[发明专利]一种测定水泥基材料孔结构的热孔计法

摘要

本发明涉及一种测定水泥基材料孔结构的方法，尤其涉及热孔计法测定水泥基材料的内部微孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布等。本发明先从热力学角度，完善热孔计法在理论中的不足，提出一种新的表征水泥基材料孔结构的计算模型，最后将考虑到水泥基材料自身特点，建立起热孔计法测定水泥基材料孔结构的方法。与其他方法相比，本发明的测试方法避免了真空所造成的微观结构变化，使热孔计法不仅可分析微孔的孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布，还可以模拟出水泥基材料中冰与温度的对应关系；这可用于进一步解释水泥基材料在低温下的力学和热学性能变化机理。

主权项

1.一种测定水泥基材料孔结构的方法，包括测定水泥基材料的内部微孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布中的一种或多种，具体包括如下步骤：(1)将水泥基材料样品干燥至恒重并称其重量m_d；测定水泥基材料样品的总体积V_样；(2)将干燥后的样品放入去离子水中，经过真空水饱和处理后备用；(3)将样品置于差示扫描量热仪的坩埚中进行DSC测试，得到样品温度T与对应热流量P的数据，根据焓变W＝P/v，其中v为升降温速率，样品孔中水的过冷度ΔT＝T，得到样品孔中水的过冷度ΔT与对应焓变W的数据；所述DSC测试的控制条件为：DSC测试包括升温阶段和降温阶段，升降温速率恒定，且升降温速率v均控制为10～0.15℃/min中的任一值；其中，样品温度T的最低温度T_min不高于样品内部所有孔中的水完全结冰的温度，对应的ΔT_min＝T_min，最高温度T_max不低于样品内部所有孔中的水完全融化的温度，对应的ΔT_max＝T_max，T的单位为摄氏度；(4)根据式(5)，得到过冷度ΔT与对应冰体积Vice的对应关系图；Vice=∫ΔT1ΔTmaxWmdWth(ΔT)ρ(ΔT)dΔT---(5)]]>其中，样品温度为ΔT1时的单位质量样品中的冰体积Vice；降温时，Wth(ΔT)=(273.15+ΔT)·(-1.2227-4.88Ln(1+ΔT273.15)+10.126×10-3ΔT+1.256×10-5ΔT21-4.556·10-5(ΔT-0.227ΔT2))·40.940.9+0.39ΔT---(10)]]>升温时，Wth(ΔT)=(273.15+ΔT)·(-1.2227-4.88Ln(1+ΔT273.15)+10.126×10-3ΔT+1.256×10-5ΔT21-4.556·10-5(ΔT-0.227ΔT2))·40.9-0.39ΔT40.9+0.39ΔT---(11)]]>ρ(ΔT)≈0.9167-2.053×10^-4ΔT-1.357×10^-6ΔT²    (12)其中，Wth(ΔT)为升温或降温时单位质量液相所放出的固化焓理论函数，ρ(ΔT)为密度函数；(5)根据过冷度ΔT与对应冰体积V_ice的对应关系图，定性判定孔半径r中小于100nm微孔中的结冰和融化曲线趋势，并定量得到样品中同一冰体积Vice下，升温阶段所对应的过冷度ΔT_M-Vice和降温阶段所对应的过冷度ΔT_F-Vice；(6)获得微孔形状：将步骤(5)中所得到的同一冰体积Vice所对应的ΔT_M-Vice和ΔT_F-Vice代入式(14)中，得到孔型系数λ的值，并根据λ的大小判断该冰体积Vice下对应发生相变的水所在的微孔的形状：λ＜0.5时，微孔为球型孔；λ≥0.5时，微孔为圆柱型孔；λ≈ΔTM-ViceΔTF-Vice---(14)]]>(7)获得微孔孔半径分布：根据式(6)获得dv/dr与孔半径r的关系图，其中V代表孔体积，根据dv/dr与r的关系图分别获得升温和降温时的孔半径分布；dVdr=K(r,n)·WmdWth(ΔT)ρ(ΔT)·dΔTdr---(6)]]>降温时，r=-64.67ΔT+0.57---(8)]]>升温时，r=-32.33ΔT+0.69---(9)]]>K(r,n)=(rr-0.8)n---(13)]]>其中，K(r，n)为与孔型和孔半径有关的函数，n为孔型经验参数，当微孔为圆柱型孔时，n＝2，当微孔为球型孔时，n＝3；(8)获得微孔孔隙率：根据式(15)获得微孔的总体积V_总，将微孔的总体积V_总与样品总体积V_样相比，得到样品的微孔孔隙率；其中，ΔT_min＝T_min，ΔT_max＝T_max。