專利名稱：一種測定水泥基材料孔結構的熱孔計法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測定水泥基材料孔結構的方法，尤其涉及熱孔計法測定水泥基材料的內(nèi)部微孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布等。
背景技術：
混凝土結構的各種劣化過程如凍融、碳化、滲透、鋼筋銹蝕等化學和物理過程，均主要涉及兩個主要的影響因素水及其混凝土中孔或裂縫，其中孔及其它的結構特征是影響混凝土耐久性的主要因素之一。目前，已有各種測定孔結構的可行方法都應用于水泥基材料。但熱孔計法作為一種新興的孔分析技術。因其飽和樣品避免了真空所造成的微觀結構變化，且在適當凍融次數(shù)內(nèi)，可忽略凍融破壞影響等優(yōu)勢，現(xiàn)已用于二氧化硅，二氧化鈦，彈性體等孔研究，并被認為是唯一能有效分析脆性、軟性材料和水凝膠孔的方法。但由于這種技術尚未進行系統(tǒng)研究，從而未能廣泛使用，尤其在水泥基材料中的應用研究甚少。熱孔計法不僅可對直徑為
IOOnm的微孔進行尺寸、形狀和連通性的定性分析，還能定量分析孔隙率，孔徑分布，因此值得將其用于水泥基材料的孔研究。國外，將熱孔計法應用到水泥基材料孔研究領域還很少。僅美國學者對水泥基材料孔結構進行了初步研究。直到最近，國內(nèi)還沒有見到熱孔計法測水泥基材料孔結構的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用熱孔計法(也稱為熱力學孔計法)通過差示掃描量熱法(DSC)研究水泥基材料孔結構，尤其是熱孔計法測定水泥基材料的微孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布等，目的是利用水在孔中結冰的熱力學原理，將熱孔計法應用于研究水泥基材料中， 是一種避免樣品受損，解決其他測孔技術不精確的有效方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案先從熱力學角度，完善熱孔計法在理論中的不足，提出一種新的表征水泥基材料孔結構的計算模型，最后將考慮到水泥基材料自身特點，建立起熱孔計法測定水泥基材料孔結構的方法。介于實驗儀器的有限性，對熱孔計法進行了實驗因素的研究，如實驗溫度范圍、樣品質量適宜范圍、制樣方法和升降溫速率的取值范圍等。1.理論部分熱孔計法TPM主要是利用孔溶液的結冰過冷度及物相固化焓變來建立孔徑與孔體積關系，從而對多孔材料的孔結構特征進行分析。本發(fā)明熱孔計法原理從水相變、水泥基材料孔溶液相變及物相焓變理論進行說明。1.1水相變理論在不同溫度和壓力下，水分別以氣-液-固三相存在，如

圖1。0點為水的唯一三相平衡點；OC與OA之間區(qū)域為液相；OC與OB之間區(qū)域為氣相；OA與OB之間區(qū)域為固相。當溫度或壓力變化使水無法達到成核勢能要求時，水會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，如圖1中0C’過冷平 衡曲線。1.2水泥基材料孔溶液相變理論由于水泥基材料孔溶液所受壓力與固/液界面曲率有關。根據(jù)GilAs-Thomson公 式Eq. (1)可間接建立起液體三相平衡點與固/液界面曲率K CL的關系
權利要求
1. 一種測定水泥基材料孔結構的方法，包括測定水泥基材料的內(nèi)部微孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布中的一種或多種，具體包括如下步驟(1)將水泥基材料樣品干燥至恒重并稱其重量md；測定水泥基材料樣品的總體積V# ；(2)將干燥后的樣品放入去離子水中，經(jīng)過真空水飽和處理后備用；(3)將樣品置于差示掃描量熱儀的坩堝中進行DSC測試，得到樣品溫度T與對應熱流量 P的數(shù)據(jù)，根據(jù)焓變W = P/v，其中ν為升降溫速率，樣品孔中水的過冷度ΔΤ = T，得到樣品孔中水的過冷度Δ T與對應焓變W的數(shù)據(jù)；所述DSC測試的控制條件為DSC測試包括升溫階段和降溫階段，升降溫速率恒定，且升降溫速率ν均控制為10 0. 15°C /min中的任一值；其中，樣品溫度T的最低溫度Tmin不高于樣品內(nèi)部所有孔中的水完全結冰的溫度，對應的ATmin = Tmin，最高溫度Tmax不低于樣品內(nèi)部所有孔中的水完全融化的溫度，對應的ΔΤ_ = Tmax，T的單位為攝氏度；(4)根據(jù)式(5)，得到過冷度△T與對應冰體積Vice的對應關系2.如權利要求1所示的測定水泥基材料孔結構的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述樣品溫度T的范圍控制為-80°C +10°C。
3.如權利要求1所示的測定水泥基材料孔結構的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述樣品溫度范圍控制為-40°C 5°C。
4.如權利要求1所示的測定水泥基材料孔結構的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述升、降溫的速率范圍均控制為0. 3 3°C /min。
5.如權利要求1所示的測定水泥基材料孔結構的方法，其特征在于，步驟⑴中，所述水泥基材料樣品干燥前先制成片狀。
6.如權利要求1-5任一所示的測定水泥基材料孔結構的方法在水泥基多孔材料測定和分析中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測定水泥基材料孔結構的方法，尤其涉及熱孔計法測定水泥基材料的內(nèi)部微孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布等。本發(fā)明先從熱力學角度，完善熱孔計法在理論中的不足，提出一種新的表征水泥基材料孔結構的計算模型，最后將考慮到水泥基材料自身特點，建立起熱孔計法測定水泥基材料孔結構的方法。與其他方法相比，本發(fā)明的測試方法避免了真空所造成的微觀結構變化，使熱孔計法不僅可分析微孔的孔總體積、微孔形狀、孔隙率和孔半徑分布，還可以模擬出水泥基材料中冰與溫度的對應關系；這可用于進一步解釋水泥基材料在低溫下的力學和熱學性能變化機理。
文檔編號G01N25/20GK102288640SQ20111023347
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權日2011年8月15日
發(fā)明者張楠, 蔣正武 申請人:同濟大學