力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法技术

本发明专利技术涉及一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，通过在水泥基材料中掺入力致变色荧光染料的有机溶液，掺入力致变色荧光染料的有机溶剂不参与水化反应

【技术实现步骤摘要】
力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法


[0001]本专利技术涉及水泥基材料
，尤其是涉及一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法
。

技术介绍

[0002]由于水泥基材料结构中的多孔性，使得水泥基材料虽然能够承受一定的渗透压力，但对于水来说，水泥基材料是可以渗透的
。
水泥基材料的强度越低，渗透性越大；内部缺陷
(
例如微裂纹
、
气孔等
)
越多，渗透性越大；水泥基材料越密实，渗透性越小
。
水泥基材料的渗透性是水泥耐久性的最重要的影响因素
。
水泥基材料的冻融耐久性会因水的渗透而降低
。
[0003]水泥基材料的耐久性问题是建筑材料行业长期关注的问题，其耐久性主要受到微裂纹扩展的影响，而微裂纹的扩展与微观应力密切相关，当材料微观受力时，其压应力主要由水化产物承担
。
对压应力的测量方法，目前主要依靠外部接触式压力传感器
。
常规压力传感器为宏观尺寸，无法感知微细观状态下的内部压力
。
[0004]中国专利
202310169667.3
公开了一种荧光染料在判断不同环境水泥基材料孔隙压力大小中的应用，该专利技术首先将荧光染料溶解于有机溶剂及水中，得到荧光染料溶液，将水泥基材料与水混匀，得到净浆；然后将荧光染料溶液掺入净浆中，成型后切成薄片；进一步的将其置于不同环境下，利用荧光光谱仪拍摄薄片的荧光强度，判断不同环境中水泥基材料孔隙压力大小；其中，荧光强度越高，表明水泥基材料的孔隙压力越大，但该专利无法做到原位无损检测
。

技术实现思路

[0005]本专利技术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力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法
。
通过在水泥基材料中掺入力致变色荧光染料的有机溶液，掺入力致变色荧光染料的有机溶剂不参与水化反应
。
因此当水泥基材料成型后，有机溶剂挥发，力致变色荧光染料附着在水泥水化产物表面，从而利用荧光强度来感知水泥基材料中的微观压应力
。
定量研究微观压力对于掺入荧光染料的力致变色荧光染料荧光强度的影响，利用荧光显微镜观察水泥基材料试件在改变受力情况下荧光强度的变化并拍摄图片，用于标定荧光分子在水泥基材料对应的荧光强度
。
通过四苯乙烯的力致变色特点表征水泥基材料微观压应力变化，方便快捷，可视效果好
。
与现有技术相比，本专利技术利用力致变色荧光
(Piezochromic fluorescent materials
，
PCF)
材料原位表征水泥基材料微观压应力，且对水泥基材料本身不会造成损坏，能够实现微观压力的无损检测
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，具体步骤如下：
[0008]S1、
将力致变色荧光染料溶解于有机溶剂中，得到力致变色荧光染料溶液；
[0009]S2、
将步骤
S1
中得到的力致变色荧光染料溶液掺入到水泥净浆中混匀，得到水泥基材料，凝固成水泥净浆试块；
[0010]S3、
通过步骤
S2
中得到的水泥净浆试块施加压力，利用荧光显微镜进行拍摄不同压力作用下力致变色荧光染料荧光强度，表征水泥净浆试块微观压应力变化情况；
[0011]其中，荧光强度越高，表明水泥基材料的微观压应力越大
。
[0012]进一步地，步骤
S1
中，所述力致变色荧光染料为四苯乙烯
。
[0013]进一步地，步骤
S1
中，所述有机溶剂为聚乙二醇
。
[0014]进一步地，步骤
S1
中，所述力致变色荧光染料溶液浓度为8～
12mg/mL。
[0015]进一步地，步骤
S2
中，力致变色荧光染料溶液：水泥净浆＝
1mL
：8～
12g。
[0016]进一步地，步骤
S2
中，所述水泥为
P II 52.5
水泥
。
[0017]进一步地，步骤
S2
中，所述水泥净浆试块的尺寸为
2cm
×
2cm
×
1cm。
[0018]进一步地，步骤
S3
中，力致变色荧光染料荧光强度测试过程中，激发波长为
362nm。
[0019]进一步地，步骤
S3
中，在已知水泥净浆试块弹性模量的情况下，测量水泥净浆试块的应变量，两者相乘即为该应变量对应的微观压应力值
。
[0020]进一步地，步骤
S3
中，荧光显微镜在测试阶段拍摄力致变色荧光染料的实际荧光图片，利用软件
ImageJ
分析图片中总荧光强度值
。
[0021]上述更进一步地，将总荧光强度值与微观压应力值对应完成标定，表征水泥净浆试块微观压应力变化情况
。
[0022]本专利技术的原理如下：
[0023]力致变色荧光染料四苯乙烯作为一种指示剂，在不同的外界压力的条件下显示不同的荧光效果
。
四苯乙烯试剂，是一类对压力敏感的聚集诱导发光染料，即随着压力的提高，四苯乙烯的聚集程度提高，荧光强度也逐渐增强
。
[0024]专利技术中利用荧光材料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，其中将力致变色荧光染料以溶液的形式掺入到水泥净浆中，搅拌均匀后倒入
2cm
×
2cm
×
1cm
的模具中成型
。
在已知水泥净浆弹性模量的情况下，测量水泥净浆试块的应变量，两者相乘即为该应变量对应的应力值
。
通过对试样施加外部压力从而改变其内部压应力
。
水泥净浆的宏观压力在微观层面可分为液态水所受压力
、
孔隙压力和水化产物与水泥熟料所受压力
。
液态水刚度远低于水泥基材料，液态水所受压力可忽略不计，同时孔隙压力远小于水化产物与水泥熟料所受压力，故水化产物与水泥熟料所受压力即为水泥净浆试块的微观压应力
。
[0025]利用荧光显微镜进行拍摄不同压力作用下力致变色荧光染料荧光强度，表征状态水泥基材料微观压应力变化情况
。
荧光强度与外界施加压力的关系在本专利技术中已经过试验验证并进行标定，因此本专利技术可通过上述四苯乙烯荧光强度表征实际水泥基材料的微观压应力情况
。
[0026]荧光显微镜在测试阶段可以拍摄四苯乙烯的实际荧光图片，利用软件
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、
将力致变色荧光染料溶解于有机溶剂中，得到力致变色荧光染料溶液；
S2、
将步骤
S1
中得到的力致变色荧光染料溶液掺入到水泥净浆中混匀，得到水泥基材料，凝固成水泥净浆试块；
S3、
通过步骤
S2
中得到的水泥净浆试块施加压力，利用荧光显微镜进行拍摄不同压力作用下力致变色荧光染料荧光强度，表征水泥净浆试块微观压应力变化情况；其中，荧光强度越高，表明水泥基材料的微观压应力越大
。2.
根据权利要求1所述的一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述力致变色荧光染料为四苯乙烯
。3.
根据权利要求1所述的一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述有机溶剂为聚乙二醇
。4.
根据权利要求1所述的一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述力致变色荧光染料溶液浓度为8～
12mg/mL。5.
根据权利要求1所述的一种力致变色荧光染料原位无损表征水泥基材料微观压应力的方法，其特征在于，步骤
S2
中，力致变色荧光染料溶液：水...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜伟，郑鑫悦，禹海涛，范震，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：