CN109470620A - 基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，包括以下步骤：Step 1：测定水泥粉体的表观密度ρcem，以及由水泥粉体制成的硬化水泥浆的表观密度ρapp；Step 2：将硬化水泥浆置于50℃真空干燥箱中干燥至恒重，再测定硬化水泥浆的非蒸水含量Wn；Step 3：计算无化学收缩情况下，硬化水泥浆的密度ρ1；Step 4：计算硬化水泥浆的化学收缩Vcs；Step 5：计算考虑水泥水化化学收缩情况下，硬化水泥浆的真密度ρtru；Step 6：最后，计算硬化水泥浆的封闭孔孔隙率Pclo。与现有技术相比，本发明具有测试过程简单易行，测定结果准确性高等优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料性能检测技术领域，涉及一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法。
背景技术
水泥浆体中封闭孔对水泥基体的性能影响复杂。一方面，封闭孔的存在降低了水泥基体的密实度，降低其强度与抗收缩性等性能；另一方面，在力学性能方面，根据Griffith微裂缝断裂理论，硬化水泥浆在受力达到临界值时会产生微裂纹，裂纹尖端的应力集中使得裂纹进一步扩散，当微裂纹尖端扩散到封闭口时，应力集中被缓解，因此封闭孔的存在可以一定程度提高水泥基体的力学性能。此外，封闭孔的存在硬化水泥浆受冻时可以缓解应力集中带来的破坏，提高水泥基材料的抗冻性。因此，封闭孔孔隙率对水泥基材料的性能影响较为显著。
目前，测试水泥浆孔结构的方法主要有氮吸附、压汞、核磁共振和图像分析法四大类。氮吸附和压汞利用分别利用氮气吸附和物质贡在压力下浸入孔隙的方式测试孔隙率，因此只能测得开口孔的孔隙率；核磁共振通过测量饱水试样的横向弛豫时间计算孔隙率，可以测试封闭孔的孔隙率，但是需要经饱水处理，而对于封闭孔，难以做到封闭孔内完全被水填充，因此封闭孔的测试值往往偏小，同时核磁共振设备昂贵，不易获取。而图像分析技术在图像处理过程中主观因素影响较大，某种物相灰度值的确定在很大程度上取决于操作人员的主管判断，对同一样品，不同研究者分析所得结果有所差异，可比性较低。因此，现有技术不仅测试准确性差，且测试设备昂贵，不易获取。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，包括以下步骤：
Step 1：测定水泥粉体的表观密度ρcem，以及由水泥粉体制成的硬化水泥浆的表观密度ρapp；
Step 2：将硬化水泥浆置于50℃真空干燥箱中干燥至恒重，再测定硬化水泥浆的非蒸水含量Wn；
Step 3：计算无化学收缩情况下，硬化水泥浆的密度ρ1；
Step 4：计算硬化水泥浆的化学收缩Vcs；
Step 5：计算考虑水泥水化化学收缩情况下，硬化水泥浆的真密度ρtru，其计算公式为：
ρtru＝ρ1/(1-Vcs) (7)；
Step 6：最后，计算硬化水泥浆的封闭孔孔隙率Pclo，其计算公式为：
Pclo＝1-ρapp/ρtru (8)。
非蒸水含量Wn的计算公式为：
其中，L为硬化水泥浆的900℃烧失量，Lc为水泥粉体的烧失量。
硬化水泥浆的密度ρ1的计算公式为：
其中，ρcem和ρwat分别为水泥粉体和水的表观密度。
硬化水泥浆的化学收缩Vcs的计算公式为：
Vcs＝0.20α(1-P) (3)，
P＝βpra/(βpra+1/ρcem) (4)，
其中，βpra为实际水灰比，α为水化程度。
水化程度α的计算公式为：
α＝100Wn/βthe (5)，
βthe为水化产物中结合水比例，即水泥颗粒充分水化的理论最小水灰比。
理论最小水灰比βthe的计算公式为：
βthe＝0.24mC3S+0.21mC2S+0.40mC3A+0.37mC4AF+0.33mf-CaO (6)，
其中，mC3S、mC2S、mC3A、mC4AF和mf-CaO分别为水泥中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙和游离氧化钙的质量分数。
本发明中，硬化水泥浆的表观密度可通过排水法或排气法获得，可根据对开口孔的界定方法进行确定，若研究需要将水可进入的孔即为开口孔，则可通过排水法计算；若研究需要将开口孔应为某种气体可进入的孔隙，则采用排气法(该特定气体)进行测定。
此外，本发明还可以通过对无化学收缩情况下的浆体真密度、化学收缩、理论最小水灰比等公式做相应的修改，计算其化学收缩，以适应含辅助性胶凝材料的水泥浆。
真密度为材料在绝对密实状态下的密度，不包含开口孔和封闭孔；表观密度是材料在自然状态下的密度，包含封闭孔，但不含开口孔。因此通过式(8)可计算出硬化水泥浆的封闭孔孔隙率。现有的关于硬化水泥浆的真密度的测定，一般是采用真密度仪法，但该方法需昂贵设备，且测试原理为通过测定一定质量的硬化水泥浆的体积(一般通过氦气测试装样前后腔室体积变化确定)计算获得，因此通过该方法获得真密度实为包含气体无法进入的封闭孔的浆体密度，因而导致真密度偏小，进一步导致测得的封闭孔孔隙率偏低。而本发明则不同，通过先测定无化学收缩情况下硬化水泥浆的真密度ρ1，再结合真密度ρ1和基于非蒸发水含量测定的化学收缩Vcs计算得到考虑化学收缩下的硬化水泥浆的真密度ρtru，即可得到比较精确的测定硬化水泥浆的封闭孔孔隙率。
附图说明
图1为本发明测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例公开了一种硬化水泥浆的封闭孔孔隙率的测试方法，选取水化龄期为28d的PI 42.5基准水泥的硬化浆体，基准水泥的矿物组成如表1所示。
表1 PI 42.5基准水泥的矿物组成(％)
| C<sub>3</sub>S | C<sub>2</sub>S | C<sub>3</sub>A | C<sub>4</sub>AF | f-CaO | 烧失量 |
| 56.54 | 20.87 | 6.22 | 10.31 | 0.90 | 1.31 |
本实施例中硬化水泥浆的封闭孔孔隙率测定方法参见图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：测试水泥的表观密度，测定水泥粉体的表观密度ρcem为3.209g/cm3，硬化水泥浆的表观密度ρapp为2.286g/cm3。
步骤2：水泥浆900℃烧失量为18.59％，根据公式(1)计算硬化水泥浆非蒸发水含量Wn为17.51％；根据表1中水泥的矿物组成，利用公式(2)计算硬化水泥浆在无化学收缩时的真密度ρ1为2.311g/cm3。
步骤3：根据公式(5)和(6)计算硬化水泥浆中水泥的水化程度α为71.27％，再根据公式(3)和(4)计算计算硬化水泥浆的化学收缩Vcs为6.714％。
步骤4：根据公式(7)计算硬化水泥浆的真密度ρtru为2.477g/cm3。
步骤5：根据公式(8)得到硬化水泥浆中封闭孔的孔隙率Pclo为7.72％。
同样，通过真密度仪获得的硬化水泥浆的真密度为2.437g/cm3，采用式(8)计算得到封闭孔孔隙率为6.20％，对比发现，通过真密度仪获得的封闭孔孔隙率较本发明得到的结果低，这是由真密度仪测试过程将气体无法进入的该部分孔隙误认为硬化水泥浆基体导致的，与此相比，本发明具有更高的精确度与可行性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step 1：测定水泥粉体的表观密度ρcem，以及由水泥粉体制成的硬化水泥浆的表观密度ρapp；
Step 2：将硬化水泥浆置于50℃真空干燥箱中干燥至恒重，再测定硬化水泥浆的非蒸水含量Wn；
Step 3：计算无化学收缩情况下，硬化水泥浆的密度ρ1；
Step 4：计算硬化水泥浆的化学收缩Vcs；
Step 5：计算考虑水泥水化化学收缩情况下，硬化水泥浆的真密度ρtru，其计算公式为：
ρtru＝ρ1/(1-Vcs) (7)；
Step 6：最后，计算硬化水泥浆的封闭孔孔隙率Pclo，其计算公式为：
Pclo＝1-ρapp/ρtru (8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，其特征在于，非蒸水含量Wn的计算公式为：
其中，L为硬化水泥浆的900℃烧失量，Lc为水泥粉体的烧失量。
3.根据权利要求1所述的一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，其特征在于，硬化水泥浆的密度ρ1的计算公式为：
其中，ρcem和ρwat分别为水泥粉体和水的表观密度。
4.根据权利要求1所述的一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，其特征在于，硬化水泥浆的化学收缩Vcs的计算公式为：
Vcs＝0.20α(1-P) (3)，
P＝βpra/(βpra+1/ρcem) (4)，
其中，βpra为实际水灰比，α为水化程度。
5.根据权利要求4所述的一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，其特征在于，水化程度α的计算公式为：
α＝100Wn/βthe (5)，
βthe为水化产物中结合水比例，即水泥颗粒充分水化的理论最小水灰比。
6.根据权利要求5所述的一种基于非蒸发水含量测定硬化水泥浆封闭孔孔隙率的方法，其特征在于，理论最小水灰比βthe的计算公式为：
βthe＝0.24mC3S+0.21mC2S+0.40mC3A+0.37mC4AF+0.33mf-CaO (6)，
其中，mC3S、mC2S、mC3A、mC4AF和mf-CaO分别为水泥中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙和游离氧化钙的质量分数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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