建筑材料与测试技术第四章

可以转变为： r=-2cos/p只要知道测孔压力，就可计算出此压力下进入的孔的最小半径。式中2cos一般近似地取-7500MPaA，则上式为： r(A)=7500/p 最小孔直径r是指：在压力p下，凡是大于r的孔中都已压进了汞。根据施加压力，便可求出对应的孔径尺寸，由水银压入量便可求出对应的孔体积。由此便可算出孔体积随孔径大小变化的曲线，从而得出多孔材料的孔径分布。而水银测孔仪由连续操作得出一系列不同压力下压入多孔材料的水银的体积，求出其孔径分布和总孔隙体积。二、混凝土孔隙分析常用表征参数 表征混凝土孔结构形态的参数通常有比孔容积、比表面积、孔径分布、孔隙率、平均孔径、孔形状、孔口密度、孔长度、孔颈比、孔曲率等，其中前4项是描述孔结构形态的主要参数。压汞试验得到的比较直接的结果是不同孔径范围所对应的孔隙量，进一步计算得到总孔隙率、临界孔径、平均孔径、最可几孔径(即出现几率最大的孔径)及孔结构参数等。 临界孔径(又称阀值孔径)的定义：压入汞的体积明显增加时所对应的最大孔径。在压力与压入汞体积的曲线上，临界孔径对应于汞体积屈服的末端点压力。其理论基础为：材料由不同尺寸的孔隙组成，较大的孔隙之间由较小的孔隙连通，临界孔是能将较大的孔隙连通起来的各孔的最大孔级。根据临界孔径的概念，该表征参数可反映孔隙的连通性和渗透路径的曲折性，在混凝土参数渗透性研究中，应用该表征参数较为合适。 最可几孔径是将dv/dlgr对lgr作图，曲线上的dv/dlgr峰值对应的孔径称为最可几孔径。当W/C=0.5时，最可几孔径约为1000A，达到多害孔的范畴，抗渗性结果也说明了这一点。这证明最可几孔径在说明混凝土抗渗性方面有重要的意义。 不同W/C最可几孔径分布 水灰比与渗透系数之间的关系平均孔径有多种计算方法，如平均分布孔径和等量孔径。三、混凝土压汞法影响因素 由混凝土孔径r和施加压力p之间关系的Washburn公式可知，混凝土测孔结果受诸多试验因素的影响，如接触角、水银表面张力、试样制备、试样种类、试样干燥技术和加压速度等。必须选择合适的参数值、合适的试样种类、干燥技术使最后测量的变异性最小。（1）干燥技术、接触角和表面张力的影响烘箱干燥技术可作为在MIP法中干燥试样的标准方法。检测材料、试样采用的干燥技术、水银的纯度等都会影响水银的接触角。采用烘箱干燥的试样，一般采用的接触角是117度。混凝土的表面张力不像接触角那样有较大的变化范围，只在0.473-0.485N/m之间很小的范围内变动，水银表面张力的选取对测孔结果影响较小，烘箱干燥试样的水银表面张力普遍为0.484N/m。（2）测孔体积数据的影响 测孔仪在高压下读到的体积V0不仅包括水银的浸入体积，也包括相当一部分仪器膨胀的体积Vcm、试样室中水银的压缩体积VcHg和试样本身的压缩体积Vcs(仪器膨胀导致仪器容纳水银的体积增加，这样读到的体积包括实际浸入的体积和附加体积)，为了得到实际的水银浸入体积Vm，必须从读到的体积中减去附加体积。修正仪器膨胀和水银压缩体积的原理通过运用空试样室读到的浸入体积对试样浸入体积进行修正。（3）压力数据的影响 试验时水银围绕试样，由于水银的静力水头，试样表面受到的压力随着深度的增加是逐渐变化的，不同深度受到的压力并不完全相等，可以进行修正。在50kpa以下影响较大，而在50kpa以上则对修正结果的影响很小。（4）表面张力随孔尺寸变化的影响随着水银弯曲面曲率半径的减少，水银表面张力也相应减少。假设是水银水平表面的表面张力，则考虑对水银弯曲表面的影响后的表面张力调整值为： =/(1+2b/R)水银弯曲面曲率半径与孔径直径的关系（5）试样数量的影响 MIP试验中试样室的最大尺寸与水银的最大浸入体积限制了试样的尺寸，故混凝土基本结构常用尺寸比试样尺寸大的多。同时由于混凝土材料内部的变异性，不同试样的MIP结果可能显示出非常大的差别，因此，为了使MIP测孔得到理想的结果，对检测混凝土试样的数量必须有相应要求。有95%可信度的试样数量要有6个，当试样数量为3个时，95%可信度的样品误差在25%以内。（6）混凝土试样制作对孔隙率和孔尺寸分布的影响 混凝土压汞试验中常采用直接钻孔芯样和混凝土压碎片，两种不同的混凝土试样有相近的水银浸入总体积，孔隙值差异很少超过8%，都能应用于MIP的试验研究。但从试样的代表性和减小变异性角度考虑，在混凝土上直接钻孔取样在研究混凝土孔隙率和孔尺寸分布是最合适的。压汞法在孔结构研究中的局限性 （1）MIP试验中水银浸入数据本身不能提供试样的孔尺寸分布信息，孔尺寸分布信息的产生时建立在假设的模型基础上的。水泥基复合才来中的孔隙有很高的卷曲，且孔的外形明显不同于Washburn公式模型假设的圆柱孔。混凝土中的实际孔形和模型假设的背离将会影响MIP孔尺寸分布的测量结果。 （2）孔尺寸、孔隙连续性和孔分布在控制气体、液体渗入混凝土方面有至关重要的作用，但MIP方法不能提供孔形和位置的确切信息。为了从MIP中得到孔形和位置的信息，水银需要保持在孔隙中，但卸压后水银排出。 （3）压汞法模型假定：在一定压力下水银充满给定横截面直径的圆柱孔并假定水银可以进入。但在水泥浆试样中仅少部分与周围水银直接接触的孔在承受压力时对水银是完全开放的。但孔隙可能具有墨水瓶孔的形状，试样内部的孔需要通过其它孔才能到达。 当压力达到对应于大孔直径的P1时，大孔将充满水银，而小孔不充满水银，直到达到更高的小孔对应的压力P2。这种排列的孔系统，完全符合MIP模型假设的需要，它能使水银浸入曲线正确转化为孔尺寸分布曲线。然而这种孔系统在水泥浆里发生的可能性小。 （4）水银测孔的总孔隙率值不同于其它技术得到的值，一般水银测孔得到的值要小于真实的值，因为有些孔太小或是孤立的，水银不能完全浸入。四、汞压力测孔的方法汞压力测孔的目的是量测出在一定压力下压进某孔级的汞体积。目前有三种方法量测汞压入体积：电容法、高度法和电阻法。三种方法都使用结构相似的膨胀计。电容法 将毛细管外镀一层金属膜作为一个极，毛细管内的汞作为另一个极。随着测孔压力增加，汞被压入孔内，而在毛细管中汞面下降，电容减小。量测这种电容的变化，根据其与压入汞的体积的关系，可计算出某级孔径范围中孔的体积。这种方法的膨胀计不易制作，但不受温度影响。高度法用毛细管中汞面下降的高度来反映水银体积的变化，即孔体积的变化：VH=KHH。H是汞高度的变化，KH为汞高度变化与汞体积变化的比值。这种方法要求毛细管内径尺寸和H的量测精度很高。电阻法当毛细管中汞体积变化时，膨胀计中铂丝的电阻值也发生变化。只要测出R(铂丝的电阻值)、t(温度)、p(压力)即可得出孔径分布曲线。三、汞压力测孔对试样的要求和处理1.取样试样要有代表性。对于混凝土材料，必须是净浆。取样不能用打击的方法，以免产生二次孔缝。水泥净浆试样可用222cm的小试样。为了避免成型时由于泌水而使孔结构不均匀，应选择成型方向上中部采样(应去除表面)。取样时用锐利的刀劈去不要的部分，再用剪刀将试样剪成小块。小块的尺寸视孔结构状况而定。如果试样大孔较多，则试样大小可为6-7mm，最好是3-4mm。取样量一般为3g左右。2.试样处理取样后用丙酮立即浸泡以停止水化，一般应浸泡一昼夜以上。取出后在空气中使丙酮充分挥发掉，放入干燥箱中干燥。干燥的方法最简单的是在105 的烘箱中烘干。测试前将样品在90以下烘箱内烘4-5小时以上，如有真空加热干燥箱则更佳。同一批试验样品应保持同一