硬化水泥浆体气体渗透特征研究

渗透性直接决定了有害物质在混凝土等水泥基材料中的传输速度,是影响混凝土耐久性的关键指标。基于水泥浆体三维孔隙结构和压汞试验数据,分别采用Katz-Thompson方程和格子Boltzmann方法模拟计算水泥浆体试样的渗透率,并与气体渗透测试结果进行对比,其结果表明:硬化水泥净浆气体渗透率测试结果为3.82×10^-18~7.29×10^-18 m²;Katz-Thompson方程的预测结果仅具有数量级的准确度,不能真实准确地预测水泥浆体孔隙结构的渗透率;格子Boltzmann方法能够准确地预测水泥浆体的本质渗透率,为4.88×10^-19~15.48×10^-19 m²;气体渗透测试结果比模拟结果高约2~10倍,表明水泥浆体中毛细孔依然是渗透的主要路径,而气孔和微裂缝仅在局部起到了提高气体渗透率的作用。     

碳化对混凝土微观结构的影响

碳化不仅会引起混凝土pH值下降,还会引起硬化水泥浆体孔径分布和孔隙率的变化,进而影响有害离子在混凝土中的扩散进程.研究碳化对混凝土微观结构的影响具有重要意义.通过汞压力试验和扫描电镜试验研究了混凝土碳化前后的孔隙结构及微观形貌的变化.研究结果表明:碳化引起混凝土总孔隙率的下降,造成临界孔径和最可几孔径增大,硬化水泥浆体孔隙的连通性提高;混凝土碳化后,水化产物Ca(OH)2与CO2反应生成了大量CaCO3,Ca(OH)2晶体表面沉淀的碳化层受到扰动后形成了菱形面结晶,这种晶体之间存在较多的连通孔隙.     

硬化水泥浆体体积电阻和孔结构的关系

用交流阻抗技术研究了硬化硅酸盐水泥浆体体积电阻和孔结构的变化特征。结果表明:硬化水泥浆体的体积电阻在前7d增长迅速,7d龄期时,体积电阻已经达到了总电阻的60%～70%,水灰比对体积电阻增长率的影响也主要体现在前7d。根据硬化水泥浆体中连通孔隙和闭合孔隙的特点,提出了硬化水泥浆体固、液相的串并连模型,建立了体积电阻与水泥硬化浆体中连通孔隙和非连通孔隙的关系。基于该模型和压汞法测试的总孔隙率的计算表明:当孔隙率接近20%时,闭合孔隙在总孔隙中所占的比例急速提高;当孔隙率大于25%时,连通孔隙所占的比例明显增大。     

孔结构测试技术及其在硬化水泥浆体孔结构表征中的应用

分别概述了压汞测孔法、同步加速X射线层析扫描测孔法、核磁共振弛豫时间测孔法和核磁共振冷冻干燥测孔法.压汞测孔法能直接获取硬化水泥浆体孔结构第一手信息,孔隙结构换算时无需大量、复杂的模型和假定.利用此特点,结合新报道的测孔技术有望实现硬化水泥浆体孔结构表征技术的新突破;同步加速X射线层析扫描测孔法和核磁共振弛豫时间测孔法适合于表征介观尺度的孔隙结构,而核磁共振冷冻干燥法适合于表征微观尺度的孔隙结构.无论是核磁共振弛豫时间测孔法还是核磁共振冷冻干燥测孔法,水泥浆体中铁磁性物质的存在可能会对测定精度产生影响,需要进一步研究.     

透水混凝土冻融剥蚀成因分析

为探究透水混凝土冻融剥蚀是否来自水泥浆体劣化,选取2.5~10.0 mm粒径骨料,制备了水灰比为0.31的透水混凝土及同水灰比的水泥石,测量二者冻融循环下质量、强度及透水混凝土相对动弹性模量变化。采用压汞法(MIP)测量水泥石冻融循环下孔结构特征参数及孔径分布变化,并通过扫描电镜(SEM)观察透水混凝土骨料水泥界面形貌演变。结果表明,在水冻与盐冻环境下透水混凝土宏观性能指标均有不同程度下降,骨料水泥界面产生裂缝并随冻融次数增加不断扩展,而水泥石强度、质量及微观孔隙结构均无明显变化。这表明透水混凝土冻融劣化与骨料水泥界面劣化相关。     

碳化过程中大水灰比水泥浆体孔结构的变化(英文)

使用特殊的增黏剂与聚羧酸减水剂,制备了掺加石灰石粉、高炉矿渣、硅灰等混合材的普通波特兰水泥浆体和和低热硅酸盐水泥浆体(水粉比为1.0)。这些水泥浆体在20℃的水中养护4年后基本完全水化。这些硬化水泥浆体在5%(质量分数)CO2、相对湿度66%和温度20℃条件下进行碳化,对比研究碳化前后水泥浆体孔结构的变化。结果显示:碳化浆体内孔直径大于10nm的孔体积明显减少;碳化浆体的孔径分布向大孔径范围偏移;掺加混合材的硬化水泥浆体结构明显趋于松散;与不掺加任何混合材的水泥浆体相比,掺加混合材的水泥浆体的孔径更大。     

基于铸体薄片与高压压汞测试储层孔隙分布特点剖析

以鄂尔多斯盆地某区块山西组山2段为研究对象,结合扫描电镜与图像处理技术,开展铸体薄片观察和处理以及高压压汞法测试,并对其表征的孔隙分布特征进行了统计及差异化分析。对铸体薄片进行了平面孔隙特征分析,得到孔径分布特点,并与恒压压汞所得结论进行比较,发现二者的结论具有一致性。研究结果对铸体薄片法与压汞法综合表征孔隙结构具有较重要的实践指导意义。     

水泥基材料气体渗透模拟研究进展

混凝土的渗透性能及其影响因素是提高混凝土耐久性和密封性的基础和前提.本文综述了水泥基材料孔隙结构研究、渗透率的经验公式预测方法和基于孔隙结构的预测方法.现有文献表明:水泥基材料的气体渗透与孔隙结构尺寸密切相关,需要根据孔隙尺寸选择合适的渗透模拟方法;经验公式计算渗透率具有一定的便捷性,但其无法对各组分、各尺度孔隙结构的作用方式等问题进行分析;孔隙网络模型是真实孔隙模型的简化替代,但是没有充分考虑孔壁粗糙程度、边界滑移等因素对渗透率的影响;计算流体力学(CFD)以连续流动为前提,仅适用于微米级别的孔隙结构;对于水泥基材料中占比最多的纳米孔隙结构,则需要采用聚焦离子束/电镜扫描(FIB/SEM)等纳米级别技术获取其三维孔隙结构,并采用格子Boltzmann方法(LBM)等粒子运动方法进行渗透模拟,真实模拟水泥基材料的气体渗透现象.     

磨细粉煤灰对水泥浆体孔结构力学性能的影响

采用压汞法试验对不同细度和掺量粉煤灰水泥浆体的孔结构进行测试。采用有限元(ANSYS)数值模拟方法对磨细粉煤灰水泥浆体孔结构进行力学分析。探讨不同细度和掺量下粉煤灰水泥浆体的孔结构对其力学性能的影响。     

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。