一种可视化表征水泥基材料水分空间分布和含量的方法技术

本发明专利技术公开一种可视化表征水泥基材料水分空间分布和含量的方法：取一成型好并养护一定龄期的水泥基材料，干燥得到试样；用石蜡密封试样除浸水面外的所有端面和侧面；将试样放入平底容器中，浸水面用小垫块支撑；将平底容器置于X-CT成像装置台上，往平底容器中注入高出试样浸水面一定距离的水进行毛细吸水实验，同时开启X-CT成像装置，对水分侵入试样进行X-CT成像；对X-CT图像进行灰度分析，得到试样毛细吸水深度的变化；利用毛细吸水深度和时间，得到毛细吸水深度系数；利用毛细吸水深度系数和试样孔隙率，得到试样毛细吸水质量的变化。本发明专利技术方法不仅能够定量表征水分侵入深度的演变，还能够准确预测毛细吸水质量的变化。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开：取一成型好并养护一定龄期的水泥基材料，干燥得到试样；用石蜡密封试样除浸水面外的所有端面和侧面；将试样放入平底容器中，浸水面用小垫块支撑；将平底容器置于X-CT成像装置台上，往平底容器中注入高出试样浸水面一定距离的水进行毛细吸水实验，同时开启X-CT成像装置，对水分侵入试样进行X-CT成像；对X-CT图像进行灰度分析，得到试样毛细吸水深度的变化；利用毛细吸水深度和时间，得到毛细吸水深度系数；利用毛细吸水深度系数和试样孔隙率，得到试样毛细吸水质量的变化。本专利技术方法不仅能够定量表征水分侵入深度的演变，还能够准确预测毛细吸水质量的变化。【专利说明】_种可视化表征水泥基材料水分空间分布和含量的方法
本专利技术涉及水泥基材料耐久性研宄与应用领域，具体涉及一种水泥基材料毛细吸 水后水分空间分布和含量的可视化表征。
技术介绍
水分不仅为侵蚀离子（硫酸根离子、氯离子等）进入或钙离子溶出水泥基复合材 料内部提供便利的传输载体，而且在温、湿度交变条件下作为主要介质引起材料的收缩或 冻融损伤破坏。因此，充分了解水分的传输行为有助于合理分析耐久性破坏规律。 水分在混凝土中的迀移主要有三种方式：渗透、毛细吸水以及气相扩散等。渗透主 要是指饱和水在压力作用下的传输行为，然而在许多情况下水泥基复合材料处于不完全饱 和状态，因此毛细管抽吸作用力下的传输行为将起到主要作用。通常采用测重得到混凝土 材料的吸水率来反应非饱和材料的吸水过程，但是该方法只是简单反应吸水量与时间之间 的关系，不能反应水分在材料中的运动形式和空间分布。PhillipsonMC等利用测试混凝土 材料的电学参数（电阻、电容以及介电常数）来表征材料内部的相对含水量，但该方法的测 试精度易受到水泥基复合材料中孔溶液离子种类和含量的影响。
技术实现思路
针对现有定量分析水分侵入水泥基材料内部困难的问题，本专利技术提供一种定量可 视化表征水泥基材料中水分空间分布和含量的方法。 本专利技术采用以下技术方案： ，包括如下步骤： 步骤一、取一成型好并养护一定龄期的水泥基材料，干燥得到试样； 步骤二、用石蜡密封步骤一得到的试样除浸水面外的所有端面和侧面，以避免水 分从侧面侵入试样内部；随后将试样放入平底容器中，浸水面用小垫块支撑； 步骤三、将步骤二所述平底容器置于X-CT成像装置台上，往平底容器中注入高出 试样浸水面一定距离的水进行毛细吸水实验，同时开启X-CT成像装置，对水分侵入试样进 行X-CT成像； 步骤四、根据步骤三获得的X-CT图像进行灰度分析，得到试样毛细吸水深度的 变化；根据公式l-4b，利用毛细吸水深度和吸水时间，得到毛细吸水深度系数，再根据公式 1-11，利用毛细吸水深度系数和试样孔隙率，得到毛细吸水质量系数，之后根据公式l-10a， 利用毛细吸水质量系数和吸水时间，得到毛细吸水质量的变化；其中， 公式l-4b为：y=A.t1/2,y为毛细吸水深度，A为毛细吸水深度系数，t为吸水时 间； 公式1-11为：B=PΦΑ，B为毛细吸水质量系数，P为水的密度，0为试样孔隙 率，A为毛细吸水深度系数； 公式I-IOa为：i=B.t1/2,i为试样单位横截面面积上的累计吸水质量，B为毛细 吸水质量系数，t为吸水时间。 步骤一所述试样制备步骤为：用硅酸盐水泥制备出水泥浆体，样品成型 24h后拆模并放入湿度95 %，温度20 °C的标准养护室中养护1年，然后将试件切为 10_X10_X40mm的棱柱体，并放入105°C烘箱中烘干至恒重，得到所述试样。 步骤三所述平底容器中注入的水高出试样浸水面2_。 步骤三在水分侵入试样Omin，30min，60min，150min，270min后进行X-CT成像。 本专利技术的有益效果： 采用X-CT成像技术对材料内部水分在毛细管作用下传输行为进行原位、连续、可 视化追踪。 (I)X-CT技术是无损观察水泥基复合材料内部水分传输行为的一个重要工具，它 根据毛细吸水之后材料灰度值的变化进而准确监测水分的动态侵入过程，并具有较高分辨 率。 (2)本专利技术方法不仅能够定量表征水分侵入深度的演变，还能够准确预测毛细吸 水质量的变化。 【专利附图】【附图说明】 图1为毛细吸水实验示意图。 图2为典型的毛细吸水2DCT图像。 图3为毛细吸水2DCT图像中灰度值的变化。 图4为毛细吸水过程中未掺加和掺加磨细矿渣浆体同一位置随时间变化的2DCT 图。 图5为磨细矿渣掺量对毛细吸水侵入深度的影响。 图6为2DCT图像中孔相灰值。 图7为毛细吸水过程中孔相的灰度变化。 图8为掺加磨细矿渣浆体的实测吸水曲线及拟合曲线。 图9为掺加磨细矿渣浆体的孔径分布微分曲线。 图10为掺加磨细矿渣浆体的孔径分布曲线。 图11为掺加磨细矿渣浆体单位面积累计吸水量的实验与预测结果。 【具体实施方式】 下面结合实施例和附图对本专利技术做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发 明，但并不用来限定本专利技术的实施范围。 实施例ICT成像实验 步骤1:首先利用普通硅酸盐水泥制备出水泥浆体，样品成型24h后拆模并放入湿 度95%，温度20°C的标准养护室中养护1年，然后将试件切为10mmX10mmX40mm的棱柱 体，并放入105°C烘箱中烘干至恒重，得到所述试样。 步骤2 :接着用石蜡密封试样除浸水面外的所有端面和侧面，以避免水分从侧面 侵入试样内部，随后将试样放入一个平底塑料容器中，浸水面用小垫块支撑。 步骤3 :将装试样的平底塑料容器置于X-CT成像装置台上，往平底塑料容器中注 入水，使液面高出试样浸水面2mm，进行毛细吸水实验，如图1所示，同时开启X-CT成像装 置，分别在水分侵入试样〇min，30min，60min，150min，270min后，进行X-CT成像，可视化追 踪水分在水泥基复合材料内部的分布和侵入深度。整个实验过程中都保持试样位置固定不 变。 根据ASTMC1585-04标准进行毛细吸水试验。当石蜡密封试样之后，在吸水实验 开始之前首先记录试样的初始质量，然后进行一维毛细吸水实验，在毛细吸水120min之前 每隔IOmin称量一次样品质量，毛细吸水120min之后每隔30min称量一次样品质量直至实 验结束。 实施例2典型的毛细吸水CT图像 以水灰比为0. 35水泥净浆吸水20min后为例，典型的毛细吸水实验CT成像如图 2所示，根据吸水的位置可以把样品分为两个区域：湿润区和干燥区，底部湿润区的亮度要 比上部干燥区大。此外，水泥浆体左侧明亮区域的高度要比右侧高，这是由于水泥基复合材 料为非均质材料，其毛细孔的大小和体积分布不均匀，造成水分在材料内部的侵入速度有 所差异。 为了精确表征水分在浆体中侵入深度，在2DCT图像上随机取三条直线自下至上 测试灰度的变化，结果如图3所示。从图中看出CT图像中灰度呈现波浪形变化，波谷表示 孔相，波峰可能是铁相。主要是因为水泥浆体为多相复合材料，并且每一种相的灰度值都不 同。但是总体变化趋势是一致的，都是先下降（灰度值从420降至290)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可视化表征水泥基材料水分空间分布和含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、取一成型好并养护一定龄期的水泥基材料，干燥得到试样；步骤二、用石蜡密封步骤一得到的试样除浸水面外的所有端面和侧面，以避免水分从侧面侵入试样内部；随后将试样放入平底容器中，浸水面用小垫块支撑；步骤三、将步骤二所述平底容器置于X‑CT成像装置台上，往平底容器中注入高出试样浸水面一定距离的水进行毛细吸水实验，同时开启X‑CT成像装置，对水分侵入试样进行X‑CT成像；步骤四、根据步骤三获得的X‑CT图像进行灰度分析，得到试样毛细吸水深度的变化；根据公式1‑4b，利用毛细吸水深度和吸水时间，得到毛细吸水深度系数，再根据公式1‑11，利用毛细吸水深度系数和试样孔隙率，得到毛细吸水质量系数，之后根据公式1‑10a，利用毛细吸水质量系数和吸水时间，得到毛细吸水质量的变化；其中，公式1‑4b为：y＝A·t1/2，y为毛细吸水深度，A为毛细吸水深度系数，t为吸水时间；公式1‑11为：B＝ρφA，B为毛细吸水质量系数，ρ为水的密度，为试样孔隙率，A为毛细吸水深度系数；公式1‑10a为：i＝B·t1/2,i为试样单位横截面面积上的累计吸水质量，B为毛细吸水质量系数，t为吸水时间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，张云升，吕恒林，吴寒，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32