水泥石的孔结构研究.pptVIP

水泥石的孔结构研究 水泥与水泥混凝土课题讨论 学 院：公路学院 专 业：交通运输工程 组 次：第四组 小组成员：赵晓康 郭 蕊 杜小虎 郝清珍 刘 兵 孙岩平 袁 鹏 刘 斌 张小强 2012.05.07 基本概念 水泥混凝土是由粗骨料、细骨料、水泥水化产物、未水化水泥颗粒，游离水和结晶水等液体，以及气孔和裂隙中的气体所组成的复合胶凝材料。其中硬化的水泥混凝土中的数量不同、大小不等的气孔，包括成型时残留气泡、水泥浆体中的毛细孔和凝胶孔、接触处的孔穴及水泥浆体的干燥收缩和温度变化而引起的微裂纹等，它们都是混凝土显微结构的重要组成部分。一般认为原生的胶孔、毛细孔及早期非受力变形所造成的微裂缝等是混凝土原生固有缺陷，而这些缺陷是水泥混凝土总体宏观性能行为的根源。 研究内容 水泥石孔结构 孔隙率 孔径分布 孔形貌 孔结构包括三个方面的内容 ①孔隙率指整个水泥石结构中孔隙所占的百分比。 ②孔径分布是指不同孔径孔的分布情况，水泥石 中孔径分布的差异也会显著地影响水泥石的性能。 ③孔形貌即指水泥石中孔的形态。 孔结构研究进展 首先，在1980年第七届国际水泥化学会议上，F.H.Wittmann教授提出了“孔隙学”的概念，把混凝土中孔结构的研究范围扩展到了孔径分布( 或孔级配) 以及孔的形态等方面。 孔结构体形参数的测试技术 目前常用的水泥石孔结构测试技术包括：光学法、等温吸附法、X- 射线小角度散射法、压汞法等。 Kyoji Tanakaa 等选择镓（Ga）作为浸入液体，同时结合电子探针图象分析技术（EPMA）揭示孔的位置和形状。 M.K. Head 等采用激光扫描共焦显微镜来研究硬化水泥石细孔结构的3D 图象，光学分辨率可以达1μm，可以观察多孔的集料界面、微裂纹、毛细孔和气孔。 A.B.Koudriavtsev 等采用核磁共振技术研究孔隙率和孔尺寸分布。 此外，还有一些学者采用扫描电镜的背散射图象分析技术来研究孔结构。 孔结构的分形特征 美籍数学家曼德布罗特首先提出分形的概念。 随着研究的深入，有些学者采用分形理论来研究孔结构特征，揭示水泥石宏观物理现象的本质，不同的分形维数分别从不同角度来描述混凝土孔结构，对具体问题要分析哪些参数起主要作用，然后建立合适的分形模型，取得了很好的效果，如：唐明认为断面孔隙形貌的分形维数能直接用于描述孔隙的复杂程度；广西大学尹红宇 用孔隙体积分形维数和孔轴分形维数来揭示混凝土材料宏观物理现象的本质。华南理工大学韦江雄建立了分形模型来模拟水泥浆体的空间结构，推导出孔体积分形维数D 和孔隙率P、孔径分布的关系式。所以用分形科学分析评价混凝土材料一系列特征，研究材料的组成、结构与破坏机制，描述微观尺度下的精细结构、细观层次下的力学行为及宏观领域表现的自相似特征是十分有效的。 研究意义 水泥水化硬化之后所形成的硬化体（水泥石）, 是一种不均匀的多孔材料, 它胶结各种粗细骨料构成了现今最主要的建筑材料——混凝土。这种多孔材料的物理性能与其内部的孔结构有着非常密切的关系。例如: 水泥石孔结构能直接影响其强度、渗透性、抗冻性、耐蚀性、湿张干缩、蠕变以及热性能等一系列性能。同时, 外部介质对水泥石的作用以及水泥本身固有的反应, 都会引起其内部结构的变化。例如: 冻融循环、高温作用、环境温度的变化以及水泥自身水化的过程都能使水泥石孔结构产生显著的变化。因此研究水泥石孔结构具有十分重要的意义。 主要内容 本课题主要从以下五个方面对水泥石孔结构进行了研究 发展展望 一、水泥石孔级分类 孔级分类 F.H.Wittmann 最先把微观(Microscopic )、细观(Mesoscopic)和宏观(Macroscopic) 三个等级这三个尺度的研究应用到混凝土材料的研究中。 吴中伟院士在1973 年提出的孔级划分和孔隙率及其影响因素的概念，根据不同孔径对混凝土性能的影响，按孔径尺寸将其分为：无害孔、少害孔、有害孔和多害孔。 布特等人对混凝上的孔结构也曾做了大量的测试，按照孔径大小把混凝中的孔分为四级，分别为凝胶孔、过渡孔、毛细孔和大孔。 孔级分类 Jawed 等人对混凝土中的孔结构进行研究后，将孔结构划分为：大孔和毛细孔，而毛细孔又进一步划分为大孔、间隙孔和微孔。 日本的近藤连一和大门正机在第六届国际水泥化学会上从更微观层次提出将水泥石中的孔分为：凝胶微晶内孔、凝胶微晶间孔（凝胶孔）、凝胶粒子间孔（或称过渡孔）、毛细孔或大孔。 孔结构研究目的 研究孔结构的主要目的就是获得水泥胶凝材料的宏观性能（强度、抗渗性、抗冻性、耐久性等），建立孔结构——材料性能的