多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响研究

目的在分形理论的指导下,以压汞测孔为基础,探索混凝土结构形成条件与其分形特征,尤其是冻融循环后的混凝土孔隙分形特征.方法计算并分析了不同水化龄期下普通水泥和硫铝酸盐水泥孔隙分形特征的变化,研究了水泥熟料单矿物组成的孔隙分形维数.用压汞测孔的试验结果计算分析了混凝土冻融循环前后分形维数的变化.结果在180d以内水泥石的孔隙的分形维数随龄期增长而增大,在龄期为360d时,虽然总孔隙率最低,但由于水化物结晶度提高,凝胶孔含量降低,毛细孔增多,其分形维数变低;硫铝酸盐水泥水化3d～14d期间,分形维数不断增高,28d维数回落,与硅酸盐水泥长龄期的特征一致.结论在水泥熟料单矿物水化硬化孔分布特征评价中,其分形维数大小顺序为C3S>C2S>CF>C3A.C40强度等级的混凝土和C60非引气混凝土冻融循环200次后与受冻前孔隙分形维数相比有明显的变化,C100非引气混凝土冻融循环1200次后,其分形维数有明显的变化,而引气后的C60混凝土经1200次冻融循环后,其分形维数无明显变化.此外,养护条件对水泥石孔隙分形特征也有明显的影响.采用分形理论分析评价多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响是十分有效的.     

压汞测孔评价混凝土材料孔隙分形特征的研究

用混沌分形理论结合压汞测孔技术,直接测试评价了混凝土材料孔隙的显微结构特征,计算出了对应的分形维数,并对普通混凝土与掺超细粉煤灰的混凝土孔隙的分形特征进行了比较。研究表明,硬化后混凝土材料孔隙的显微结构的几何特征采用形理论分析评价是十分有效的掺超细粉煤灰的混凝土不仅具有粗孔细化的效果,而且,孔隙的分形特征也有了明显的改善。     

混凝土材料宏观结构形貌的分形解析

从分形集与分形空间的属性,分析了混凝土材料宏观结构形貌的分形特征,用改变粗视化度的测试方法,测试了石子最大粒径较小的泵送混凝土和粒径较大的干硬性混凝土断面集料边界的分形维数,用盒计数方法测试了两种混凝土的断面集料状态、碱集料反应裂纹以及公路桥梁冻害后的裂纹的分形维数.研究表明,石子最大粒径较小的泵送混凝土集料边界分形维数较高,达到1 9232,粒径较大的干硬性混凝土普通混凝土集料边界分形维数较低,仅为1 4549,但其集料的盒维数较高,达到1 9817.碱集料反应裂纹以及公路桥梁冻害后的裂纹均具有非常显著的分形特征,用分形解析描述混凝土这一宏观结构特征是十分有效的方法.     

混凝土断裂面的复型重构及其分形特征的评价

用高强石膏直接在混凝土断裂试件表面复型的方法，短时间内即可准确获得相应三维形貌的断裂表面，经高精度的分割和无破损直接接触测试，确定了多组试件相应的混凝土断裂表面的分形维数，根据分形理论，分析评价了混凝土断裂表面的分形特征．研究表明，混凝土断裂表面具有很好的自相似特征，可以用分形几何理论和方法指导其分形特征的测试和评价，石膏复型方法具有快速取样，便于高精度分割和无破损直接测试，避免了小岛法加工难度大，失误无法弥补的缺点，也避免了激光法言区对重构断面精度的影响，测试精度高，接触式测试误差只有0．002mm，同时，可以直接统计计算出断裂面的真实面积，为探索混凝土断裂面分形特征与断裂行为之间的内在规律，为建立相关的数学模型提供了重要的依据．     

测度关系法评价水泥基材料孔隙SEM分形特征

目的以测度关系法对混凝土孔隙的SEM图像分形维数进行精细测量和计算,分析其孔隙分形特征.方法以砂浆中集料界面区域孔隙SEM照片为例,用测度关系法、分别以250 nm和200 nm,125 nm和100 nm不同尺度的网格测试评价界面孔隙的分形维数,与改变粗视化方法进行比较.结果传统的改变粗视化程度的方法与网格边长的关系太大,网格边长受测试条件的限制,导致误差过大,而采用测度关系法计算SEM图像孔隙显微结构分形维数比较可靠.采用测度关系法用边长差异为50 nm网格测试其孔隙分形维数为1.293 5,用边长差异为25 nm的网格测试的孔隙分形维数为1.280 9,误差只有0.012 6;当考虑中间水化产物时,用边长差异为50 nm网格测试其孔隙分形维数为1.577 3,用边长差异为25 nm网格测试的孔隙分形维数为1.570 1,误差只有0.0072;此外,考虑中间水化产物后,孔隙的分形维数增大,表明孔隙复杂程度明显增大.结论采用测度关系法计算分形维数比改变粗视化程度方法更为精细.分形理论分析评价多孔材料SEM图像孔结构分形特征是有效的,对于深入了解水泥基复合材料的内部微结构、提升性能、扩大应用具有重要意义.     

孔隙特征对泡沫混凝土基本性能的影响研究

研究孔隙特征对泡沫混凝土基本性能的影响,可以为轻质泡沫混凝土在建筑领域的应用提供理论依据。文章制备了9种不同的泡沫混凝土,采用SZ61体视显微镜观察泡沫混凝土样品孔隙,利用软件Image-Pro plus6.0计算泡沫混凝土孔隙孔径、孔表面积、孔圆度以及孔分形维数,研究泡沫混凝土孔隙平均直径、表面积、圆度及分形维数对表观密度和28 d强度的影响。结果表明:泡沫混凝土的表观密度和28 d抗压强度随孔隙孔径、孔表面积、孔圆度以及孔分形维数的增大而减小;泡沫混凝土的水胶会影响了孔隙的特征,当水胶比为0.4时,孔径、表面积和圆度变小,分形维数和泡沫混凝土的强度变大;泡沫混凝土孔圆度与泡沫混凝土的28 d强度有强的负相关性。     

激光仪下矿渣粉颗粒群分形特征的快速评价

用激光粒度分布仪快速测试立式磨超细加工的矿渣粉体的颗粒级配，应用分形理论分析评价了颗粒群的粒度分布特征，测试、计算了不同细度颗粒群的相应的分形维数，研究表明，超细矿渣粉颗粒群具有很好的自相似特征，在激光粒度分布仪下，根据分形理论可以迅速测试、计算出其粉体的分形维数，评价颗粒群的分形特征，为探索超细粉体细度特征与活性的内在规律和建立相关的数学模型提供重要的依据，颗粒群分形特征可以用于精细地评价超细粉体的细度和描述粉体颗粒群的复杂程度，活性测试表明，用分形维数评价的矿渣细度与其7d、28d活性具有很好的线性相关特征。     

压汞测孔评价磷渣-水泥浆体材料孔隙分形特征的试验

用混沌分形理论结合压汞测孔技术,直接测试评价了磷渣-水泥浆体材料孔隙的显微结构特征,计算出了对应的分形维数,并对普通水泥浆体与掺磷渣的水泥浆体孔隙的分形特征进行了比较;同时探讨了孔体积分维数与孔隙率、孔表面积、孔分布及磷渣掺量的关系.研究表明,磷渣-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2.4~2.8之间;掺磷渣的水泥浆体不仅具有粗孔细化的效果,而且孔隙的分形特征也有了明显的改善;在磷渣掺量大于30%时,其分维数、孔隙率与小于20 nm的微孔数有明显的突变性.     

多孔结构孔隙特征的分形研究

基于Menger海绵体分形模型和压汞实验原理提出了多孔结构体的孔隙体积分形维数、表面分形维数的算法,在此基础上推导了多孔结构比表面积的计算公式.研究发现,孔隙比表面积与孔隙率和孔隙的表面褶曲粗糙程度有关,孔隙比表面积需要用体积分维和表面分维两个独立变量表示.鉴于孔隙比表面积的测量比较困难,给出了表面分形维数的间接算法.     

不同煤级煤样的孔隙综合表征方法研究

煤的孔隙特征对于研究煤的吸附解吸特性、扩散性、渗透性以及瓦斯突出事故的发生机理具有非常重要的意义。为研究不同煤级煤样的孔隙综合分形特征,利用ASAP2020比表面积及孔径分布测定仪,在低温液氮的环境下,对不同变质程度的煤样进行孔隙测定,并利用FHH分形维数计算模型对实验数据进行拟合,得到各煤样不同孔径段的分形维数;同时利用各孔径段的孔隙体积比作为权值,对各个煤样不同孔径段的分形维数进行加权求和,得到各煤样的综合分形维数。将煤样的综合分形维数与其总孔隙体积进行比较分析,可知不同煤级煤样的孔隙具有明显的分形特征,其总孔隙体积越大,综合分形维数越大,孔隙表面越粗糙,孔隙分布则相对复杂。     

结合分形理论的水泥絮凝研究

目的对水泥絮凝进行定量化研究,找出其微观结构与宏观性质的联系.方法用“激光颗粒分布测量仪”测试了不同水泥絮凝颗粒的粒度分布,分析了各絮凝颗粒的分形特征,探讨了分形维数与水泥比表面积、净浆流动度的关系.结果水泥絮凝颗粒的粒度分布具有很好的自相似性,属于典型的无规三维分形体;且分形维数越大,比表面积越大,水泥净浆流动度越小.结论用分形维数对抽象的水泥絮凝粒度分布进行定量描述是可行的,从分形维数可以推断出比表面积和净浆流动度等宏观性质的变化趋势.     

Macroscopic and microscopic fracture features of concrete used in coal mine under chlorine salt erosion

The microscopic morphology and pore structure characteristics of concrete with composite admixtures(fly ash and mineral powder) after chlorine salt erosion were analyzed via scanning electron microscopy(SEM) and mercury injection porosimetry(MIP), providing the basis for the design and maintenance of concrete shafts in coal mines. The above-mentioned characteristics were compared with the macroscopic characteristic of concrete fractures under uniaxial compression. The results show that the macroscopic fracture characteristics of concrete under uniaxial compression change from longitudinal split fracture and oblique section shear fracture to conjugate cant fracture, and the degree of breakage increases.Interface cracks, cement paste cracks, spherical surface cracks, and aggregate cracks appear in concrete under uniaxial compression. In the early stages of corrosion, the original cracks which are obvious are repaired. When the corrosion becomes more serious, cement paste cracks appear, and the number of harmful holes increases while the number of harmless holes decreases. This study also reveals the relationship between the macroscopic properties and microscopic structure of concrete under chloride salt erosion. Finally, the paper preliminarily discussed the relationship between the macroscopic properties and mesoscopic characteristics of concrete under chlorine salt erosion.     

Investigation of the Interfacial Transition Zone between Aggregate-Cement Paste by AC Impedance Spectroscopy

Three different types and sizes of coarse aggregate were chosen,and the alternating current(AC) impedance of cement paste samples with and without aggregate was measured at different curing ages.Based on Song's equivalent circuit model,the electrical properties from the AC impedance results were obtained,and the resistance of connected pores RCCP was used to characterize the microstructure of the interfacial transition zone(ITZ).The results show that the RCCP of concrete sample with aggregate is lower than that of cement paste sample,which indicates that the introduction of aggregate in cement paste makes the ITZ porous.Furthermore,for the same type of aggregate,an increase in particle size leads to a more porous ITZ,which accounts for the "water effect" and a larger aggregate would accumulate a thicker water film around it.In addition,for the same size of aggregate,the physical interaction between aggregate and cement paste is dominant in early age,and the microstructure of the ITZ around limestone aggregate is denser,which mainly depends on its rough surface and high water absorption.However,the microstructures of the ITZ around granite and basalt aggregates are denser in later age,which may be due to their higher chemical activity,and the chemical interaction between them and cement paste resulting in the generation of more hydrates.AC impedance spectroscopy thus proves to be powerful for evaluation of the microstructure of the ITZ.     

再生细骨料及其混凝土的微观结构特征

采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度和氮吸附等微观测试方法研究了再生细骨料及其混凝土的微观结构特征.研究结果表明:再生细骨料是一种组成复杂的、具有一定水化活性的和高渗透性的人造骨料,其主要矿物相为SiO2、CaCO3以及少量的C2S.再生细骨料混凝土内部水泥石孔隙较多,结构密实性较差,同时其与再生细骨料间存在较为明显的界面过渡区,该界面过渡区宽度较大,且界面过渡区两侧的骨料和水泥石的显微硬度均较低.再生细骨料的多孔结构,以及再生细骨料混凝土内部水泥石和界面过渡区微观结构缺陷是导致其大孔增多的主要原因,大孔的增多会对混凝土抗渗性产生不利影响.     

集料-水泥石界面对混凝土损伤断裂性能的影响

通过不同的界面处理工艺改变混凝土中集料-水泥石粘结强度,研究集料-水泥石界面对混凝土单轴受压应力-应变全曲线、四点弯曲断裂能和裂缝扩展模式的影响规律.研究表明:集料-水泥石界面对混凝土的强度和韧性具有一定的影响,强化集料-水泥石界面可以提高混凝土的抗压强度,但却降低其韧性;弱化粗集料-水泥石界面,会明显降低混凝土的强度和变形能力;而弱化细集料-水泥石界面能提高混凝土的断裂能和延性指数,原因是细集料表面的初始缺陷将宏观分离裂缝诱导为均匀分布于砂浆基体中的弥散裂缝,增加了有效裂缝长度,同时也增大了断裂过程区,从而改善了混凝土的延性.     

特细砂高强混凝土的微观结构测试与研究

本文用细度模数为０．５６的特细砂配制２８天抗压强度达８０ＭＰａ，抗渗透压大于４．０ＭＰａ，收缩徐变小的高强混凝土进行了孔隙结构，水化产物，水泥石有料界面过渡区显微硬度测试和研究。     

水泥基粉体颗粒群分形几何密集效应模型

目的用分形理论分析水泥及超细矿物粉体颗粒群的分形特征,建立水泥基粉体颗粒群分形几何密集效应模型.方法通过比较传统粉体最紧密堆积经典理论中的最大密度理想集配曲线,根据分形理论,推导粉体颗粒群密集效应模型,并与传统的Andreasen方程最紧密堆积模型比较.结果研究表明,当分形维数为2.515时,分形模型与传统的Andreasen方程中的U（Dp）=100（Dp/DpL）^1/2相符,当分形维数为2.697时,分形模型又与Andreasen方程中的U（Dp/DpL）=100（DpL）^1/3相吻合.结论水泥基粉体颗粒群分形几何密集效应模型是有效的,分形特征方程与Dinger-Funk方程结构是一致的,分形方程给出了指数的具体意义.传统Andreasen方程可以作为分形模型的特例.分形模型对进一步探索超细粉体对高性能混凝土材料密实效应的内在规律提供了重要的理论依据.     

Effect of crushed air-cooled blast furnace slag on mechanical properties of concrete

Morphology characteristics of mix aggregates with crushed air-cooled blast furnace slag(SCR) and crushed limestone(LCR) with 5-20 mm and 20-40 mm gradation were represented by numerical parameters including angularity number(AN) and index of aggregate particle shape and texture(IAPST).The effect of mix aggregates containing SCR on compressive strength and splitting tensile strength of concrete was investigated.Fracture characteristics of concrete,interfacial structure between aggregates and matrix were analyzed.The experimental results show that porous and rough SCR increases contact area with matrix in concrete,concave holes and micro-pores on the surface of SCR are filled by mortar and hydrated cement paste,which may increase interlocking and mechanical bond between aggregate and matrix in concrete.SCR can be used to produce a high-strength concrete with better mechanical properties than corresponding concrete made with LCR.The increase of AN and IAPST of aggregate may enhance mechanical properties of concrete.