度影响外，主要取决于多孔材料自身的开口连通孔隙率。准确评估多孔材料的孔隙连通性是预测多孔材料抵抗侵蚀介质传输能力的关键，也是后续预测水泥基材料耐久性的宝贵依据，具有十分重要的工程实际意义。如今，测量多孔材料孔隙结构常用的实验方法主要有压汞法和吸附法。由于受试验技术和方法原理的限制，压汞法和吸附法所能测试的孔隙仅包括连通孔和部分半连通孔隙，无法探测非连通孔隙，故而无法准确评估材料的孔隙连通性。

得益于迅速发展的数字建模技术，依赖于计算机图像分析技术，多孔介质材料内部的微观三维孔隙结构可以被数值模型表征。通过对多孔材料的三维模型（根据扫描电镜结构重构或根据材料结构重新建立）进行像素化处理，即将模型划分为若干全等立方体像素，像素的中心点为固体则视该像素为固体，像素的中心点为孔隙则视该像素为孔隙，可以分析多孔材料的孔隙结构信息，当然也包括连通孔隙率。但是众所周知，多孔材料的连通性在多数情况下主要受小孔影响，而基于像素化处理后的多孔材料三维模型所能识别的最小孔隙却受分辨率的限制影响。越高的分辨率下多孔材料三维模型孔结构展示的也越精细，计算结果也越精确，但与此同时运行处理的内容也随之增加，效率下降；低分辨率下虽然能快速运算获取结果，但粗糙的多孔材料三维模型带来的却是准确度上的大幅降低。对不规则多孔材料采取像素化方法乃无奈之举，而对于具有特殊结构的球体堆积类多孔材料而言，目前未有不受分辨率限制的孔隙连通性分析方法，导致对不规则多孔材料中非连通孔隙的孔隙连通性难以准确评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法，所述球体堆积体系孔隙连通性分析方法为首先建立球体颗粒堆积模型，其次对球心点集执行Delaunay四面体剖分以把堆积模型划分为由多个四面体组成的集合后，逐一获取集合中四面体的孔隙体积以及判断每个四面体孔隙的连通性，最后进行球体颗粒堆积模型中连通孔隙率的统计计算过程。

作为优选方案：建立球体颗粒堆积模型的过程为：

对于指定球体颗粒粒径分布和孔隙率的体系，首先确定立方体填充空间的尺寸大小，然后把球体颗粒按尺寸从大到小依次投入立方体填充空间中，每个球体颗粒的坐标由蒙特卡洛法随机生成，直至所有颗粒全部投放完毕，形成球体颗粒堆积模型。

作为优选方案：基于球体颗粒堆积模型，对球心点集执行Delaunay四面体剖分的操作过程为：

根据球体颗粒堆积模型信息，把所有球体中心的坐标进行整理形成二维矩阵，二维矩阵有三列，分别为球心的横坐标、纵坐标和列坐标，矩阵中每一行代表一个球体的球体坐标，采用MATLAB中的Delaunay Triangulation函数作用该二维矩阵，即实现对球心点集的Delaunay四面体剖分；在二维情况下，矩阵只有两列，分别为圆的横坐标集和列坐标集，对矩阵作用Delaunay Triangulation函数以执行对圆心点集的Delaunay三角剖分。