利用低场磁共振弛豫测孔技术预测水泥基材料的水分渗透率

发布时间：2021-04-12 12:24

　　为深入揭示水泥基材料渗透率与孔结构间的关系,以不同水灰比、不同温度水养的白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振与压汞技术分别测试了砂浆在饱水与干燥状态下的孔径分布,并利用稳态渗透法测试其水分渗透率。结果表明:砂浆在饱水与干燥状态下的孔结构差异显著,临界孔径相差1个数量级左右,原因在于水化硅胶钙（C-S-H）凝胶具有显著的水敏性。经历56 d 80℃热水养护后,由于C-S-H凝胶高温老化加速,饱水砂浆的孔隙率及临界孔径显著增大,孔结构明显粗化,水分渗透率增大,对耐久性不利。干燥预处理对压汞测试所得孔结构的影响可能远超高温老化,在分析孔结构变化时必须考虑水敏性的影响,否则可能得出错误结论。将孔隙视作不同大小的毛细管束,经典Kozeny-Carman模型可基于低场磁共振测试所得饱水孔径分布曲线来准确预测水分渗透率,将比例系数取为1.09所得理论值与实测值的相对误差在[–42.7%,71.1%]范围内,预测精度接近极低渗透率测试的误差水平。 

【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

砂浆试件的孔径分布曲线

由表1和图2可见，20℃温水养护砂浆材料的水分渗透率分布在2.1×10–20～10.1×10–20 m2范围内，大致随水灰比的增大而增大。当经历80℃热水养护56 d后，砂浆材料的水分渗透率显著增大，主要分布在3.7×10–20～26.1×10–20 m2范围内，每组砂浆的水分渗透率均值是20℃温水养护试件的2.6～4.9倍，且低水灰比砂浆的增大幅度更为明显，根本原因在于热水养护导致C-S-H凝胶老化且砂浆的孔结构明显粗化，这与前文孔结构分析所得结论相吻合。由于热水养护后不同水灰比砂浆材料的总孔隙率相差不大，此时水分渗透率随水灰比的增大而增大的趋势并不明显，水灰比为0.35～0.45砂浆的水分渗透率相差无几，水灰比在0.50以上2组砂浆的水分渗透率也差别不大，但依然比低水灰比砂浆的水分渗透率要高1倍左右。高温养护会显著提高水泥基材料的孔隙率和渗透率，对耐久性不利。3.2.2 Kozeny-Carman模型

为了进一步分析KC模型对水分渗透率的预测能力，将比例系数取定b=1.09，直接基于20℃温水与80℃热水养护砂浆试件在饱水状态下的孔结构信息来计算KC模型的预测值，它与水分渗透率实测值的对比如图4和图5所示。可见，对20℃温水养护砂浆材料来说，KC模型计算所得水分渗透率与实测值的相对误差在[–42.7%,29.6%]较小范围内；KC模型对80℃热水养护砂浆的预测值与实测值的相对误差在[–32.7%,71.1%]范围内，这与砂浆材料极低水分渗透率的测试精度有关。KC模型预测结果的相对误差看似较大，但如果与相关文献利用压汞测试所得孔径分布曲线进行预测所得结果的误差动辄达1～2个数量级相比[15–20],KC模型的预测精度已大幅提高并接近极低水分渗透率的试验测量误差水平，理论预测误差可控制在70%以内，并能准确反映水分渗透率随水灰比和孔隙率的变化趋势。在预测水泥基材料的水分渗透率时，基于饱水状态下的孔结构进行分析是确保预测精度的关键。图4 20℃温水养护试件水分渗透率的实测值与预测值


本文编号：3133290