碳化水泥砂浆分形特征研究

利用压汞试验对不同碳化程度水泥砂浆孔结构的分形特征进行研究。结果表明:水泥砂浆具有多重分形的特征;碳化使水泥砂浆总孔隙率降低,孔径细化,凝胶孔的孔隙体积分形维数降低;而生成的碳酸钙在大孔、毛细孔中沉积,大孔、毛细孔的体积分形维数增大。因此,分形维数能表达碳化对混凝土材料孔结构的影响。     

外加剂对混凝土孔隙特征影响的分形评价

混凝土在其形成和服役过程中表现出了一系列分形的特征,介绍了混凝土孔隙的测试方法、混凝土孔隙的分形维数的计算方法、用压汞法测试了6组混凝土的孔结构数据,且计算了其孔隙分形维数,并结合SEM微观分析对外加剂对混凝土孔隙特征的影响进行了评价。     

双掺聚丙烯纤维与聚酯纤维混凝土抗冲击性能试验研究

利用压汞法(MIP)测试了不同锂渣掺量的C30、C60混凝土的孔结构参数,计算了被测混凝土的孔体积分形维数、孔轴线分形维数,并研究了混凝土气体渗透系数、锂渣掺量与孔体积分形维数、孔轴线分形维数之间的关系。结果表明,混凝土的气体渗透系数与孔体积分形维数相关性高;C60混凝土在锂渣掺量为10%时,孔体积分形维数和孔轴线分形维数最大;随着锂渣掺量的提高,C30混凝土孔体积分形维数和孔轴线分形维数呈降低的趋势。     

锂渣混凝土孔分形维数与气体渗透性能关系研究

利用压汞法(MIP)测试了不同锂渣掺量的C30、C60混凝土的孔结构参数,计算了被测混凝土的孔体积分形维数、孔轴线分形维数,并研究了混凝土气体渗透系数、锂渣掺量与孔体积分形维数、孔轴线分形维数之间的关系。结果表明,混凝土的气体渗透系数与孔体积分形维数相关性高;C60混凝土在锂渣掺量为10%时,孔体积分形维数和孔轴线分形维数最大;随着锂渣掺量的提高,C30混凝土孔体积分形维数和孔轴线分形维数呈降低的趋势。     

压力成型对砂浆孔结构、强度及分形维数的影响

采用压汞法测试了不同初始加压时间水泥砂浆的孔结构参数，并计算孔分形维数，研究了初始加压时间与抗压强度、孔结构、孔分形维数之间的关系。结果表明：初始加压时间对砂浆孔隙率和抗压强度的影响显著，加压时间过早或过晚均不利于砂浆抗压强度的发展，初始加压时间宜为养护2.5 h左右；压力成型下砂浆的孔结构具有明显的分形特征，孔分形维数范围为3.0～3.2，孔分形维数与孔隙率存在良好的相关性，能够在一定程度上反映水泥基材料宏观性能的优劣。     

硅灰对混凝土抗冻性能及其孔结构的影响

研究了硅灰对干湿-冻融条件下混凝土的抗压强度和质量损失的影响,利用压汞分析了试验混凝土的孔隙率及孔径分布特征,并计算了混凝土的孔径分形维数。研究表明:随着硅灰掺量的增加,经干湿-冻融循环后混凝土的抗压强度损失率和质量损失率减小,硅灰掺量增加有利于降低混凝土孔隙率、降低平均孔径,大于100 nm的孔数量减少,硅灰的加入使混凝土的孔分形维数增大。     

分形维数定量表征煤岩储层非均质性

针对传统方法难以定量描述煤岩储层非均质性的问题,提出了一种新的适用于煤岩的毛管压力模型,来评价煤岩储层的非均质性。该模型基于分形理论,引入孔隙分布指数,并考虑迂曲度参数的影响,通过恒速压汞法测量某煤矿的煤岩岩心的孔隙度、渗透率,得到毛管压力曲线,对毛管压力曲线进行拟合得到分形维数;利用孔隙大小分布曲线,分析并验证计算得到的分形维数,与其他几种常用的计算分形维数的方法相比,该方法更精确可靠。最后定量分析分形维数与非均质性的关系及分形维数与煤岩的孔隙喉道,以及孔隙度和渗透率的关系,结果表明,该方法可以定量评价煤岩储层的非均质性。     

混凝土孔隙分形与其徐变特性关系的试验研究

孔隙分形维数是表征材料孔隙分布特征的统计参量,与材料力学强度之间必然存在一定联系.采用压汞测孔法对不同龄期的混凝土试块的孔隙体积分形特性进行了试验研究,得到了孔隙体积分形维数随龄期的变化规律,结合混凝土的徐变特性试验,探讨了孔隙体积分形维数与徐变特性之间的定量关系.试验结果表明:孔隙体积分形维数随龄期的增长而呈对数型增长,且随着混凝土的孔隙体积分形维数的增大,其徐变变形量和徐变变形率均有所减小.因此,孔隙体积分形维数通过表征孔隙的变化特性间接反映了混凝土强度的变化,分析了分形维数与宏观力学强度之间的关系.     

混凝土孔体积分形维数及其与氯离子渗透性和强度的关系

采用压汞法对含不同掺合料混凝土的孔分形结构进行了试验研究,测定了其孔体积分形维数,探讨了含不同掺合料混凝土的孔体积分形维数与氯离子渗透性能及强度的关系。结果表明:混凝土孔体积分形维数越大氯离子渗透系数越大;含不同掺合料混凝土的孔体积分形维数与氯离子渗透系数相关性由高到低依次为:粉煤灰矿渣石灰石水泥;含不同掺合料的混凝土的孔体积分形维数与强度相关性由高到低依次为:粉煤灰矿渣水泥石灰石。     

堆石料颗粒破碎的分形特性

对伊江上游其培水电站大坝垫层料进行4组高围压大型三轴试验,依据试验前后粒径分布资料,通过建立分形模型,研究堆石料的破碎分形特性.结果表明,试验所用的2种堆石料在颗粒破碎后的粒径分布均有良好的分形特性,破碎分形维数为2.612 7～2.723 2,垫层料下包线的破碎分形维数明显小于垫层料平均线.相同的密度下,随着围压的增加,堆石料破碎分形维数增大,且增大的趋势具有阶段性:当围压较低时,破碎分形维数变化较小;围压升高时,颗粒破碎率增加,破碎分形维数上升的幅度加大.在相同的围压下,破碎分形维数随着密度的增加而增大.破碎分形维数反映了颗粒破碎后粒径的大小,分布的均匀程度,分形维数越大,破碎量越大,并与Marsal颗粒破碎率存在较为显著的线性回归关系.     

Microstructural properties and compressive strength of lime or/and cement solidified silt: a multi-scale study

Because of its poor engineering properties, silt often needs to be treated to meet the design requirements. Solidification using binder is one of the most common methods to improve the engineering properties of silt. Lime or/and cement are often used to treat silt. However, the mechanical properties of soil are closely related to its microstructure. Although much research has been done on the mechanical properties and stabilization mechanism of lime or/and cement solidified silt, the multi-scale research between the microstructure and macroscopic mechanics properties of solidified silt has received no attention. Therefore, in this paper, unconfined compression, mercury intrusion, and scanning electron microscope (SEM) tests were conducted on lime, cement, and lime and cement mixtures (LC) solidified silt. The microstructure parameters of particle, pore, and contact zone were extracted from SEM images. Meanwhile, the effect of curing time and binder dosage on the microstructure parameters was analyzed. In addition, the relationship between micro-parameters and macro-mechanical strength was established. The results showed that the particle diameter, particle area, contact zone diameter, and contact zone area increased with increasing curing time and binder dosage, while the pore ratio, fractal dimension of particle size distribution (PSD), and fractal dimension of contact zone size distribution (CZSD) decreased with increasing binder dosage. The unconfined compressive strength (UCS) decreased with the increase of particle roundness, pore area, pore diameter, pore ratio, and fractal dimension of PSD, and increased with increasing fractal dimension of pore size distribution (PPSD). In addition, there were no obvious relationships between UCS and pore roundness, contact zone area, and fractal dimension of CZSD.

     

人工冻融软黏土微观孔隙变化及分形特性分析

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方法,结合分形理论对冻融软黏土微观孔隙变化进行分析,研究了软黏土的孔隙分布特征,并采用容量维数对孔体积分布和孔表面积分布进行计算,分析了冻融及压缩前后颗粒接触及孔隙变化。研究结果表明:软黏土冻融后孔体积和孔表面积均增大;原状土和融土压缩后孔体积和孔表面积均减小,软黏土的孔体积和孔表面积80%以上分布于微孔和超微孔中;软黏土冻融及压缩前后孔体积和孔表面积存在分形特性。     

高温焙烧后黏土孔隙与力学特征研究

 为研究温度作用后黏土孔隙与力学参数变化规律,以不同温度作用后黏土为研究对象,主要采用压汞法、单轴压缩试验,着重分析其孔隙度、渗透率、体积分维数、单轴抗压强度、普氏系数变化规律。得到以下结论：试样中孔隙开放孔较多,孔隙连通性较好,孔隙主要以500 nm～1 000 nm为主;试验温度范围内,大孔总体积随温度的升高而增大,100 ℃～650 ℃之间,微孔总体积随温度的升高而增大,650 ℃以后,随温度的升高而减小;100 ℃～700 ℃之间孔隙度随温度的升高而增大,700 ℃以后有所减小;采用Menger海绵体模型和热力学模型得到的体积分维数随温度的升高整体减小,而采用热力学方法得到的孔隙分维值更能表征试样孔隙特征;100 ℃～700 ℃之间渗透率随着温度升高而增大,700 ℃以后有所减小;100 ℃～400 ℃之间,单轴抗压强度和普氏系数基本维持不变,400 ℃～700 ℃之间,两者随温度的升高快速增大,700 ℃以后,两者随温度的升高而减小,这与试样内部矿物的转变密切相关。     

软土加固过程中微结构变化的分形研究

土体内部孔隙的特征及分布情况是土体微结构变化的内因,也是决定土体物理力学性质的主要因素。在软土性质发生改变时,孔隙的变化是最直接、最显著的。所以,对土体微观结构进行研究,应着重研究土中孔隙的变化。由于土中孔隙的复杂性及非确定性,很难用传统的几何方法对其研究和描述。为研究加固前后软黏土微结构的变化情况,在珠江三角洲某高速公路软土路基利用动力排水固结法加固的施工现场,取不同深度内加固前后土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨软土中孔隙的分布特征,在此基础上提出了土中孔径划分的方法,进而探讨动力排水固结法加固软土地基的微结构变化,建立了加固后土样的孔隙度分维数与土体固结度之间的关系,研究结果表明土中孔隙分布具有分形特征,用孔隙度分维数可以实现对地基加固程度的预测。     

A geometrical fractal model for the porosity and permeability of hydraulic cement pastes

This study reports on a geometric model which capably represents various aspects of the porosity of hardened cement pastes. It is composed of two interconnected fractal units. The experimental data for model development and appraisal is obtained from the cumulative curve of mercury intrusion porosimetry on pastes of Type I Portland Cement (water/cement: 0.3–0.7; curing ages: 1–56 d). The fractal character of the porosity was recorded to 2–3 orders of magnitude of the pore size, between about 2 nm and 1 μm. On a par with the fractal dimension, the predictions of the model are in agreement with the experimental data even with regard to the fraction of the voids and the range and distribution of pore size. Finally the model has been used to calculate fluid permeability coefficients which are in accord with the experimental values.     

混凝土孔隙面分形特征与测试方法研究

为了更好地确定混凝土孔隙的面分形维数,完善混凝土孔隙分形的相关研究,采用液态硫磺浸渍样品,利用反光显微镜采集图片,并结合图像分析软件分析图片和处理数据,以获得不同龄期和不同掺和料下混凝土孔隙的面分形维数,并对面分形维数变化与强度变化之间的关系进行了探讨.结果表明:混凝土孔隙的面分形维数会随着龄期的变化而变化,不同掺量的掺和料会对面分形维数产生不同影响,但相同掺量、不同掺和料的面分形维数却变化不大;面分形维数与强度呈反比,两者具有一定相关性,且相关系数一般在0.90以上,掺和料的活性与掺量会对上述相关性产生不同影响.     

含水层微观孔隙分形特征与渗透性关联研究

为了探索宏观渗透性能与微观孔隙结构之间的相关性,本文研究了宏观参数渗透率与微观孔隙分形特征之间的关系。在分析砂岩孔隙介质分形模型的基础上,以林南仓矿补勘孔含水层段的9个岩芯样本为研究实例,采用切片制样和SEM技术,扫描断面微观结构,辅以MATLAB计算SEM图像中微观孔隙结构参数、计算其分形特征参数D f,建立了渗透率与分形特征参数D f的理论关系,并利用该公式计算了渗透率的理论值。为验证理论关系的正确性,对样本渗透率参数进行了实测,对比实测值与理论值,误差小于10%,说明微观孔隙分形特征与宏观渗透性能之间确实存在相关性。结论:利用钻孔岩芯微观分形特征及文中理论公式获取宏观渗透性规律将是一条可以尝试的技术路线。     

孔隙分形修正的混凝土中氯离子扩散系数

在已有的氯离子扩散理论和孔隙分形理论的基础上,提出小孔的孔轴线分形维数表征氯离子扩散的曲折度、大孔的孔表面分形维数修正孔隙率,并推导得到基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数模型。通过分析龄期为14 d 和28 d 不同配比混凝土的基于孔隙分形的氯离子扩散系数模型的计算结果和快速氯离子扩散试验（ASTM C1202）电通量,发现两者之间有良好的线性关系。采用基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数代入 Fick 第二定律的解析解,对试验后各组混凝土中不同扩散深度的氯离子浓度进行拟合,计算结果与实测值吻合情况较好。