混凝土多尺度孔隙的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土多尺度孔隙的测定方法，采用X射线层析扫描法依次获取孔洞直径＞60μm、25μm~60μm、5μm~25μm的孔隙率及孔径分布；采用压汞法获取直径在100nm~5μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布；采用气体吸附法获取直径在0.4nm~100nm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布。本发明专利技术通过将压汞法、气体吸附法和X射线层析扫描法进行设计组合，并将不同测试方法所得到的孔洞尺寸进行合理衔接和匹配，从而在规避误差产生的同时，得到准确可靠的混凝土孔洞的多尺度范围表征信息。另外，X射线层析扫描信息处理时采用三维测试分析方法，提高了数据的统计性和可信度。整个测试过程针对均针对混凝土试块一进行测试，将样品误差降低到最小。

【技术实现步骤摘要】
混凝土多尺度孔隙的测定方法
本专利技术涉及建筑材料
，特别是一种混凝土多尺度孔隙的测定方法。
技术介绍
混凝土材料是一种多相、非均质复合材料，在结构上呈现出多尺度特性（微观-细观-宏观），其微观结构的复杂性很大程度上导致了宏观性能的不确定性。混凝土材料中孔结构的演变与硬化浆体的损伤劣化、损伤叠加与交互作用密切相关。在混凝土结构中，其孔洞直径的分布范围从1nm至10mm，跨7个数量级，不同尺度范围的孔洞对其微观机理及宏观耐久性的作用方式和影响趋势均不同，因此需要对混凝土中的孔洞进行多尺度表征和研究。目前，国内外对混凝土孔结构的测试方法多为以下几种方法。1.压汞法压汞法是目前应用最广泛的测试方法，具体测试方法如国家标准GB/T21650.3-2011所述，所测孔径范围在5nm-200μm，但该种方法，测试误差大，可信度孔径范围小。2.气体吸附法气体吸附法也是常用的测试方法，具体测试方法也在国家标准GB/T21650.3-2011中进行了详细阐述，但该种测试方法所测孔径范围为nm级别，样品量仅为几十毫克，一方面不具有足够的代表性，另外也不能用于混凝土孔洞的多尺度表征。3.X射线层析扫描法该方法是借助X射线层析扫描对混凝土进行孔结构分析，如专利CN201310408977.2所述，但该专利中所采用的分析方法，仅对透水混凝土中的连通孔进行二维统计分析，所取二维切片数量有限，数据的统计性不高。因此，到目前为止，对混凝土孔结构的分析均采用单一的测试方法。单一测试方法的不知之处在于：一方面所需样品量有限，不能代表试块本身的真实情况，另一方面所测孔径范围也均有限，不能得到混凝土多尺度范围的孔洞信息。另外，即使本领域人员采用上述任一种方法或将上述三种方法进行简单组合，得到了多尺度的孔洞信息，也由于未弄清关键测试手段中误差产生的原理和避免方式，未专门设计计算流程，因而不能对不同测试方法所得到的孔洞尺寸进行合理衔接和匹配。另外，对不同测试方法所得到的孔洞尺寸进行合理衔接和匹配本身，也将是一项异常繁琐和庞大的工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种混凝土多尺度孔隙的测定方法，该混凝土多尺度孔隙的测定方法通过将压汞法、气体吸附法和X射线层析扫描法进行设计组合，并将不同测试方法所得到的孔洞尺寸进行合理衔接和匹配，从而在规避误差产生的同时，得到准确可靠的混凝土孔洞的多尺度范围表征信息。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种混凝土多尺度孔隙的测定方法，包括如下步骤：步骤1，获取直径大于60μm孔洞的孔隙率及孔径分布：直径大于60μm孔洞的孔隙率及孔径分布的具体获取方法如下。步骤11，取混凝土试块一：混凝土试块一的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到60μm。步骤12，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤11选取的混凝土试块一进行X射线层析扫描。步骤13，X射线层析扫描信息处理：根据步骤12的X射线层析扫描信息中混凝土浆体、石子与孔洞之间灰度值的不同，借助Vgstudiomax分析软件，对所测区域在三维空间进行计算。步骤14，提取直径大于60μm孔洞的孔洞信息并计算孔洞总体积：根据步骤13中三维空间内的计算结果，提取直径大于60μm的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，计算出孔洞总体积。步骤15，计算直径大于60μm孔洞的孔隙率：根据步骤13中三维空间内的计算结果，提取石子，并计算石子所占的体积，从而计算出浆体总体积；将步骤14计算出的孔洞总体积与砂浆总体积相比，得到直径大于60μm混凝土孔洞的孔隙率。步骤2，获取直径在25μm~60μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：具体获取方法如下。步骤21，取混凝土试块二：在步骤11选取的混凝土试块一中，选取至少三个不同的取样部位，在每个取样部位各取一块混凝土试块二；混凝土试块二的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到25μm。步骤22，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤21选取的每块混凝土试块二分别进行X射线层析扫描。步骤23，X射线层析扫描信息处理：对步骤22扫描的每块混凝土试块二均根据步骤13的扫描处理方式，对每块混凝土试块二的所测区域均在三维空间进行计算。步骤24，提取直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率均值：根据步骤23中三维空间内的计算结果，对每块混凝土试块二均分别提取直径在25μm~60μm之间的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，并计算出孔洞总体积；然后，根据步骤15方法对每块混凝土试块二分别计算出直径在25μm~60μm之间孔洞的浆体总体积和孔隙率；然后，将所有混凝土试块二提取的孔径分布和孔隙率数据取平均值，该平均值为最终所需的直径在25μm~60μm之间孔洞的孔径分布均值和孔隙率均值。步骤25，直径大于60μm孔洞的孔隙率比较验证：采用步骤24相同的方法，提取直径大于60μm孔洞的孔隙率均值，然后将该孔隙率均值与步骤15得到的孔隙率进行比较验证。步骤3，获取直径在5μm~25μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：具体获取方法如下。步骤31，取混凝土试块三：在步骤21选取的每个取样部位，再各取一块混凝土试块三；混凝土试块三的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到5μm。步骤32，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤31选取的每块混凝土试块三分别进行X射线层析扫描。步骤33，X射线层析扫描信息处理：对步骤32扫描的每块混凝土试块三均根据步骤13的扫描处理方式，对每块混凝土试块三的所测区域均在三维空间进行计算。步骤34，提取直径在5μm~25μm之间孔洞的孔隙率均值：根据步骤33中三维空间内的计算结果，对每块混凝土试块三均分别提取直径在5μm~25μm之间的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，并计算出孔洞总体积；然后，根据步骤15方法对每块混凝土试块三分别计算出直径在5μm~25μm之间孔洞的浆体总体积和孔隙率；然后，将所有混凝土试块三提取的孔径分布和孔隙率数据取平均值，该平均值为最终所需的直径在5μm~25μm之间孔洞的孔径分布均值和孔隙率均值。步骤35，直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率比较验证：采用步骤34相同的方法，提取直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率均值，然后将本步骤得到的孔隙率均值与步骤24得到的孔隙率均值进行比较验证。步骤4，获取直径在100nm~5μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：将步骤21选取的所有混凝土试块二，依据GB/T21650.3-2011，取样、烘干，进行压汞试验；对每块混凝土试块二，均计算压汞试验后，直径在100nm~5μm之间孔洞的孔隙率及孔径分布；然后，对所有混凝土试块二取压汞实验后的孔隙率均值和孔径分布均值，得到砂浆内部直径在100nm~5μm之间孔洞的孔隙率及孔径分布。步骤5，获取直径在0.4nm~100nm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：将步骤31选取的所有混凝土试块三，依据GB/T21650.3-2011，取样、烘干，进行气体吸附试验；对每块混凝土试块三，均计算气体吸附试验后，直径在0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土多尺度孔隙的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，获取直径大于60μm孔洞的孔隙率及孔径分布：直径大于60μm孔洞的孔隙率及孔径分布的具体获取方法如下：步骤11，取混凝土试块一：混凝土试块一的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到60μm；步骤12，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤11选取的混凝土试块一进行X射线层析扫描；步骤13，X射线层析扫描信息处理：根据步骤12的X射线层析扫描信息中混凝土浆体、石子与孔洞之间灰度值的不同，借助Vgstudiomax分析软件，对所测区域在三维空间进行计算；步骤14，提取直径大于60μm孔洞的孔洞信息并计算孔洞总体积：根据步骤13中三维空间内的计算结果，提取直径大于60μm的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，计算出孔洞总体积；步骤15，计算直径大于60μm孔洞的孔隙率：根据步骤13中三维空间内的计算结果，提取石子，并计算石子所占的体积，从而计算出浆体总体积；将步骤14计算出的孔洞总体积与砂浆总体积相比，得到直径大于60μm混凝土孔洞的孔隙率；步骤2，获取直径在25μm~60μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：具体获取方法如下：步骤21，取混凝土试块二：在步骤11选取的混凝土试块一中，选取至少三个不同的取样部位，在每个取样部位各取一块混凝土试块二；混凝土试块二的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到25μm；步骤22，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤21选取的每块混凝土试块二分别进行X射线层析扫描；步骤23，X射线层析扫描信息处理：对步骤22扫描的每块混凝土试块二均根据步骤13的扫描处理方式，对每块混凝土试块二的所测区域均在三维空间进行计算；步骤24，提取直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率均值：根据步骤23中三维空间内的计算结果，对每块混凝土试块二均分别提取直径在25μm~60μm之间的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，并计算出孔洞总体积；然后，根据步骤15方法对每块混凝土试块二分别计算出直径在25μm~60μm之间孔洞的浆体总体积和孔隙率；然后，将所有混凝土试块二提取的孔径分布和孔隙率数据取平均值，该平均值为最终所需的直径在25μm~60μm之间孔洞的孔径分布均值和孔隙率均值；步骤25，直径大于60μm孔洞的孔隙率比较验证：采用步骤24相同的方法，提取直径大于60μm孔洞的孔隙率均值，然后将该孔隙率均值与步骤15得到的孔隙率进行比较验证；步骤3，获取直径在5μm~25μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：具体获取方法如下：步骤31，取混凝土试块三：在步骤21选取的每个取样部位，再各取一块混凝土试块三；混凝土试块三的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到5μm；步骤32，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤31选取的每块混凝土试块三分别进行X射线层析扫描；步骤33，X射线层析扫描信息处理：对步骤32扫描的每块混凝土试块三均根据步骤13的扫描处理方式，对每块混凝土试块三的所测区域均在三维空间进行计算；步骤34，提取直径在5μm~25μm之间孔洞的孔隙率均值：根据步骤33中三维空间内的计算结果，对每块混凝土试块三均分别提取直径在5μm~25μm之间的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，并计算出孔洞总体积；然后，根据步骤15方法对每块混凝土试块三分别计算出直径在5μm~25μm之间孔洞的浆体总体积和孔隙率；然后，将所有混凝土试块三提取的孔径分布和孔隙率数据取平均值，该平均值为最终所需的直径在5μm~25μm之间孔洞的孔径分布均值和孔隙率均值；步骤35，直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率比较验证：采用步骤34相同的方法，提取直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率均值，然后将本步骤得到的孔隙率均值与步骤24得到的孔隙率均值进行比较验证；步骤4，获取直径在100nm~5μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：将步骤21选取的所有混凝土试块二，依据GB/T 21650.3‑2011，取样、烘干，进行压汞试验；对每块混凝土试块二，均计算压汞试验后，直径在100nm~5μm之间孔洞的孔隙率及孔径分布；然后，对所有混凝土试块二取压汞实验后的孔隙率均值和孔径分布均值，得到砂浆内部直径在100nm~5μm之间孔洞的孔隙率及孔径分布；步骤5，获取直径在0.4nm~100nm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：将步骤31选取的所有混凝土试块三，依据GB/T 21650.3‑2011，取样、烘干，进行气体吸附试验；对每块混凝土试块三，均计算气体吸附试验后，直径在0.4nm~100nm之间孔洞的孔隙率及孔径分布；然后，...

【技术特征摘要】
1.一种混凝土多尺度孔隙的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，获取直径大于60μm孔洞的孔隙率及孔径分布：直径大于60μm孔洞的孔隙率及孔径分布的具体获取方法如下：步骤11，取混凝土试块一：混凝土试块一的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到60μm；步骤12，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤11选取的混凝土试块一进行X射线层析扫描；步骤13，X射线层析扫描信息处理：根据步骤12的X射线层析扫描信息中混凝土浆体、石子与孔洞之间灰度值的不同，借助Vgstudiomax分析软件，对所测区域在三维空间进行计算；步骤14，提取直径大于60μm孔洞的孔洞信息并计算孔洞总体积：根据步骤13中三维空间内的计算结果，提取直径大于60μm的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，计算出孔洞总体积；步骤15，计算直径大于60μm孔洞的孔隙率：根据步骤13中三维空间内的计算结果，提取石子，并计算石子所占的体积，从而计算出浆体总体积；将步骤14计算出的孔洞总体积与砂浆总体积相比，得到直径大于60μm混凝土孔洞的孔隙率；步骤2，获取直径在25μm~60μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：具体获取方法如下：步骤21，取混凝土试块二：在步骤11选取的混凝土试块一中，选取至少三个不同的取样部位，在每个取样部位各取一块混凝土试块二；混凝土试块二的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到25μm；步骤22，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤21选取的每块混凝土试块二分别进行X射线层析扫描；步骤23，X射线层析扫描信息处理：对步骤22扫描的每块混凝土试块二均根据步骤13的扫描处理方式，对每块混凝土试块二的所测区域均在三维空间进行计算；步骤24，提取直径在25μm~60μm之间孔洞的孔隙率均值：根据步骤23中三维空间内的计算结果，对每块混凝土试块二均分别提取直径在25μm~60μm之间的封闭孔的孔洞信息，包括每个孔洞的体积、孔径及空间分布，并计算出孔洞总体积；然后，根据步骤15方法对每块混凝土试块二分别计算出直径在25μm~60μm之间孔洞的浆体总体积和孔隙率；然后，将所有混凝土试块二提取的孔径分布和孔隙率数据取平均值，该平均值为最终所需的直径在25μm~60μm之间孔洞的孔径分布均值和孔隙率均值；步骤25，直径大于60μm孔洞的孔隙率比较验证：采用步骤24相同的方法，提取直径大于60μm孔洞的孔隙率均值，然后将该孔隙率均值与步骤15得到的孔隙率进行比较验证；步骤3，获取直径在5μm~25μm之间的孔洞的孔隙率及孔径分布：具体获取方法如下：步骤31，取混凝土试块三：在步骤21选取的每个取样部位，再各取一块混凝土试块三；混凝土试块三的尺寸在选取时，需根据X射线扫描仪的型号，使该尺寸下，X射线扫描仪的分辨率能够达到5μm；步骤32，X射线层析扫描：使用X射线扫描仪对步骤31选取的每块混凝土试块三分别进行X射线层析扫描；步骤33，X射线层析扫描信息处理：对步骤32扫描的每块混凝土试块三均根据步骤13的扫描处理方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萍，刘冠国，庞超明，
申请(专利权)人：东南大学，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32