水泥基材料水分传输过程的可视化表征与量化分析

发布时间：2020-05-30 20:14

【摘要】：混凝土是当今应用最广的建筑材料。然而,由于环境中侵蚀性介质引起混凝土材料的耐久性不足导致了建筑结构无法达到正常的服役年限。混凝土的劣化(如冻融、钢筋锈蚀等),往往与水分的存在及其传输紧密相关。外部侵蚀性介质如氯离子以水为传输载体,在毛细吸水作用下侵入材料内部和迁移,引起钢筋锈蚀等劣化反应,从而加速了混凝土结构的劣化进程。当前,为了追踪和研究水泥基材料中水分的传输过程和规律,多数研究只在一维或二维条件下建立材料中的含水率或吸水深度与吸水时间的函数关系,更不能可视化地表征水在材料内部的三维传输过程和分布信息。因此,本文主要应用X射线断层扫描技术(即X-ray Tomography Technique,简称XCT)进行原位可视化追踪和表征水分在净浆中的传输过程和规律,主要研究内容与结果如下:(1)采用碘化钠溶液替代纯水作为CT图像增强剂进行毛细吸水试验和XCT测试,以实现原位、可视化表征水泥基材料中水分的动态传输过程,突破XCT技术无法直观追踪净浆中纯水迁移的局限性。经过多次实验发现,当质量分数为10%的碘化钠溶液可得到具有明显对比度的CT图像,可清晰界定净浆中已吸水区域和未吸水区域。(2)采用相关的图像修正理论进行“伪影”修正,提出了平均灰度值法进行量化分析水分在净浆中的吸水深度。通过劈开测量试样的实际吸水深度和电位滴定法测定毛细吸水3h后0.4水灰比净浆试样中碘离子浓度随吸水深度的分布规律两种实验表明,应用XCT技术和平均灰度值法追踪净浆中水分的传输过程是有效的。此外,应用XCT技术进行原位可视化监测和描述了四种不同净浆试样(水灰比分别为0.3、0.4、0.5和0.6)中水分传输的2D和3D演变过程。(3)通过称重法研究水泥净浆中水分的传输规律时发现,在毛细吸附作用下,随着吸水时间的增长,试样的毛细吸水过程表现为前期吸水量增加较快、后期逐渐缓慢的过程。同时,四种不同净浆试样的单位面积的毛细吸水量与时间平方根均呈现线性关系,其拟合曲线的斜率即为毛细吸水率S。水灰比越大,毛细吸水量也越多,吸水率越大。(4)应用XCT技术和劈开测量两种方法研究水泥净浆中毛细吸水深度随时间的变化规律时发现,在毛细吸附作用下,随着吸水时间的延长,试样的毛细吸水过程表现为前期吸水深度增长较快、后期逐渐缓慢的过程。同时,四种不同净浆的毛细吸水深度与时间平方根均呈线性关系,符合Locas-Washburn方程,其拟合曲线的斜率即为毛细管系数k。水灰比越大,毛细吸水深度也越深,毛细管系数越大。(5)净浆在毛细吸水作用下的毛细吸水率与毛细管系数具有较好的线性关系,这与Han?i?等人利用中子成像技术得到的结论相吻合。
【图文】：

示意图,毛细,方式,示意图

、以及可视化表征随着吸水时间的增长，水分在净浆内部运动的 2D 和 3D过程。.4 水泥基材料中毛细吸水传输针对多孔介质的毛细吸水试验，Hall C[9]曾提出在一维条件下样品毛细吸三种方式，分别为侧吸法、下吸法和上吸法，如图 1-1 所示。其中，侧吸法避免了水的重力的影响，但会存在静水压力的作用；若采用上吸法，试样将毛细吸附力和水的重力的共同作用；若采用下吸法，此时可忽略水的重力的，水将在毛细吸附作用下沿孔结构向上迁移。除了一些水工及海上建筑工程多数水泥基材料是非完全饱水的，此时水溶液进入材料内部的主要驱动力为吸水作用[10]。因此，，下吸法是研究多孔介质毛细吸水传输最常用的毛细吸验方式。

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水泥基材料水分传输过程的可视化表征与量化分析程，即为Washburn方程：cos cos( )4 2rh t t A th （cos2r ，为多孔介质的毛细管系数。对于给定的多孔介质和流体，参数r ，，和细力的主导下，单一平行毛细管内液体的毛细吸系。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】