CN112964616A - 一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法，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压入汞的总体积和墨水瓶孔中残留汞的总体积；再利用不同孔径的喉孔及其相连的墨水瓶孔的体积计算得到不同尺度喉孔的连通性。该方法有利于准确测得不同尺度喉孔和墨水瓶孔的体积，进而准确测定水泥基材料中不同孔径的孔隙连通性。
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不同尺度孔隙连通性的方法。
背景技术
水泥基材料中广泛分布着不同大小和不同形状的孔隙，孔隙连通性直接影响有害离子和气体在水泥基材料中的传输速率，而传输速率是研究水泥基材料耐久性的重要参数。例如：氯离子的传输对钢筋锈蚀的影响已成为研究混凝土耐久性的关键因素。准确测定水泥基材料中不同孔径的孔隙连通性对于耐久性研究具有重要意义。目前压汞法是定量测定水泥基材料孔隙特征的常用方法，但是实际应用时存在问题如下：
(1)不能精确区分不同尺度下的孔隙体积；由于喉孔和墨水瓶孔的相互连通，当压强达到与喉孔径相对应的压强时，墨水瓶孔的孔隙也将被汞填充，从而错误地把墨水瓶孔的体积计算到喉孔中，导致墨水瓶孔的体积无法检测，而喉孔的体积测试结果偏高。
(2)不能得到不同尺度下的孔隙连通性；现有的压汞法计算得到的孔隙连通性只能反应整个试件中全部喉孔的整体连通性，而不同孔径的喉孔对离子和气体在水泥基材料中的传输影响程度不同，依据全部喉孔的整体连通性对研究离子和气体的传输特性具有较大局限性。工程实践中，水泥基材料通常处于非饱和状态。随着饱和度的降低，水分会从大孔至小孔中相继失去。了解不同尺度下的孔隙连通性，是可靠分析非饱和水泥基材料传输性能的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法，该方法有利于准确测定水泥基材料中不同孔径的孔隙连通性。
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不同尺度孔隙连通性的方法，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喉孔和第1墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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喉孔数，重复以下步骤：将压强从P0增加到Pk，使得第1喉孔至第k喉孔以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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
以及
5)根据步骤3-4得到的结果，计算第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
对于i＝1的情况，第1喉孔的体积
第1墨水瓶孔的体积
对于n≥i≥2的情况，第i喉孔的体积：
第i墨水瓶孔的体积：
6)根据步骤5得到的第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
得到不同孔径的孔隙连通性ηi为：
进一步地，所述初始压强P0为0.1～0.15MPa。
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，所述水泥基材料试件与汞的接触角为130～141°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明能够更加精确地区分喉孔和墨水瓶孔，同时计算得到了不同孔径的孔隙连通性，为研究有害离子和气体在水泥基材料中的传输提供了科学的依据。
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为本发明实施例中孔隙连通性与孔隙直径的关系图。
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不同尺度孔隙连通性的方法，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喉孔和第1墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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喉孔数，重复以下步骤：将压强从P0增加到Pk，使得第1喉孔至第k喉孔以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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
以及
5)根据步骤3-4得到的结果，计算第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
对于i＝1的情况，第1喉孔的体积
第1墨水瓶孔的体积
对于n≥i≥2的情况，第i喉孔的体积：
第i墨水瓶孔的体积：
6)根据步骤5得到的第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
得到不同孔径的孔隙连通性ηi为：
本实施例中，所述初始压强P0为0.1～0.15MPa。
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，所述水泥基材料试件与汞的接触角为130～141°。
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0.4，养护时间28天。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。根据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喉孔和第1墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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喉孔以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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，分别得到每次压入汞的总体积
以及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，计算第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
对于i＝1的情况，第1喉孔的体积
第1墨水瓶孔的体积
对于n≥i≥2的情况，第i喉孔的体积：
第i墨水瓶孔的体积：
即得到第1喉孔至第19喉孔的体积分别为
以及第1墨水瓶孔至第19墨水瓶孔的体积分别为
6)根据不同孔径的体积
及其相连的墨水瓶孔的体积
计算得到不同孔径的孔隙连通性ηi，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 (4)
1.一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法，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，使得第1喉孔和第1墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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喉孔数，重复以下步骤：将压强从P0增加到Pk，使得第1喉孔至第k喉孔以及第1墨水瓶孔至第k墨水瓶孔中充满汞，得到压入汞的总体积
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
以及
5)根据步骤3-4得到的结果，计算第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
对于i＝1的情况，第1喉孔的体积
第1墨水瓶孔的体积
对于n≥i≥2的情况，第i喉孔的体积：
第i墨水瓶孔的体积：
6)根据步骤5得到的第i喉孔的体积
和第i墨水瓶孔的体积
得到不同孔径的孔隙连通性ηi为：
2.根据权利要求1所述的一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法，其特征在于，所述初始压强P0为0.1～0.15MPa。
3.根据权利要求1所述的一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种确定水泥基材料不同尺度孔隙连通性的方法，其特征在于，所述水泥基材料试件的体积尺寸为0.8～1.2cm3，所述水泥基材料试件与汞的接触角为130～141°。
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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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