CN105092793A - 一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，包括以下步骤：(1)测试胶凝材料的密度ρ_c；(2)测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c；(3)分别测试胶凝材料的在60℃真空干燥后水化样品的质量m₆₀、在1050℃真空干燥后水化样品的质量m₁₀₅₀；(4)计算水化过程中胶凝材料填充孔隙能力V_F，操作简单，可直接测得水化过程中胶凝材料填充孔隙能力。

Description

一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法

技术领域

本发明涉及建筑材料的测试方法，特别涉及一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法。

背景技术

水泥基材料的宏观性能主要取决于其孔隙率。胶凝材料水化过程中，水化产物逐渐填充浆体中孔隙，使浆体逐渐硬化并产生强度。因此，对水泥浆体宏观性能进行准确预测，必须定量表征水化过程中胶凝材料填充孔隙能力。

由于测定水化产物密度极为困难，目前通常采用水化程度间接反映胶凝材料对浆体中孔隙的填充能力，尚无法直接、量化表征胶凝材料填充孔隙能力。由于水泥水化早期主要生产外部水化产物，填充孔隙能力较强，而后期生成内部水化产物比例较高，填充孔隙能力较弱，导致采用水化程度表征胶凝材料孔隙填充能力方法存在较大误差。特别是，矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料对孔隙的填充能力，未见有效表征方法报告，阻碍了胶凝材料的高效利用及浆体组成、结构与性能的精确预测。

通过测量水化产物密度、测量孔隙率等间接的方法测试胶凝材料孔隙填充能力，影响因素多，表征手段复杂，且并不能完全揭示胶凝材料在浆体中水化过程中的变化；因此，迫切需要能够找到一种简易、直接测试胶凝材料在水化过程中体积的变化的方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，操作简单，可直接测得水化过程中胶凝材料填充孔隙能力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，包括以下步骤：

(1)测试胶凝材料的密度ρ_c；

(2)测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c；

(3)分别测试胶凝材料的在60℃真空干燥后水化样品的质量m₆₀、在1050℃真空干燥后水化样品的质量m₁₀₅₀；

(4)计算水化过程中胶凝材料填充孔隙能力V_F：

$V_F=\frac{m_{60}-m_{1050}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}-V_C$

其中，ρ_w为水的密度，ρ_c为胶凝材料的密度。

步骤(1)所述测试胶凝材料的密度ρ_c，具体为：

(1-1)胶凝材料过0.90mm方孔筛，在110±5℃温度下干燥1h，并在干燥器内冷却至室温；

(1-2)将无水煤油注入李氏瓶中，称取胶凝材料，将胶凝材料加入李氏瓶，反复摇动至没有气泡排出，在恒温条件下，记录加入胶凝材料前后李氏瓶的刻度，得到胶凝材料排开的体积；

(1-3)根据以下公式计算胶凝材料的密度ρ_c：

密度ρ_c＝水泥质量/排开的体积。

步骤(2)测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c，具体为：

按照ASTMC1608的方法测得单位体积胶凝材料的化学收缩。

所述胶凝材料为硅酸盐水泥、矿渣、粉煤灰或钢渣。

本发明的原理如下：

胶凝材料水化过程，自由水参与反应变为水化产物的化学结合水，造成水体积逐渐减小；固相体积逐渐增加，逐渐填充浆体孔隙。由于生成物密度大于反应物密度，总体积逐渐减小，即产生化学收缩。因此，化学收缩(V_c)等于消耗水的体积(V_w)与固相体积膨胀量(即孔隙填充能力，V_F)之差：

V_c＝V_w-V_F(1)

式中：V_c单位体积胶凝材料水化过程中的学收缩；V_w为单位体积胶凝材料水化过程中消耗水的体积；V_F为单位体积胶凝材料水化过程中的体积膨胀量(即孔隙填充能力)。

因此，单位体积胶凝材料填充孔隙能力(V_F)为：

V_F＝V_w-V_c(2)

化学收缩可通过ASTMC1608方法测得，消耗水的体积可通过非蒸发水计算：

$V_w=\frac{m_{60}-m_{1050}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}=\frac{m_{ne}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}---\left(3\right)$

式中：m₆₀为60℃真空干燥后水化样品的质量；m₁₀₅₀为1050℃灼烧后水化样品的质量；ρ_w为水的密度；ρ_c为胶凝材料的密度；m_ne为非蒸发水质量。

最终，单位体积胶凝材料填充孔隙能力可由下式计算：

$V_F=\frac{m_{ne}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}-V_C---\left(4\right)$

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

现有的胶凝材料孔隙填充能力的表征主要是通过核磁共振(NMR)、透射电镜(TEM)、小角中子散等手段表征水化产物的密度、凝胶孔性质等参数，间接计算出孔隙填充能力大小。胶凝材料水化过程中的孔隙填充能力受到多个因素的影响，例如水泥水化产物中凝胶孔的性质，水化产物的组成和结构等。测试水泥水化产物的密度时需要对样品进行干燥，这会导致水泥浆体凝胶孔的数量、大小等发生改变。因此，通过水化产物密度计算可以表征胶凝材料的孔隙填充能力但存在不足：一方面，测试水化产物的密度对测试仪器要求高，测试分析过程复杂；另一方面，由于测试样品经过终止水化与干燥过程，水化产物的组成和结构会发生变化。另外，测试密度只是一个很小的部分，由于水泥水化产物结构的复杂性，该部分并不具有代表性。而本发明是直接表征水泥在水化过程中的孔隙填充能力，克服了目前表征方法的不足，同时表征方便、计算简单，结果准确，能够真实地揭示水化过程中胶凝材料体系固相体积的变化规律。

附图说明

图1为实施例1的不同粒度区间的单位体积硅酸盐水泥水化过程中产生的化学收缩。

图2为实施例1的不同粒度区间的单位体积硅酸盐水泥水化过程中产生的非蒸发水量。

图3为实施例1的不同粒度区间的单位体积硅酸盐水泥水化过程中的填充孔隙能力。

图4为实施例2的不同粒度区间的单位体积硅酸盐水泥水化过程中产生的化学收缩。

图5为实施例2的不同粒度区间的单位体积硅酸盐水泥水化过程中产生的非蒸发水量。

图6为实施例2的不同粒度区间的单位体积硅酸盐水泥水化过程中的填充孔隙能力。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例以不同粒度区间的硅酸盐水泥为例，测试填充孔隙能力，包括以下步骤：

(1)测试胶凝材料的密度ρ_c，具体为：

将无水煤油注入李氏瓶中到0至1mL刻度线后(以弯月面下部为准)，盖上瓶塞放入恒温水槽内，使刻度部分浸入水中(水温应控制在李氏瓶刻度时的温度)，恒温30min，记下初始(第一次)读数。从恒温水槽中取出李氏瓶，用滤纸将李氏瓶细长颈内没有煤油的部分仔细擦干净。水泥试样应预先通过0.90mm方孔筛，在110±5℃温度下干燥1h，并在干燥器内冷却至室温。称取水泥60g，称准至0.01g。用小匙将水泥样品一点点的装入6.1条的李氏瓶中，反复摇动(亦可用超声波震动)，至没有气泡排出，再次将李氏瓶静置于恒温水槽中，恒温30min，记下第二次读数。第一次读数和第二次读数时，恒温水槽的温度差不大于0.2℃。水泥体积应为第二次读数减去初始(第一次)读数，即水泥所排开的无水煤油的体积(mL)。水泥密度ρ_c(g/cm³)按下式计算：

水泥密度ρ_c＝水泥质量(g)/排开的体积(cm³)

结果计算到小数第三位，且取整数到0.01g/cm³，试验结果取两次测定结果的算术平均值，两次测定结果之差不得超过0.02g/cm³。

(2)按照ASTMC1608的方法测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c；

具体测试方法如下：首先，在容积为500mL的锥形瓶中加入约1/3体积的水；其次，称量35g(记为m_c，精确到0.01g)胶凝材料，缓慢加入锥形瓶中，继续向锥形瓶中加水，待锥形瓶中水加至瓶口时，用带有移液管(最大量程5mL，精确度0.01mL)的橡胶塞封住瓶口并用AB胶密封。最后，用注射器向移液管中加入水至4ml处，并向移液管内滴入1滴石蜡油(防止实验过程中因水分蒸发产生误差)。在0.5h、1h、2h、3h、4h、6h、12h、1d、2d、3d、5d、7d、10d、12d、14d、20d、25d、28d、60d、90d龄期记录下移液管中液面的读数，记为V_c。

(3)分别测试胶凝材料的在60℃真空干燥后水化样品的质量m₆₀、在1050℃真空干燥后水化样品的质量m₁₀₅₀；

(4)计算水化过程中胶凝材料填充孔隙能力V_F：

$V_w=\frac{m_{60}-m_{1050}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}=\frac{m_{ne}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}$

其中，ρ_w为水的密度，ρ_c为胶凝材料的密度，m_ne为非蒸发水质量。

本实施例得到的单位体积硅酸盐水泥水化过程中产生的化学收缩和非蒸发水量分别见图1和图2。测试得到的填充孔隙能力结果见图3。

实施例2

本实施例以不同粒度区间的矿渣为例，测试填充孔隙能力，包括以下步骤：

(1)测试胶凝材料的密度ρ_c，与上述测试水泥密度的方法完全相同

(2)按照ASTMC1608的方法测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c。具体测试过程与水泥完全相同，但为了促进矿渣的水化，矿渣在粉体中外掺了10％质量的Ca(OH)₂后，液相环境采用0.2mol/L的NaOH溶液代替水。

(3)分别测试胶凝材料的在60℃真空干燥后水化样品的质量m₆₀、在1050℃真空干燥后水化样品的质量m₁₀₅₀；

(4)计算水化过程中胶凝材料填充孔隙能力V_F：

$V_w=\frac{m_{60}-m_{1050}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}=\frac{m_{ne}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}$

其中，ρ_w为水的密度，ρ_c为胶凝材料的密度，m_ne为非蒸发水质量。

本实施例得到的单位体积硅酸盐水泥水化过程中产生的化学收缩和非蒸发水量分别见图4和图5。测试得到的填充孔隙能力结果见图6。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)测试胶凝材料的密度ρ_c；

(2)测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c；

(3)分别测试胶凝材料的在60℃真空干燥后水化样品的质量m₆₀、在1050℃真空干燥后水化样品的质量m₁₀₅₀；

(4)计算水化过程中胶凝材料填充孔隙能力V_F：

$V_F=\frac{m_{60}-m_{1050}}{{\mathrm{\ρ}}_w{\mathrm{\ρ}}_c}-V_C$

其中，ρ_w为水的密度，ρ_c为胶凝材料的密度。

2.根据权利要求1所述的水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，其特征在于，步骤(1)所述测试胶凝材料的密度ρ_c，具体为：

(1-1)胶凝材料过0.90mm方孔筛，在110±5℃温度下干燥1h，并在干燥器内冷却至室温；

(1-2)将无水煤油注入李氏瓶中，称取胶凝材料，将胶凝材料加入李氏瓶，反复摇动至没有气泡排出，在恒温条件下，记录加入胶凝材料前后李氏瓶的刻度，得到胶凝材料排开的体积；

(1-3)根据以下公式计算胶凝材料的密度ρ_c：

密度ρ_c＝水泥质量/排开的体积。

3.根据权利要求1所述的水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，其特征在于，步骤(2)测试单位体积胶凝材料水化过程中的化学收缩V_c，具体为：

按照ASTMC1608的方法测得单位体积胶凝材料的化学收缩。

4.根据权利要求1所述的水化过程中胶凝材料填充孔隙能力的测试方法，其特征在于，所述胶凝材料为硅酸盐水泥、矿渣、粉煤灰或钢渣。