本申請涉及混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，更具體地說，它涉及一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土是支撐國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，其用量占三大基礎(chǔ)建材總量的90％以上。隨著國家重大工程逐漸向高原、深地、海洋等區(qū)域拓展，混凝土材料與結(jié)構(gòu)面臨高地?zé)?、大溫差、高鹽等極端服役環(huán)境以及地震、爆炸、臺風(fēng)等極端荷載作用的巨大挑戰(zhàn)，迫切需要混凝土材料兼具高力學(xué)性能和高耐久性能等顯著特性。然而，混凝土是一種多孔非均質(zhì)材料，孔結(jié)構(gòu)等微觀參數(shù)直接決定著宏觀力學(xué)性能和耐久性能的優(yōu)劣，獲取均質(zhì)細密、排列有序的孔結(jié)構(gòu)已成為混凝土材料性能突破的重要技術(shù)途徑，而先決條件就是可以精細表征孔結(jié)構(gòu)的空間分布和形態(tài)等關(guān)鍵信息。目前獲取和表征混凝土材料孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法有兩類，一類為壓汞和氣體吸附等傳統(tǒng)試驗測試方法，一類為ct、磨片等圖像重構(gòu)方法。這兩類方法最終都將獲得混凝土材料的孔徑分布曲線，并加工提取出等效孔徑、平均孔徑、最可幾孔隙等特征孔徑參數(shù)，但這些參數(shù)無法表征混凝土材料孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不規(guī)則性，尤其是孔徑形態(tài)與空間分布等內(nèi)部幾何特征，難以支撐混凝土材料的前沿研究。

2、申請?zhí)枮?01810059436.6的專利文獻“一種多孔混凝土孔隙率計算和孔隙參數(shù)表征方法”，公開了一種混凝土孔隙參數(shù)表征方法。該發(fā)明通過采用優(yōu)化設(shè)計的脆性材料剖面磨削箱室配合磨削刀具對混凝土材料試件進行固定間距的逐層干磨，拍攝試件的連續(xù)剖面圖像，進而利用圖像處理軟件重建混凝土孔結(jié)構(gòu)，計算孔隙率等參數(shù)。然而，該發(fā)明只是提供了混凝土孔結(jié)構(gòu)獲取過程中相對簡易的圖像處理方法，并不涉及混凝土孔結(jié)構(gòu)獲取后的精細表征。

3、申請?zhí)枮?02310463773.2的專利文獻“基于孔結(jié)構(gòu)隨機分形特征的再生混凝土氯離子擴散系數(shù)預(yù)測模型及其構(gòu)建方法和應(yīng)用”，公開了一種基于孔結(jié)構(gòu)分形特征的有效氯離子擴散系數(shù)模型。該發(fā)明基于menger?sponge模型原理，采用混凝土的相對孔隙率，構(gòu)建了再生混凝土的三維孔體積分形模型和二維孔道曲折度分形模型。首先，該方法僅通過理論假設(shè)提供了一種孔體積分形模型，難以對真實混凝土孔結(jié)構(gòu)進行準(zhǔn)確分析。其次，該方法僅基于相對孔隙率進行分析，無法剖析孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，更不涉及孔徑形態(tài)與空間分布等內(nèi)部幾何特征

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決混凝土孔徑分布的內(nèi)部奇異性以及均質(zhì)性表征難題，本申請?zhí)峁┮环N混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，實現(xiàn)孔結(jié)構(gòu)的孔徑形態(tài)與空間分布等內(nèi)部幾何特征精細刻畫，滿足了混凝土局部孔徑分布的均勻性、分散性、復(fù)雜性和連通性的深刻描述，為混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)調(diào)控、力學(xué)性能優(yōu)化以及耐久性能提升提供了分析方法。

2、本申請?zhí)峁┑囊环N混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，包括以下步驟：

4、(1)獲取混凝土孔徑分布數(shù)據(jù)，將其孔徑區(qū)間長度l按照二階縮尺法劃分為一組等間距ε的區(qū)間集合，獲得的區(qū)間數(shù)量為n(ε)，n(ε)＝2k，冪值k選值為[0，6]；

5、(2)對每組孔徑劃分區(qū)間i，通過獲取的孔徑分布數(shù)據(jù)vi計算獲取一個度量值pi(ε)，具體地：

6、

7、(3)引入廣義維度dq來定義局部孔徑分布特征，具體如下：

8、

9、d2＝2h-1

10、

11、其中的矩陣階數(shù)q是一個實數(shù)，為[-10，10]；

12、d1為分散指數(shù)，表征孔徑分布的集中和離散程度，d1最大值為1，越接近于1，說明孔徑分布越分散；相反，d1越小于1，說明孔隙越容易在某些狹窄孔徑區(qū)間聚集分布，也就是分散越不均勻；；

13、h為連通指數(shù)，表征孔徑分布在孔徑區(qū)間長度l內(nèi)的自相關(guān)性，其值變化范圍為0.5-1，h值越接近1，意味著孔徑分布具有強自相關(guān)性，也就是孔徑的連通性越差；

14、d0-d10為大孔分布均質(zhì)指數(shù)，表征孔徑大于等于10μm的孔隙分布波動趨勢；其值越小，說明大孔在孔徑劃分區(qū)間內(nèi)分布越均勻和均質(zhì)；相反，其值越大，說明大孔在孔徑劃分區(qū)間內(nèi)分布越不均勻；

15、d-10-d0為小孔分布均質(zhì)指數(shù)，表征孔徑小于10μm的孔隙分布波動趨勢。其值越小，說明小孔在孔徑劃分區(qū)間內(nèi)分布越均勻和均質(zhì)；相反，其值越大，說明小孔在孔徑劃分區(qū)間內(nèi)分布越不均勻。

16、進一步地，所述步驟(1)中，獲取混凝土孔徑分布數(shù)據(jù)的方法包括吸附類測試方法以及圖像重構(gòu)測試方法。

17、進一步地，所述吸附類測試方法中涉及的介質(zhì)包括液汞、氮氣、水蒸氣、二氧化碳、氬氣、氪氣中的一種。

18、進一步地，所述圖像重構(gòu)測試方法包括硬化混凝土氣孔分析測試、掃描電鏡中測試、ct測試中的一種。

19、綜上所述，本申請具有以下有益效果：

20、本申請所述的混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法是基于傳統(tǒng)吸附類或圖像重構(gòu)測試方法獲取的混凝土孔徑分布數(shù)據(jù)的深度分析，通過引入本申請的分析方法，提供了一特征函數(shù)dq來定義混凝土的局部孔徑分布特征，實現(xiàn)了混凝土內(nèi)部孔徑分布的分散性、均勻性、連通性和復(fù)雜性的細致刻畫，突破了傳統(tǒng)方法難以表征混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)幾何特征的復(fù)雜性和不規(guī)則性的局限，可用于指導(dǎo)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的精細調(diào)控，以便更一步提升其力學(xué)性能和耐久性能。

技術(shù)特征：

1.一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，其特征在于，所述步驟(1)中，獲取混凝土孔徑分布數(shù)據(jù)的方法包括吸附類測試方法以及圖像重構(gòu)測試方法。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，其特征在于，所述吸附類測試方法涉及的介質(zhì)包括液汞、氮氣、水蒸氣、二氧化碳、氬氣、氪氣中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，其特征在于，所述圖像重構(gòu)測試方法包括硬化混凝土氣孔分析測試、掃描電鏡測試、ct測試中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)分析技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種混凝土孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表征分析方法，包括以下步驟：(1)獲取混凝土孔徑分布數(shù)據(jù)，將其孔徑區(qū)間長度L按照二階縮尺法劃分為等間距ε的區(qū)間集合，獲得的區(qū)間數(shù)量為N(ε)，N(ε)＝2<supgt;K</supgt;，冪值k選值為[0，10]；(2)對每組孔徑劃分區(qū)間i，通過獲取的孔徑分布數(shù)據(jù)v<subgt;i</subgt;計算獲取一個度量值p<subgt;i</subgt;(ε)(3)引入函數(shù)D<subgt;q</subgt;來定義混凝土局部孔徑分布特征。D<subgt;1</subgt;為分散指數(shù)；H為連通指數(shù)；D<subgt;0</subgt;?D<subgt;10</subgt;為大孔分布均質(zhì)指數(shù)；D<subgt;?10</subgt;?D<subgt;0</subgt;為小孔分布均質(zhì)指數(shù)。本申請可以解決混凝土孔徑分布的內(nèi)部奇異性以及均質(zhì)性表征難題。

技術(shù)研發(fā)人員：資誼,王峻,張迪,陳俊偉,崔佳,劉巖,吉旭平,韓方玉,劉建忠
受保護的技術(shù)使用者：中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30