CN112964615A - 一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，包括以下步骤：将干燥的水泥基材料试件装入样品管中进行抽真空处理；低压运行至水泥基材料试件完全被汞包围；循环增压和减压，分别测得各墨水瓶孔中残留汞的总体积，再计算得到不同直径的喉孔对应的墨水瓶孔的体积分布。该方法有利于准确测定水泥基材料中墨水瓶孔的体积分布。
Description
技术领域
本发明属于材料性能测试技术领域，特别涉及一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法。
背景技术
水泥基材料的孔隙特征是决定传输性能及耐久性的关键因素。水泥基材料中广泛分布着不同大小和不同形状的孔隙，研究孔隙特征对传输性能的影响时，有必要将孔隙区分为喉孔和墨水瓶孔。传输性能主要取决于喉孔，而受墨水瓶孔影响较小。通常，墨水瓶孔的体积占据水泥基材料孔隙总体积的40～80％。考虑喉孔和墨水瓶孔的连通性，且不同墨水瓶孔在位置和尺寸上存在差异，墨水瓶孔的分布直接影响有害离子或气体在水泥基材料中的传输速率，进而影响水泥基材料的耐久性。例如：氯离子的传递对钢筋锈蚀的影响已成为研究混凝土耐久性的关键因素，准确测定孔隙的特征及分布对于水泥基材料的应用具有重要意义。
目前压汞法是定量测定水泥基材料孔隙特征的常用方法，但是实际应用时不能测出墨水瓶孔的体积分布。当压强达到与喉孔直径相对应的值时，喉孔被汞充满，同时与其相连的墨水瓶孔也会被汞填充，从而错误地把墨水瓶孔的体积计算到喉孔中，不能得到墨水瓶孔的体积分布，反而导致喉孔的体积测试结果偏高。因此，确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，该方法有利于准确测定水泥基材料中墨水瓶孔的体积分布。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，包括以下步骤：
1)将水泥基材料试件干燥后装入压汞仪的样品管中进行抽真空处理；
2)将压汞仪的压强从0增加到初始压强P0进行低压运行，直到水泥基材料试件完全被汞包围；
3)将压强从P0增加到P1，使得直径为d1的第1喉孔和第1墨水瓶孔中充满汞；将压强从P1降低到P0，使得第1喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔中残留汞的体积
4)k依次取2,3,…,n，n为水泥基材料试件的墨水瓶孔数，重复以下步骤：将压强从P0增加到Pk，使得直径分别为d1,d2,…,dk的第1喉孔至第k喉孔以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞；再将压强从Pk降低到P0，使得第1喉孔至第k喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中残留汞的总体积
其中
为第k墨水瓶孔的体积；从而得到
5)根据步骤3-4得到的结果，水泥基材料中直径为d1,d2,...,di,...,dn的喉孔对应的墨水瓶孔的体积分布为：
当i＝1时，第1墨水瓶孔的体积
当n≥i≥2时，第i墨水瓶孔的体积：
进一步地，压强从P1至Pn不断增大，以使汞充满相应的喉孔和墨水瓶孔。
进一步地，所述水泥基材料试件的体积尺寸为0.8～1.2cm3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用不同喉孔间的差异以及喉孔和墨水瓶孔之间的相互连通性，可以准确测定不同喉孔所对应的墨水瓶孔体积分布，为研究水泥基材料的孔隙特征及离子和气体在水泥基材料中的传输提供了科学依据。
附图说明
图1为本发明实施例中水泥基材料的孔隙结构示意图。
图2为本发明实施例中汞填充的孔体积与压强的关系图。
图3为本发明实施例中不同直径喉孔所对应的墨水瓶孔的体积分布图。
图中，1-第1喉孔、2-第2喉孔、3-第i-1喉孔、4-第i喉孔、5-第1墨水瓶孔、6-第2墨水瓶孔、7-第i-1墨水瓶孔、8-第i墨水瓶孔、9-汞压入方向。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例提供了一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，包括以下步骤：
1)将水泥基材料试件干燥后装入压汞仪的样品管中进行抽真空处理。
2)将压汞仪的压强从0增加到初始压强P0进行低压运行，直到水泥基材料试件完全被汞包围。
3)将压强从P0增加到P1，使得第1喉孔(直径d1)和第1墨水瓶孔中充满汞；将压强从P1降低到P0，使得第1喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔中残留汞的体积
4)k依次取2,3,…,n，n为水泥基材料试件的墨水瓶孔数，重复以下步骤：将压强从P0增加到Pk，使得第1喉孔至第k喉孔(直径分别为d1,d2,…,dk)以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞；再将压强从Pk降低到P0，使得第1喉孔至第k喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中残留汞的总体积
其中
为第k墨水瓶孔的体积；从而得到
5)根据步骤3-4得到的结果，水泥基材料中直径为d1,d2,...,di,...,dn的喉孔对应的墨水瓶孔的体积分布为：
当i＝1时，第1墨水瓶孔的体积
当n≥i≥2时，第i墨水瓶孔的体积：
本实施例中，压强从P1至Pn不断增大，以使汞充满相应的喉孔和墨水瓶孔。
本实施例中，所述水泥基材料试件的体积尺寸为0.8～1.2cm3，可以为立方体试件块。
压汞法是在外加压强的作用下将汞注入到被抽真空的试件孔隙体系中。由于汞对于水泥基材料具有非浸润性，在没有压强作用时不会自发地流入固体孔隙。参见图1，当有外力存在时，利用给定的压强将汞压入到孔隙中。外力越大，汞能进入的孔隙会越小。基于Washburn公式，通过测量每一个压强下的进汞量便可得到相应直径的孔隙体积。压汞法常用的假设有两个：一是将不规则的孔隙形状假设为圆柱形；二是对于给定的压强下，被压入的汞能同时接触到不同直径的孔隙(包括喉孔和墨水瓶孔)。由于在减压过程中，喉孔内的汞将会退出，而墨水瓶孔内的汞仍会残留于其中；所以利用每次增压时汞的压入体积与减压时汞的退出体积的关系能计算得到不同喉孔所对应的墨水瓶孔的体积，以单位体积(ml)试件内所含有的墨水瓶孔的体积(ml)为计量单位，即ml/ml。
本实例选用尺寸为1.0cm3的普通硅酸盐水泥净浆试件，水灰比为0.5，养护时间1年。采用冷冻干燥法将水泥净浆试件进行干燥；所述冷冻干燥法是将水泥净浆试件在-196℃的液氮中浸泡5分钟后，置于冷冻干燥机中直到水泥净浆试件每天的质量损失不大于0.01％为止；所述冷冻干燥机的温度和压强分别为-24℃和0.1Pa。本实例中，压汞仪施加的最大压强210MPa，取n＝19；按如下步骤确定水泥净浆的墨水瓶孔的体积分布：
1)将如图1所示的水泥基材料试件干燥后装入压汞仪的样品管中进行抽真空处理。
2)将压汞仪的压强从0增加到初始压强0.15MPa进行低压运行，直到水泥基材料试件完全被汞包围。
3)将压强从0.15MPa增加到P1，使得第1喉孔(直径d1)和第1墨水瓶孔中充满汞；将压强从P1降低到0.15MPa，使得第1喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔中残留汞的体积
4)k依次取2,3,…,19，重复以下步骤：将压强从0.15MPa增加到Pk，使得第1喉孔至第k喉孔(直径分别为d1,d2,…,dk)以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞；再将压强从Pk降低到0.15MPa，使得第1喉孔至第k喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中残留汞的总体积
即通过不断增压和减压，分别得到每次残留汞的总体积
其过程如图2所示。
5)根据步骤3-4得到的结果，水泥基材料中直径为d1,d2,...,di,...,d19的喉孔对应的墨水瓶孔的体积分布为：
当i＝1时，第1墨水瓶孔的体积
当n≥i≥2时，第i墨水瓶孔的体积：
从而得到第1墨水瓶孔至第19墨水瓶孔的体积分别为
其结果如图3所示，具体数值见表1。
表1
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将水泥基材料试件干燥后装入压汞仪的样品管中进行抽真空处理；
2)将压汞仪的压强从0增加到初始压强P0进行低压运行，直到水泥基材料试件完全被汞包围；
3)将压强从P0增加到P1，使得直径为d1的第1喉孔和第1墨水瓶孔中充满汞；将压强从P1降低到P0，使得第1喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔中残留汞的体积
4)k依次取2,3,…,n，n为水泥基材料试件的墨水瓶孔数，重复以下步骤：将压强从P0增加到Pk，使得直径分别为d1,d2,…,dk的第1喉孔至第k喉孔以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞；再将压强从Pk降低到P0，使得第1喉孔至第k喉孔中的汞退出，得到第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中残留汞的总体积
其中
为第k墨水瓶孔的体积；从而得到
5)根据步骤3-4得到的结果，水泥基材料中直径为d1,d2,...,di,...,dn的喉孔对应的墨水瓶孔的体积分布为：
当i＝1时，第1墨水瓶孔的体积
当n≥i≥2时，第i墨水瓶孔的体积：
2.根据权利要求1所述的一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，其特征在于，压强从P1至Pn不断增大，以使汞充满相应的喉孔和墨水瓶孔。
3.根据权利要求1所述的一种确定水泥基材料墨水瓶孔体积分布的方法，其特征在于，所述水泥基材料试件的体积尺寸为0.8～1.2cm3。
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