漂珠低密度水泥石的孔体积分形维数及其与孔结构和力学性能的关系

运用压汞法测试漂珠低密度水泥石孔结构参数、Menger海绵模型计算其孔体积分形维数,分析评价了漂珠低密度水泥石的孔结构分形特征,探讨了孔体积分形维数与孔隙率、孔比表面积、中值孔径及力学性能的关系。研究表明,低密度水泥石孔结构具有明显的分形特性,孔体积分形维数在3.25~3.69;孔体积分形维数越大,其孔隙度、孔比表面积、中值孔径越大,而抗压强度、抗拉强度越小。孔体积分形维数不仅在描述孔隙空间结构时更加具体,同时在一定程度上反映了材料宏观性能的相对优劣。     

孔径分布对多孔镍孔体积分形维数的影响

用压汞法对用粉末冶金法制备的多孔镍试件进行了测试,得到了多孔镍试件的孔隙率及孔径分布曲线,并以Menger海绵体模型为基础,根据压汞实验数据确定了多孔镍试件的孔体积分形维数,发现多孔镍的孔隙结构具有明显的分形特征,分形维数在2.8～3.0之间.孔径分布范围越宽、平均孔径越大,孔体积分形维数越大.多孔镍的孔体积分形维数在一定程度上反映了多孔镍孔隙结构的均匀性及填充能力.     

Dinger-Funk方程在优化水泥浆孔结构和强度中的应用

根据Dinger-Funk(D-F)方程确定的最紧密堆积模型设计水泥浆体组成材料粉体的配合比,用相关系数和欧式距离表征实际配比中粉体粒径分布与D-F方程的接近程度。采用压汞法(MIP)测试水泥浆体的孔结构,分析欧式距离和孔体积分形维数之间的相关性及二者对抗压强度的影响。结果表明:欧式距离与分形维数之间具有较高的相关性,相关性为85.36%;当欧式距离从85.65减小至57.42时,分形维数从3.17增大到3.21,抗压强度增大,最大增幅为27.77%;当欧式距离从57.42减小至37.61时,分形维数从3.21减小到3.03,抗压强度的增长幅度不明显。     

分形维数对芳纶纸基材料结构和性能的表征

对位芳纶纸基材料因具有高强度、高模量和轻量化等特性而得到广泛的重视和应用,这些特性与其多孔结构有着密切关系。通过压汞法对芳纶纸基材料的多孔结构进行了研究,以多孔材料分形维数作为结构重要的评价指标,探讨了分形维数与芳纶纸基材料的多孔结构和宏观性能之间的函数关系。实验结果表明,芳纶纸基材料的孔隙结构呈现明显的分形特征,分形维数D=2.0~3.0;分形维数越大,孔比表面积越大,孔隙率提高,孔径增大,孔结构就越复杂和劣化,对应材料的拉伸指数、撕裂指数和耐压强度均下降。分形维数可作为芳纶纸基材料多孔结构特性的综合评价指标,并且与其宏观性能的相关性良好。     

基于二维SEM图像的介孔碳表面分形特征分析

将分形理论引入到介孔碳孔结构表征,基于SEM图像计算二维分形维数(D2)及三维分形维数(D3),并分析了分形维数与孔结构参数之间的规律.结果表明,D2及D3能有效地量化介孔碳形貌的差异,两者随形貌的变化一致,即D2越大D3也越大.当介孔碳的显气孔率相近时,平均孔径越小D2和D3越大,反映出介孔碳具有越多的细部特征和越粗糙的表面.     

基于孔结构参数的掺CWCPM混凝土抗压强度预测模型的建立

为提高废旧粘土砖活性,将废砖破碎、粉磨后进行活性激发,制得建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,CWCPM)。为进一步研究CWCPM作为混凝土掺合料的可行性,首先研究不同因素对掺CWCPM混凝土抗压强度及孔结构参数的影响规律。然后,分析孔隙参数、孔径分布参数与抗压强度之间的关系。最后,基于多元回归理论,建立同时考虑孔隙参数与孔径分布参数的掺CWCPM的混凝土的抗压强度-孔结构关系模型。结果表明,CWCPM的掺入降低了混凝土7 d抗压强度。当CWCPM掺量不高于30%时,试件28 d强度高于基准试件,CWCPM可作为混凝土掺合料进行再生利用。总孔隙面积越大,总孔隙量、平均孔径和孔隙率越小,混凝土抗压强度越高。抗压强度与毛细孔及大孔数量均为负相关关系,而与凝胶孔及过渡孔含量之间未表现出显著的定量关系。考虑孔隙参数与孔径分布的抗压强度-孔结构模型可准确地预测掺CWCPM的混凝土的抗压强度。     

多级孔材料研究进展

多孔材料具有孔隙率高、比表面积大、导热系数低、体积密度小及化学性质稳定等优点,在吸附与分离、催化剂载体、隔热材料、能量储存、传感器等领域拥有广阔的应用前景。基于孔直径的大小可将多孔材料分为三类:孔径大于50nm的大孔材料(Macroporous materials),孔径介于2～50nm的介孔材料(Mesoporous materials)和孔径小于2nm的微孔材料(Microporous materials)。但是,由于孔径的限制,这三类材料的应用均存在一定的局限性。多级孔材料兼具通透性好、孔隙结构发达、体积密度小、比表面积和孔体积大等优点,打破了传统单级孔材料孔结构单一的局限,因此越来越受到研究人员的关注。然而,多级孔材料在制备中仍存在较多问题。例如,其合成过程通常会涉及到两种及两种以上的方法,制备工艺复杂;现有的多级孔材料的制备成本高,孔结构难以控制。因此,研究者们主要从优化多级孔材料的制备工艺以及降低生产成本等方面入手,制备出孔径均一且可控的多级孔材料。多级孔材料主要有大孔-介孔材料(Macro-mesoporous materials)、微孔-介孔材料(Micro-mesoporous materials)以及含有两种或多种不同孔径的介孔-介孔材料(Meso-mesoporous materials)。大孔-介孔材料常见的制备方法有模板法、发泡法、溶胶-凝胶法及熔盐法等;微孔-介孔材料的主要制备方法有化学活化法、模板法和水热法等;介孔-介孔材料的制备方法主要有水热法、模板法、溶胶-凝胶法及自组装法等。本文综述了近年来多级孔材料的最新研究进展,分别对大孔-介孔、微孔-介孔及介孔-介孔材料的制备方法进行了介绍,并简要分析了未来本领域研究的发展趋势。     

单面盐冻条件下基于孔结构的玄武岩纤维混凝土抗压强度模型

通过单面冻融循环试验,研究不同玄武岩纤维掺量、冻融次数对混凝土抗冻性能和微观孔结构的影响;采用灰熵法分析微观孔结构参数对冻后混凝土抗压强度的影响规律;拟合得到不同冻融循环次数下玄武岩纤维贡献率公式;建立基于气孔比表面积、孔体积、玄武岩纤维贡献率的复合因素抗压强度模型。结果表明:不同纤维掺量下试件的抗压强度随冻融循环次数的增加逐渐减小,试件的含气量、气孔平均弦长和气孔间距系数随冻融次数的增加逐渐增大,试件的气孔比表面积随冻融次数的增加呈下降趋势。在本试验条件下纤维掺量为0.2%(体积分数)时混凝土抗冻性能最优。由灰熵分析可知,气孔比表面积和孔径小于100μm的孔体积与抗压强度的关联度较高。复合因素抗压强度模型与气孔比表面积、孔体积、玄武岩纤维贡献率之间回归效果显著,可预测单面冻融循环后玄武岩纤维混凝土抗压强度与孔结构的定量关系,评估寒冷地区玄武岩纤维混凝土的耐久性。     

木材制备生物炭的孔结构分析

选取9种木材,采用干蒸裂解工艺制备生物炭材料,采用压汞法测定生物炭的孔体积、比表面积和孔径分布,并且对它们的孔隙结构进行对比研究。结果表明:由果木制备的生物炭的孔隙率最大,数值为53.13%,而桃木生物炭的孔隙率最小,数值为44.38%;通过分析生物炭材料在一定孔半径区间内的孔体积分布曲线和孔表面积分布曲线,得出了9种生物炭中小孔和微孔数量较多的为槐木和杏木,大孔和中孔数量较多的为桃木和桐木;聚类分析9种生物炭孔结构相似度发现,果木、柳木、槐木和杏木为微孔类,枸木和椿木为小孔类,柿木和桃木为中孔类,桐木为大孔类。     

盐冻作用后风积沙混凝土孔结构对抗压强度影响的灰熵分析

为了研究盐冻环境下孔结构对风积沙混凝土抗压强度的影响，对不同风积沙掺量下的混凝土进行抗压强度和核磁共振孔结构试验。采用灰熵法分析孔结构特征参数对冻融循环后混凝土抗压强度的影响规律，在此基础上建立了不同冻融循环次数下孔结构参数和风积沙贡献率的复合型抗压强度模型。结果表明：混凝土的抗压强度和束缚流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐降低，孔隙率和自由流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐增大。30%以内风积沙掺入对混凝土的抗冻性能具有一定增强作用，20%的风积沙对混凝土抗盐冻后的抗压强度、孔隙率和束缚流体饱和度的抗损伤劣化提升效果最为明显。由灰熵分析可知，束缚流体饱和度和孔径小于10μm的孔体积占比与抗压强度的关联度较高。本研究建立了混凝土抗压强度与束缚流体饱和度、孔径小于10μm的孔体积占比和风积沙有效贡献率的抗压强度复合模型，模型拟合度较高。本研究可为风积沙混凝土在西北地区的推广提供理论基础。     

太赫兹技术在水泥基材料研究中的应用

本文介绍了太赫兹波的特性以及太赫兹技术的工作原理及其应用,重点介绍了太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术在水泥水化过程、水泥基材料的微观结构检测和水泥基材料耐久性能三方面的研究进展.利用太赫兹光谱技术可跟踪硅酸三钙、硅酸二钙以及主要水化产物水化硅酸钙、氢氧化钙在水化过程中的变化情况;利用水分对太赫兹波强烈吸收的特性,能够...     

二级界面对水泥基材料孔结构和性能的影响

将粉煤灰、硅灰和纳米纤维材料--活性NR粉应用于水泥基材料中，依据最大密实度理论和微粒级配数学模型设计出水泥基材料，研究了水泥基材料中二级界面对其性能的影响．结果表明，加入活性NR粉纳米纤维矿物可改善体系的颗粒级配和水泥基材料中二级界面的显微结构，提高均匀性，降低孔隙率，优化体系的孔结构．改善二级界面的显微结构可降低体系的总比孔容，提高球形孔隙体积率，降低体系的最可几孔径，优化硬化浆体的孔结构以及提高体系的内部拉应力，提高水泥基材料的抗弯强度．     

水灰比对镁系无机轻质材料性能的影响规律

以镁系胶凝材料为主料,双氧水为发泡剂,二氧化锰为激发剂,硬脂酸钙为稳定剂,聚丙烯酰胺为增稠剂,通过化学发泡法制备内部含有大量密闭气孔的镁系无机轻质材料。探讨了水灰比(镁盐水用量与氧化镁粉比率)对镁质无机轻质材料表观密度、压缩强度、弯曲强度、孔结构及耐水性的影响规律。实验结果表明,水灰比不仅影响镁系无机轻质材料的孔结构和发泡成型,对晶体结构也有较大影响。随着水灰比增大,浆体稠度降低,镁系无机轻质材料的表观密度减小,孔结构形态逐渐得到改善,力学强度和耐水性则是先增大后减小。在水灰比为1.4时,强度相峰值最大,镁系无机轻质材料压缩强度和弯曲强度最大,耐水性最佳,同时平均孔径较小,孔隙率和圆度值最接近开普勒理想模型数值,表观密度仅为0.41g/cm~3,适合作为节能轻质墙体材料使用。     

Models for strength prediction of foam concrete

There are several strength prediction relations developed for plain cement paste, mortar and concrete. In concrete where air voids contribute significantly to volume of voids (like aerated and foam concrete), more general expressions including the volume of air voids is to be developed as the better alternative. The objective of this paper is to propose prediction relations for the compressive strength of foam concrete by extending two of the well-known relations available for cement paste, mortar and normal concrete, viz., Balshin’s strength-porosity model and Power’s gel-space ratio equation. For this, theoretical equations were derived for porosity and gel-space ratio relating it to the density, proportion of ingredients in the mix and material characteristics like specific gravity. Foam concrete with fly ash showed lesser dependency on pore parameters than cement-sand mixes. As both the prediction relations developed in this study consider the effect of composition on the strength, it can serve as a simple tool for predicting the strength of foam concrete. But strength-porosity model stands out compared to gel-space model as it correlates well with the measured strength and also because of its ease in application since it employs the composition of constituents and easily measurable parameters.     

荷载作用下饱和水泥浆体中氯离子扩散性能研究

混凝土类水泥浆复合材料中各种尺度的孔隙,如凝胶孔、毛细孔、掺入的气体气泡以及微裂纹等影响着氯离子的扩散性能。孔隙结构参数(如孔隙率)在外荷载作用下会产生变化,进而影响了水泥浆体中氯离子扩散性能。外荷载作用对氯离子扩散行为的影响,可以等效为外荷载所引起的孔隙率的改变对氯离子扩散性能的影响。从微观角度出发,将饱和水泥浆体看作由水泥浆体基质(其孔隙率为零)和孔隙水夹杂相所组成的两相复合材料介质。基于弹性力学理论推导并获得了饱和水泥浆体达到其强度前(即未产生新裂纹前)当前孔隙率与材料初始孔隙率及体应变之间的定量关系,得到了水泥浆体中氯离子扩散系数与这些参数的定量关系。基于Fick第二定律分析了外荷载(体应变)和孔隙率变化对氯离子扩散性能的影响。研究表明:氯离子在饱和砂浆中的扩散系数随孔隙率增大而显著增大;氯离子在砂浆中的扩散系数随压缩体应变的增大而减小,随拉应变增大而增大。     

Depercolation threshold of porosity in model cement: approach by morphological evolution during hydration

The depercolation threshold of porosity is an important parameter to assess the permeability of cement-based materials. The depercolation threshold is usually defined as the porosity whereby the volume fraction of connected pores in the cement paste decreases to zero. In this paper, the depercolation threshold is defined and determined with respect to the morphological development of pore space during hydration. The morphology of solid phase and pore structure is studied on model cement simulated by the SPACE system, using stereological theory. The influences of particle size distribution and water to cement ratio (w/c) on the depercolation threshold of porosity are discussed. It is found that particle size distribution of cement has significant influence on the depercolation threshold of porosity. The depercolation threshold is higher for finer cement system. However, the influence of w/c on the depercolation threshold of porosity is negligible. For a model cement of moderate fineness, depercolation is not possible at a relatively high w/c (say, 0.6), because the porosity of cement paste remains above the depercolation threshold even at complete hydration.     

改性磷石膏的强度与孔结构的研究

本工作研究了矿物掺合料(矿渣、粉煤灰)和激发剂(熟石灰和水泥)对磷石膏强度的影响,并且探索了水泥对磷石膏耐水系数的影响。此外对磷石膏改性处理后的微观形貌和孔结构进行了分析。研究结果表明:矿渣和粉煤灰均能提高磷石膏的强度,且矿渣对磷石膏强度的增强作用更明显;但两者对磷石膏耐水性的增强作用并不明显,矿渣掺量过多时会由于延迟钙矾石的形成而导致石膏开裂。水泥和熟石灰作为激发剂时可以增强磷石膏的强度,熟石灰的增强作用更明显。水泥对磷石膏的耐水性能有一定的增强作用。磷石膏的水胶比、养护龄期和矿物掺合料可以改变其孔隙率,但不会改变其孔径分布;粉煤灰可以提高石膏的孔隙率,并且改变其孔径分布;水泥会降低石膏的孔隙率并改变其孔结构。     

Effect of fly ash fineness on compressive strength and pore size of blended cement paste

This paper presents an experimental investigation on the effect of fly ash fineness on compressive strength, porosity, and pore size distribution of hardened cement pastes. Class F fly ash with two fineness, an original fly ash and a classified fly ash, with median particle size of 19.1 and 6.4 μm respectively were used to partially replace portland cement at 0%, 20%, and 40% by weight. The water to binder ratio (w/b) of 0.35 was used for all the blended cement paste mixes.Test results indicated that the blended cement paste with classified fly ash produced paste with higher compressive strength than that with original fly ash. The porosity and pore size of blended cement paste was significantly affected by the replacement of fly ash and its fineness. The replacement of portland cement by original fly ash increased the porosity but decreased the average pore size of the paste. The measured gel porosity (5.7–10 nm) increased with an increase in the fly ash content. The incorporation of classified fly ash decreased the porosity and average pore size of the paste as compared to that with ordinary fly ash. The total porosity and capillary pores decreased while the gel pore increased as a result of the addition of finer fly ash at all replacement levels.     

孔结构对泡沫混凝土性能的影响与控制技术

泡沫混凝土是我国水泥基建筑材料的重要组成部分,分析了孔结构的分类及其对泡沫混凝土的强度、耐久性、保温系数等宏观性能的影响,发现泡沫混凝土的宏观性能与孔结构密切相关。总结了泡沫混凝土孔结构的控制技术,发现水灰比、矿物掺合料等的加入都会影响孔的形成。在此基础上,提出加强对建立孔结构与宏观性能之间的理论模型、孔结构与宏观性能间关系的适用范围、孔的定量控制等方面的研究。