含水量对酸性污染土电化学特性影响的试验研究

基于电化学阻抗谱在酸性污染土研究方面理论体系的不足,提出了运用电化学测试技术(EIS)来研究含水量对酸性污染土电化学特性影响的方法。通过对不同含水量下同一pH值的酸性污染土试样进行电化学测试和数据拟合,得出了Nyquist图、Bode图及等效电路参数。研究表明:含水量对Nyquist图的影响呈现为高频区曲线与阻抗实部的截距L随着含水量增大而减小,且高频区曲线圆弧直径D也随着含水量增大而减小;Bode图中阻抗模值在不同频率受含水量的影响呈规律性变化;含水量对酸性污染土的等效电路参数值的影响表现为溶液电阻、电荷传递电阻、扩散电阻的数值均随着酸性污染土含水量的上升而下降,而常相位角元件双电层电容参数值随着酸性污染土含水量的下降而上升。     

泡沫混凝土阻抗谱的双曲正切特性

为研究泡沫混凝土内部的扩散特性,利用电化学法,对比分析了泡沫混凝土与普通混凝土在不同水温、有无发泡剂以及不同浸水时间等条件下的交流阻抗图谱.结果表明:与普通混凝土相比,泡沫混凝土由于存在内部气孔而具有截然不同的细观结构和扩散特性,表现在阻抗谱上,即为其Nyquist图中的曲线是双曲正切型而非Randles型;通过对泡沫混凝土扩散特性与双曲正切曲线的关联,可以求得扩散系数与扩散层厚度等表征其扩散特性的参数.     

海水海砂混凝土中钢筋锈蚀的电化学特征

研究了不同侵蚀方式下海水海砂混凝土中钢筋发生锈蚀的电化学机理及规律,并与普通混凝土内钢筋进行了对比。通过线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱法(EIS)对两种不同氯离子侵蚀方式下的海水海砂混凝土与普通混凝土内钢筋进行电化学测试,进而得到并分析其极化曲线与电化学阻抗谱。研究结果表明,试件自腐蚀电位随着时间的增长均逐渐升高,后续锈蚀反应更加艰难;锈蚀状态下钢筋的Nyquist图中增加了中频区与钢筋表面点蚀有关的第三段容抗弧;海水海砂试件中骨料及拌合用水所携带的氯离子导致混凝土电阻率及钢筋表面的传递电阻降低,阳极氧化反应更加容易进行;海水海砂试件中,中频区容抗弧率先消失,揭示出了随着时间的推移,钢筋表面不只一处发生坑蚀,大阴极小阳极的作用减弱,蚀孔内的阳极电流密度逐渐减小的规律。     

粉质黏土电化学阻抗谱压敏性试验研究

基于电极间压强对电化学阻抗谱测试的影响,提出用阻抗谱特征参数来表征粉质黏土的压缩特性和压敏性的方法。该方法通过测试粉质黏土在不同电极压强下的电化学阻抗谱和压缩指标,经过等效电路拟合,利用其参数来解释其压缩过程,并将电极间压强与其图谱的三大典型特征指标:Nyquist图与阻抗实部截距及其低频圆弧直径和Bode图波峰处相位角的比值与粉质黏土孔隙比相联系,分别得出其各自的压缩系数。研究表明:含水量为12%的粉质黏土阻抗谱呈现非Randles模型,随着电极间压强的增大,其等效电路参数溶液电阻、电荷转移电阻不断减小,双电层电容不断增大;Nyquist图、Bode图最高点向低频移动,测试结果更精确、稳定;图谱特征参数的压缩系数不断减小。研究表明,电化学阻抗谱与压敏性有必然的联系,并且可以利用阻抗谱特征参数的压缩系数来衡量粉质黏土的压缩特性及其压敏性。     

电化学方法测试混凝土钢筋锈蚀的研究

通过自腐蚀电位法、线性极化法和交流阻抗谱法三种电化学方法对历时10年以上的水下混凝土钢筋的锈蚀程度进行检测,并与初始钢筋的电化学参数进行对比分析。结果表明:旧、新钢筋的电化学参数变化明显,且旧/新钢筋的自腐蚀电位比值约为3~4,腐蚀电流密度比值约为40~60,极化电阻比值约为0.02;在交流阻抗谱图中,相对于新钢筋,旧钢筋在低频区明显收缩,容抗弧半径明显减小;旧钢筋因腐蚀造成的质量损失率在8%~9%,与电化学表征参数呈现正相关。     

岩石的交流阻抗初步研究

通过不同岩石和岩样不同力学状态下的交流阻抗谱测试发现，岩石的交流阻抗谱结构完全相同，不同的岩石交流阻抗谱有一定差别，同一岩样相同物理状态下交流阻抗谱相对稳定，由此得出岩石的交流阻抗谱是岩石材料对交流电信号的反映。岩石的种类和岩样的物理状态与交流阻抗谱之间具有因果关系和线性函数关系，可以通过交流阻抗谱特征来研究岩石的物理性质。     

建筑固废材料的阻抗谱与力学性能和孔隙结构的关系

测试了不同建筑固废材料（加气砖、红砖、砂浆）的电化学阻抗谱,从Nyquist曲线中提取关键信息及参数,结合力学性能、压汞试验数据进行对比分析,揭示了阻抗谱参数与力学性能和微观结构的关系.结果表明：固废材料的抗压强度越高,电荷传递电阻（R_ct2）越大,二者呈线性相关关系;固废材料中可溶性盐越多,孔溶液电阻（R_s）越小,砂浆的R_s值均在0.3 Ω以下,而加气砖和红砖的R_s均大于55.0 Ω.试件尺寸也会影响试件与电解质之间的接触电阻,主要体现在高频区圆弧直径的变化,试件尺寸越大,高频区圆弧直径越小.另外,建立了固废材料阻抗谱参数与抗压强度、孔隙率之间的内在关系,可以实现对固废材料性能的智能检测与快速评估.     

不同腐蚀环境下钢筋腐蚀的电化学研究

海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀是导致结构破坏的主要原因,研究了钢筋在不同pH值、不同腐蚀模拟溶液中以及带钢筋的水泥净浆、砂浆在氯盐硫酸盐复合溶液和海水干湿循环作用下的电化学行为。试验结果表明:干湿循环初期,钢筋电化学阻抗谱为半径很大的容抗弧,钢筋处于钝化状态。随着干湿循环次数增加,钢筋阻抗谱表现为双容抗弧,容抗弧半径发生收缩,极化电阻越来越小,腐蚀电流密度增加,钢筋锈蚀速率加快。钢筋腐蚀的临界氯离子浓度随着pH值的减小而减小;对于砂浆而言,其护筋能力强于净浆,并且相比于海水腐蚀,砂浆在复合溶液中的钢筋腐蚀速率较小。     

养护温度对氧化镁水泥砂浆交流阻抗谱性能的影响研究

选取不同配合比MgO水泥砂浆(水灰比0.4~0.6,MgO掺量0~5%),研究养护温度对MgO水泥砂浆的交流阻抗性能的影响,并根据等效电路拟合结果分析养护温度对MgO水泥砂浆水化进程及微结构的影响。结果表明:在水灰比和MgO掺量适中时,阻抗谱Nyquist曲线低频圆弧左侧交点(R_0)和直径(R_1)均会随着养护温度的提升而增加;在MgO掺量较高、水灰比较较低的情况下,过高的养护温度会使MgO膨胀效应显著,劣化MgO水泥砂浆微结构,增大孔隙率,大幅降低阻抗谱Nyquist曲线低频圆弧左侧交点(R_0)和直径(R_1)。     

基于电化学阻抗谱高频极值的土石混合体结构特征研究

为了对土石混合体在不同基础材料和不同尺度下研究的统一性做出初步的探索,采用电化学阻抗谱方法,对由理想材料构成的土石混合体进行研究,通过在宏观角度上对土石混合体系统中的含水率、土石比、石粒粒径3个材料指标进行控制调节,取得其电化学阻抗谱测试结果的表现规律。以电化学阻抗谱高频极值为基点,对其规律进行表述和进一步研究。从而初步构建出以电子通过性为具体特征的微观尺度与宏观尺度下材料指标之间的映射规则。提出了联结程度、阻抗极值曲线和最优阻抗极值点的等一系列概念和工具,分析得出含水率对于土石混合体结构的基础性作用,土石比的影响呈现为2种因素交叉主导的态势,随石粒粒径的有序变化,其高频极值循曲线绕行。上述研究成果对土石混合体结构特征的研究具有一定的参考价值。     

水泥水化过程的电化学研究（Ⅱ）：硬化水泥浆体在直流极化下的交 …

应用在直流极化下的交流阻抗谱方法测定了水泥水化过程的复平面图,在此基础上上计算了各电路参数和水化过程的动力学常数,通过电路参数随水化时间的变化对水化机理进行了探讨。     

水泥水化过程的电化学研究(Ⅱ)--硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱

应用在直流极化下的交流阻抗谱方法测定了水泥水化过程的复平面图,在此基础上计算了各电路参数和水化过程的动力学常数．通过电路参数随水化时间的变化对水化机理进行了探讨．     

ACIS法研究聚脲涂层砂浆防护性能

采用电化学交流阻抗谱(ACIS)法研究芳香族聚脲涂层、脂肪族聚脲涂层对水泥砂浆的防护性能。ACIS试验结果表明,水泥砂浆(对比样)、芳香族聚脲涂层砂浆和脂肪族聚脲涂层砂浆试样的Nyquist图高频弧是一半圆,其直径分别为6754Ω,10028Ω,11812Ω,说明涂刷涂层能够提高水泥砂浆抗氯离子渗透性方面的能力。不同涂刷厚度涂层砂浆的ACIS测试显示,随着保护涂层的厚度增加,对砂浆的防护性能增加。芳香族聚脲涂层和脂肪族聚脲涂层试样在氯化物侵入前后,高频区的交流阻抗值分别增加了28.25%和56.25%,说明聚脲涂层提高了砂浆的抗氯离子渗透性。     

基于电化学阻抗谱的偏高岭土水泥性能研究

利用电化学阻抗谱、压汞法和抗压强度试验研究了偏高岭土(MK)水泥净浆从早期水化到养护28d的性能发展规律,分析了MK水泥净浆的电化学参数随养护龄期的变化规律,提出了1种同时考虑弥散效应和水泥净浆/电极界面扩散过程的等效电路模型,分析了电化学参数与抗压强度、孔结构参数的关系.结果表明:MK能够促进水泥净浆的水化进程;利用等效电路模型得到的MK水泥净浆电荷转移电阻R_(ct1)能够很好地反映MK水泥净浆的抗压性能;MK水泥净浆的孔隙率与电荷转移电阻R_(ct1)、高频区阻抗模数|Z|_1呈负相关关系.     

岩石厚壁圆筒试验破坏的细观力学机制

 目前采用传统颗粒体模型较难表征岩石内部不规则矿物颗粒的结构特征。以颗粒流理论及PFC程序为平台,采用平面黏结接触模型,构建能反映矿物颗粒结构特征的岩石厚壁圆筒数值模型,从细观力学角度深入探究岩石厚壁圆筒试样在不同内外部围压条件下的破裂机制与规律。研究表明：当内部围压为0时,试样张拉型微破裂占主导优势;层状剥离的破碎颗粒体以轴线为中心形成近似对称的“V”型破坏区域。当内部围压不为0时,随着内部围压不断增大,试样承受的极限外部围压逐渐增大;试样剪切型微破裂逐渐占主导优势,以轴线为中心产生的近似对称的“V”型破坏区域逐渐消退,破坏逐渐从内径岩壁向各个方向扩展。无论内部围压是否为0,试样外部围压、外部体应变等破坏参量演化曲线均可近似划分为3个阶段。     

红砂岩的一种新的抗风化化学加固方法试验研究

以浙江龙游石窟群围岩的抗风化加固为研究背景,对红砂岩试件进行了多种化学材料处理方案的室内试验,通过对试验结果及相应试验参数的分析,提出了一种新的化学加固材料CRS。利用该材料进行加固时首先利用无机硅与砂岩的反应物填充岩石的孔隙,然后用有机硅与岩石中的羟基反应,以脱水缩合,达到加固目的。将岩石浸泡在该材料的溶液中,与浸泡前相比,岩石的弹性波速度增加15%左右,粘聚力增加50%,内摩擦角变化不大,在围压5 MPa时,三轴抗压强度增加50%左右。将选定的化学加固材料喷洒在龙游石窟的多处围岩表面上,岩体结构明显致密,加固深度大于3 cm,围岩的弹性波速度比加固前提高了5%(淋水岩体)～10%(较干岩体),加固将近1 a时间,被加固的岩石表面和内部均未发现颜色的明显改变。     

深部岩石隐性裂纹的电化学检测机制

岩体工程进入深部以后，出现许多不同于浅部工程的力学现象，使得岩石力学进入了一个新的阶段。为了研究处于深部岩石中的微裂纹，在分析亚微观裂纹相对尺寸和稳定状态的基础上，从静态和动态变化两个角度把亚微观裂纹分为隐性裂纹和显性裂纹，根据深部岩体工程的力学环境，从分子力学和断裂力学角度分析岩石微裂纹的成核扩展微观机制。运用电化学的基本原理，分析岩石微裂纹和其间溶液的界面性质，以及其组成的双电层结构的电化学性质，研究岩石微裂纹扩展引起该体系双电层电容和宏观阻抗的变化规律，并以泥岩为例研究岩石的交流阻抗谱特征参数和裂纹成核扩展的关系。结果表明：利用电化学手段可以检测岩石微裂纹的成核扩展，为进一步研究岩石的断裂行为提供新的检测手段。     

混凝土交流阻抗参数的区域分布

应用小电极交流阻抗谱方法,对大混凝土试件的不同端面、不同方向和不同位置进行交流阻抗谱测定,从而得到整个试件微结构的区域分布．应用平行毛细管束模型,可以求出相应微结构参数的区域分布     

岩体爆破累积损伤效应声波频谱特征分析

为揭示岩体爆破损伤累积扩展规律及其与岩体声学变化特性之间的内在联系,在某地下工程围岩中进行了10次小药量爆破岩体损伤的现场声波测试。为充分利用岩体声波测试信号中的有效信息,弥补单纯声波速度分析的不足,基于快速傅立叶变换(FFT)探讨了声波在爆破损伤岩体中传播时的衰减特性,分析了主频、频域内最大振幅等岩体声学参数随爆破次数不断增加的变化特性。研究结果表明,随着爆破次数增加,岩体声波频谱特征呈现如下变化规律:(1)岩体爆生裂隙不断增加和扩展,声波测试信号中的高频成分不断被吸收,低频成分所占比例增加,主频向低频方向偏移,频谱曲线畸变程度增加;(2)声波主频比和频域最大振幅比均呈非线性降低趋势,频域最大振幅比对岩体爆破损伤的敏感性高于声波主频比;(3)随着爆心距的增大,岩体声波频谱变化程度逐渐减弱。     

Identifying technology for structural damage based on the impedance analysis of piezoelectric sensor

PZT piezoelectric ceramic was used as sensing element to fabricate piezoelectric sensor. The fabricated PZT piezoelectric sensor was embedded into and affixed to the structure to detect the structural damage, respectively. The structural crack damage was investigated using the impedance spectra of the sensor. The results show that the electric impedance of the PZT piezoelectric sensor with both different arrangements can reflect the variations of the structural crack damage in the testing frequency ranges. In the frequency range of 20–70 kHz, both the impedance value and the resonance frequency of the embedded PZT piezoelectric sensor can show the incipient crack damage and the increase of crack depth clearly. The impedance spectra of the affixed and embedded PZT piezoelectric sensors show the similar variation regularity with increasing the structural crack damage degree. Furthermore, the impedance spectra variation of the PZT piezoelectric sensor with different arrangements in the thickness resonance frequency range is more obvious than that in the planar resonance frequency range. A scalar damage metric is presented based on the impedance spectra of the PZT piezoelectric sensor around the resonance frequency, and the cracks in different positions of the structure were also analyzed using the damage metric. The variation of structural crack damage can be observed effectively and obviously using this damage metric.