天然浮石混凝土孔结构对其抗压强度影响的研究

为了研究天然浮石混凝土孔结构对抗压强度的影响,采用核磁共振与压汞相结合对比进行,引入分形维数理论研究0.2μm以上的孔体积分形特征,建立分形维数与抗压强度、分形维数与孔隙率的关系模型.结果表明:天然浮石混凝土的孔结构特征与其抗压强度之间存在一定的关系;养护龄期7～28 d内,孔径大于0.2μm的有害孔分形维数增加,孔结构分布更加复杂,抗压强度变化较大;养护龄期28～90 d内,孔径大于0.2μm的有害孔分形维数变化很小,抗压强度变化也趋于平稳.     

粉煤灰-水泥浆体的孔体积分形维数及其与孔结构和强度的关系

采用压汞法对不同龄期粉煤灰-水泥浆体的孔分形结构进行了实验研究，测定了复合浆体孔体积分形维数，探讨了孔体积分形维数与孔隙率，孔表面积、平均孔径、孔分布及宏观力学性能的关系。实验结果表明：粉煤灰-水泥浆体的孔结构具有明显的分形特征，孔体积分形维数在3．3～3．5之间；孔体积分形维数越大，浆体的孔径越小、孔隙率越低，孔表面积越大，小于20nm的微孔越多，大于100nm的大孔越少，而且复合体系的抗压及抗折强度也越高。     

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。     

不同方式养护高强水泥基材料孔表面积分形维数与孔结构的关系

采用压汞法测定了不同龄期及不同养护方式的高强水泥基材料的孔结构,基于孔表面积分形模型计算得到了高强水泥基材料的孔表面积分形维数,并探讨了孔表面积分形维数与孔隙率、平均孔径、中值孔径、孔表面积、孔径分布及养护方式和龄期的关系。结果表明:高强水泥基材料的孔结构具有明显的分形特征,孔表面积分形维数在2.7~2.8之间;孔表面积分形维数与高强水泥基材料的抗压强度和孔隙率的相关性较差;孔表面积分形维数越大,高强水泥基材料的孔径越大,孔表面积越大,小于20 nm和大于100 nm的孔越少;随着龄期的增加,孔表面积分形维数增加;与标准养护相比,热水养护和蒸汽养护降低了孔结构的复杂性。     

镁橄榄石隔热材料孔体积分形维数特征

采用压汞法研究在熔盐介质中制备的镁橄榄石多孔隔热材料中孔的分形结构,测定了多孔隔热材料中孔的分形维数,探讨了孔的分形维数与孔隙率、孔分布及材料强度之间的关系。结果表明:熔盐介质中制备的镁橄榄石多孔隔热材料的孔结构具有分形特征,孔径4.6μm的样品中孔的分形维数不具有准确性,孔径4.6μm的样品中孔的分形维数具有规律性。烧成温度不同的样品中孔径4.6μm的分形维数波动在2.563 0~2.766 1之间,且分形维数越大,显气孔率越小,耐压强度越小。不同熔盐含量样品孔径4.6μm的孔体积分形维数在2.534 1~2.972 2之间,且分形维数越小,显气孔率越大。当分形维数大于2.535 7时,分形维数越小,耐压强度越大。     

不同水灰比、养护条件下混凝土孔结构、抗压强度与分形维数之间的关系

采用压汞法测试不同水灰比、不同养护条件下水泥砂浆的孔结构参数,计算它们的孔分形维数,并对分形维数与水泥砂浆的孔结构参数及所对应混凝土的抗压强度之间的关系进行了分析.试验结果表明:水泥砂浆孔结构具有明显的分形特征,孔分形维数在3.4～3.7之间,随着水灰比的增大,不同养护条件下,孔分形维数及孔结构的特征参数变化规律不同,但总体说来,随着分形维数的增大,孔结构劣化;分形维数与混凝土抗压强度之间呈负相关性,因此孔分形维数可作为评定材料孔结构的综合性指标,并在一定程度上反应混凝土宏观性能的相对优劣.     

气体有效扩散系数的分形模型

多孔介质中杂乱无序的孔分布结构特性显示了多孔介质具有孔分形结构。气体扩散在孔道中的分形模型是建立在分形理论和气体扩散特点的基础上。在考虑孔的大小分布、连通性分布和2种气体扩散机理的影响下,推导出了气体有效扩散系数和结构参数的关系。从参数分析中,可以得出有效扩散系数与孔的面积分形维数、孔隙率、联通数、气体自由扩散路径、孔最大最小直径比值成正比,与孔道迂曲度、迂曲分形维数成反比。通过实验数据与模型预测值对比验证了分形模型的正确性。     

水泥-石灰石粉胶凝材料孔结构多重分形特征以及与渗透性的关系

采用压汞法测试了水泥–石灰石粉浆体孔结构,基于热力学模型探讨了其多重分形特征以及与渗透性之间的关系。结果表明:水泥–石灰石粉浆体孔结构具有多重分形特征,阈值孔径至孔体积微分曲线上初次剧增对应的孔径之间(孔径范围Ⅱ)(过渡区域)不具备分形特征,孔径范围Ⅰ(小于孔径范围Ⅱ,小孔分形区域)和孔径范围Ⅲ(大于孔径范围Ⅱ,大孔分形区域)具有分形特征,前者的分形维数大于后者;随石灰石粉掺量增加,孔径范围Ⅰ和Ⅲ的分形维数分别提高和降低,并对孔径范围Ⅰ的影响更加明显;整个孔径范围的分形维数不宜用于分析渗透性,而应针对与渗透性相关的孔径小于临界孔径的范围进行分形,得到的分形维数能有效用于计算渗透系数,随石灰石粉掺量增加,该分形维数越大,渗透系数越大,且与渗透性有着良好的相关性。     

鄂尔多斯盆地延安组储层分形特征研究——以红河油田为例

压汞是研究致密储层孔喉结构的技术之一,它可以测定总孔体积、孔径分布以认识致密储层的孔喉结构。通过对红河油田延安组红河207、红河198等井的19组岩心开展压汞实验并结合分形理论的几何模型,lgs和lgr的线性相关系数在0.977～0.998之间变化,标准偏差0.06,说明延安组储层岩石孔隙具有良好的分形结构;计算的孔隙结构的分形维数在2.49～2.68之间变化,平均值2.60,标准偏差0.06。经研究发现孔喉分形维数与孔隙度、渗透率、相对分选系数、结构系数、平均孔喉半径有一定的相关性,说明在延安组层位中分形维数也可以作为表征储层孔隙结构特征的参数,对准确认识储层有积极意义。     

刚玉质浇注料孔结构的分形特征

分别以铝酸钙水泥和ρ–Al2O3为结合剂,制备了2种刚玉质浇注料。利用Menger海绵体模型和压汞试验数据,探讨了浇注料经不同温度热处理后的孔结构分形特征。结果表明:刚玉质浇注料的孔结构与结合系统关系不大,其临界孔径为1μm,显示出双重分形特征,微孔区间(≤1μm)的分形维数小于大孔区间(1μm)的;热处理温度对浇注料孔结构分形维数的影响比微粉填充的影响更为显著。在微孔区间,自由水蒸发导致的分形维数大于结晶水脱失导致的,并远远大于烧结导致的;在大孔区间,烧结导致的分形维数则大于气泡导致的分形维数。     

短切碳纤维对混凝土孔结构及特征的影响

为探究短切碳纤维(CFs)对混凝土内部孔结构微观特征的影响规律,制备体积掺量分别为0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.5%的短切碳纤维增强混凝土(CFC)试件,采用压汞法(MIP)分析各组试件内部孔结构特性,并引入分形理论对孔径分形规律展开进一步探讨。结果表明:掺入适量的CFs可有效降低混凝土总孔隙量和平均孔径,且掺量为0.1%时改善效果最佳;混凝土内部孔径具有显著的分形特性,各组试件ln(W_n/r²_n)、ln Q_n曲线拟合相关系数R²均在0.996以上,斜率可作为孔表面积分形维数(D_p);随着CFs掺量的增加,D_p先减小后增大,且D_p越大,平均孔径越大,进一步验证了CFs对混凝土内部结构的改善规律。     

Correlations between pore structure parameters and gas permeability of corundum porous materials

Corundum porous materials with different contents of calcium hexaluminate formed in situ were prepared using pure calcium aluminate cement as the calcium source. The surface fractal dimensions of the porous materials were calculated based on the experimental data of mercury intrusion. Correlations between pore structural parameters and the permeability coefficients k₁ and k₂ of the porous materials were then studied based on the grey system theory. The results showed that pores in the corundum porous materials have great fractal characteristics. The surface fractal dimension was a significant pore structural parameter that reflected the complexity of pore shape, pore surface, and pore-size distribution, which had the maximum correlation coefficient with the permeability of this type of porous materials. The apparent porosity and pore-size distribution had relatively high correlation coefficients to the permeability as well. Increasing the apparent porosity and the volume percentage of larger pores, and decreasing the volume percentage of smaller pores all benefited the permeability of the porous materials. In addition, the mean pore size and median pore size showed lower correlation coefficients to the permeability—especially for porous materials with a wide pore-size distribution.     

基于分形理论的油页岩有效扩散系数研究

以直径为1.6—2 mm柳树河油页岩为原料,采用扫描电镜法与氮吸附法得出油页岩吸附-脱附等温线,孔径分布曲线等;分析了油页岩内部孔隙结构,计算出孔道弯曲分形维数与孔隙面积分形维数,并研究油页岩内部的有效扩散系数。结果表明:油页岩吸附-脱附曲线属于Ⅲ型等温线,是一种典型的二端都开放的管状毛细孔型结构的多孔物质;其含有较发达孔隙,孔径分布为0.4—40 nm;油页岩孔道弯曲分形维数越小,孔道越平坦,孔隙面积分形维数为2.464;油页岩有效扩散系数与其内部结构和操作温度有关,温度越高,粒径越小,有效扩散系数越大。     

废弃纤维再生混凝土孔结构及碳化性能分形特征研究

以水灰比、再生骨料取代率、废弃纤维长度和体积掺量为设计变量,利用压汞试验及快速碳化试验,探讨了废弃纤维再生混凝土的孔结构、碳化性能的分形特征以及两者之间的关系.结果表明:废弃纤维再生混凝土孔结构具有显著的分形特征,废弃纤维的加入可阻止结构中有害孔的形成,改善废弃纤维再生混凝土内部的孔结构;纤维的加入可以提高再生混凝土的碳化性能,最优体积掺量为0.12%,碳化边界轮廓线的分形维数越小,对应的碳化深度越大;废弃纤维再生混凝土的碳化深度与孔隙体积分形维数之间存在相关性,随着孔体积分形维数减小碳化深度增大,根据孔隙体积分形维数来评价不同设计变量的废弃纤维再生混凝土碳化深度是可行的.     

On the relationship between pore structure and chloride diffusivity from accelerated chloride migration test in cement-based materials

In this study the electrochemical technique is applied to accelerate chloride ion migration in concrete to determine the chloride ions in anode cell, and the pore characteristic of the same mortars in concrete was obtained from the mercury intrusion porosimetry (MIP). The plain ordinary Portland cement and the constant aggregate with eight w/c ratios ranging from 0.3 to 0.65 were used. A good linear relationship between the steady-state migration coefficient and non-steady-state migration coefficient based on the same experimental setup and specimens was obtained. Both of the steady-state migration coefficient and non-steady-state migration coefficient were linearly related to the capillary pore volume and the critical pore diameter.     

Study on some factors affecting the results in the use of MIP method in concrete research

Effects of rate of pressure application and forms and type of sample on porosity and pore size distribution of concrete estimated through mercury intrusion porosimetry (MIP) are presented in this experimental work. Two different forms of concrete sample, namely, crushed chunks of concrete and small core drilled out from the concrete beam specimens, were used for this study. The results exhibit that the rate of pressure application in mercury porosimetry has little effect on porosity and pore size distribution of concrete. It is also demonstrated that small cores drilled out from large concrete specimens are preferable as samples for performing porosimetry test on concrete.     

锰渣对混凝土力学性能和耐久性的影响

采用基本的力学方法研究了不同掺量的锰渣对混凝土抗压强度和抗折强度的影响.并通过加速碳化试验和抗冻性试验探究了锰渣混凝土的抗碳化性能和抗冻性.采用压汞法技术探究了锰渣混凝土内部的孔结构.结果表明:当锰渣掺量大于10％时,随着锰渣掺量的增加,混凝土的抗压强度和抗折强度降低;掺加30％锰渣混凝土的抗碳化性能和抗冻性最差,碳化56 d时其碳化深度已达10.0 mm,冻融循环240次,其相对动弹性模量降低到0.71;碳化之后孔隙率降低,孔径细化,冻融循环导致孔隙率增大,孔径粗化.     

基于核磁共振技术分析生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土的微观结构与抗压强度

孔结构是混凝土微观结构中重要的组成部分,影响着混凝土的宏观性能,为了研究生活垃圾焚烧灰渣代替天然砂对混凝土孔结构和抗压强度的影响,通过核磁共振技术对生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土微观孔结构进行测试,分析了孔隙率和孔隙分布变化规律,并根据分形理论研究了孔隙分形特征,获得各孔径区间的分形维数与整体分形维数,并探讨了各孔径占比、孔隙率和分形维数与抗压强度之间的灰熵关联度。结果表明:随生活垃圾焚烧灰渣代砂率的增加,混凝土孔隙率增加,无害孔占比减小,抗压强度降低;分形维数随着生活垃圾焚烧灰渣代砂率的增加而减小,由于生活垃圾焚烧灰渣具有潜在的水硬性,随龄期的增长,分形维数呈增加趋势,同时孔隙结构得到了优化。灰熵关联度分析发现生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土整体分形维数和无害孔占比对抗压强度影响最大。