专利名称：一种测定水泥基材料孔结构的热孔计法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定水泥基材料孔结构的方法，尤其涉及热孔计法测定水泥基材料的内部微孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布等。
背景技术：
混凝土结构的各种劣化过程如冻融、碳化、渗透、钢筋锈蚀等化学和物理过程，均主要涉及两个主要的影响因素水及其混凝土中孔或裂缝，其中孔及其它的结构特征是影响混凝土耐久性的主要因素之一。目前，已有各种测定孔结构的可行方法都应用于水泥基材料。但热孔计法作为一种新兴的孔分析技术。因其饱和样品避免了真空所造成的微观结构变化，且在适当冻融次数内，可忽略冻融破坏影响等优势，现已用于二氧化硅，二氧化钛，弹性体等孔研究，并被认为是唯一能有效分析脆性、软性材料和水凝胶孔的方法。但由于这种技术尚未进行系统研究，从而未能广泛使用，尤其在水泥基材料中的应用研究甚少。热孔计法不仅可对直径为
IOOnm的微孔进行尺寸、形状和连通性的定性分析，还能定量分析孔隙率，孔径分布，因此值得将其用于水泥基材料的孔研究。国外，将热孔计法应用到水泥基材料孔研究领域还很少。仅美国学者对水泥基材料孔结构进行了初步研究。直到最近，国内还没有见到热孔计法测水泥基材料孔结构的报道。
发明内容
本发明采用热孔计法(也称为热力学孔计法)通过差示扫描量热法(DSC)研究水泥基材料孔结构，尤其是热孔计法测定水泥基材料的微孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布等，目的是利用水在孔中结冰的热力学原理，将热孔计法应用于研究水泥基材料中， 是一种避免样品受损，解决其他测孔技术不精确的有效方法。为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案先从热力学角度，完善热孔计法在理论中的不足，提出一种新的表征水泥基材料孔结构的计算模型，最后将考虑到水泥基材料自身特点，建立起热孔计法测定水泥基材料孔结构的方法。介于实验仪器的有限性，对热孔计法进行了实验因素的研究，如实验温度范围、样品质量适宜范围、制样方法和升降温速率的取值范围等。1.理论部分热孔计法TPM主要是利用孔溶液的结冰过冷度及物相固化焓变来建立孔径与孔体积关系，从而对多孔材料的孔结构特征进行分析。本发明热孔计法原理从水相变、水泥基材料孔溶液相变及物相焓变理论进行说明。1.1水相变理论在不同温度和压力下，水分别以气-液-固三相存在，如
图1。0点为水的唯一三相平衡点；OC与OA之间区域为液相；OC与OB之间区域为气相；OA与OB之间区域为固相。当温度或压力变化使水无法达到成核势能要求时，水会出现过冷现象，如图1中0C’过冷平 衡曲线。1.2水泥基材料孔溶液相变理论由于水泥基材料孔溶液所受压力与固/液界面曲率有关。根据GilAs-Thomson公 式Eq. (1)可间接建立起液体三相平衡点与固/液界面曲率K CL的关系
权利要求
1. 一种测定水泥基材料孔结构的方法，包括测定水泥基材料的内部微孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布中的一种或多种，具体包括如下步骤(1)将水泥基材料样品干燥至恒重并称其重量md；测定水泥基材料样品的总体积V# ；(2)将干燥后的样品放入去离子水中，经过真空水饱和处理后备用；(3)将样品置于差示扫描量热仪的坩埚中进行DSC测试，得到样品温度T与对应热流量 P的数据，根据焓变W = P/v，其中ν为升降温速率，样品孔中水的过冷度ΔΤ = T，得到样品孔中水的过冷度Δ T与对应焓变W的数据；所述DSC测试的控制条件为DSC测试包括升温阶段和降温阶段，升降温速率恒定，且升降温速率ν均控制为10 0. 15°C /min中的任一值；其中，样品温度T的最低温度Tmin不高于样品内部所有孔中的水完全结冰的温度，对应的ATmin = Tmin，最高温度Tmax不低于样品内部所有孔中的水完全融化的温度，对应的ΔΤ_ = Tmax，T的单位为摄氏度；(4)根据式(5)，得到过冷度△T与对应冰体积Vice的对应关系2.如权利要求1所示的测定水泥基材料孔结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述样品温度T的范围控制为-80°C +10°C。
3.如权利要求1所示的测定水泥基材料孔结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述样品温度范围控制为-40°C 5°C。
4.如权利要求1所示的测定水泥基材料孔结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述升、降温的速率范围均控制为0. 3 3°C /min。
5.如权利要求1所示的测定水泥基材料孔结构的方法，其特征在于，步骤⑴中，所述水泥基材料样品干燥前先制成片状。
6.如权利要求1-5任一所示的测定水泥基材料孔结构的方法在水泥基多孔材料测定和分析中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种测定水泥基材料孔结构的方法，尤其涉及热孔计法测定水泥基材料的内部微孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布等。本发明先从热力学角度，完善热孔计法在理论中的不足，提出一种新的表征水泥基材料孔结构的计算模型，最后将考虑到水泥基材料自身特点，建立起热孔计法测定水泥基材料孔结构的方法。与其他方法相比，本发明的测试方法避免了真空所造成的微观结构变化，使热孔计法不仅可分析微孔的孔总体积、微孔形状、孔隙率和孔半径分布，还可以模拟出水泥基材料中冰与温度的对应关系；这可用于进一步解释水泥基材料在低温下的力学和热学性能变化机理。
文档编号G01N25/20GK102288640SQ20111023347
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者张楠, 蒋正武 申请人:同济大学