基于Mapping图像分析的硫酸钠侵蚀水泥基材料中硫元素分布规律

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公路工程水水泥抗硫酸盐试验检测技术

公路工程水水泥抗硫酸盐试验检测技术摘要：在建筑工程中，水泥混凝土是其重要组成部分，其性能直接关系到建筑物的安全与稳定。

硫酸盐腐蚀是影响水泥混凝土安全运行的重要危险因子。

因此，在现有的研究基础上，需要结合有关实验方法和实验资料，采取行之有效的技术措施，改进和提高水泥混凝土的性能。

关键词：公路工程；水泥混凝土；抗硫酸盐引言硫酸盐腐蚀是影响建筑物安全和质量的重要因素，因此，如何有效地处理硫酸盐腐蚀已成为目前建设中的一个重要课题。

通过水泥混凝土的耐硫酸盐腐蚀实验，探讨了硫酸根对混凝土腐蚀的影响。

提高水泥的耐硫酸盐腐蚀能力，使其在建筑施工中得到更好的应用，从而保证结构的稳定。

一、硫酸盐侵蚀水泥混凝土的基本原理（一）钙矾石结晶钙矾石晶体腐蚀是一种常见的腐蚀形式，它对混凝土结构的损伤很大。

硫酸盐与水泥混凝土中的 Ca (OH)2反应，得到硫酸钙（CaSO4·2H2O)；水化作用下，水泥混凝土中的铝酸钙与硫酸钙发生反应，从而得到了高硫酸盐水化硫铝酸钙。

硫酸盐腐蚀会在混凝土结构的内部空隙中产生钙矾石，而钙矾石则会使水泥混凝土产生固体体积膨胀，从而导致混凝土裂缝，破坏混凝土的内部结构。

一般而言，硫酸盐的浸蚀强度是由钙矾石的结晶扩展量决定的。

此外，随着硫酸盐酸度的升高，钙矾石的结晶性腐蚀也会加剧。

（二）石膏结晶在硫酸盐浸渍作用下，当SO4浓度达到一定程度时，会出现钙矾石和石膏晶体，在形成石膏晶体时，使原有的固相结构发生变化，导致水泥混凝土的内部结构受到破坏。

（三）物理侵蚀由于硫酸盐的浓度太高，会导致水泥混凝土的结晶析出，形成结晶，在水泥混凝土的孔隙中会发生膨胀，并在一定程度上形成结晶压力，如果结晶的压力超过了抗拉强度，那么就会导致混凝土的内部结构受到损伤。

因此，要想提高水泥混凝土的抗硫化能力，就必须按照硫酸盐腐蚀的基本理论，进行有针对性的实验，从而了解硫酸盐腐蚀的反应机制，从而判断和分析水泥混凝土的抗硫化能力。

硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析

重性和不确定性难以用简单的数值模型表达，因而
基于试验数据回归分析建立的模型很难在工程中得到广泛的应用．年来，Ｐ神经网络技术为合理地近Ｂ
测定混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度．
试验分室温下腐蚀和亚高温水淬循环加速腐蚀
文章编号：０２—５３２０）４—０１１０６４（０７Ｏ０５一Ｏ３
硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ离子分布的神经网络预测分析
李晓克，杨晓明，赵顺波
（北水利水电学院，南郑州４０１）华河５０１
恒定，溶液每２个月更换一次．别在腐蚀龄期为且分１３６９１，，，，２个月时，出３个试件为一组，钻芯取用取样机在３个腐蚀试件腐蚀面中央部位钻取２个直径为２的芯样，０ｍｍ然后用ＳＪ一１０型低速金刚Ｙ５石切割机精确分层，一层２ｍ第二层３ｍ以第ｍ，ｍ，后每层５ｍｍ进行取样，水泥石研磨制备样品约将
式，即将试件的５个面（含成形面）用石蜡密封，仅留１个面直接与溶液接触，试件置于硫酸钠溶将
液中浸泡．硫酸钠溶液的浓度分别为０１％，．３
表示的输入、出之间的复杂关系，输比较容易处理形

硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析

第28卷第4期2007年8月华　北　水　利　水　电　学　院　学　报Journal of North China I nstitute of W ater Conservancy and Hydr oelectric PowerVol 128No 14Aug .2007收稿日期:2007-03-20;修订日期:2007-05-09基金项目:河南省杰出青年科学基金项目(0412*******).作者简介:李晓克(1975-),男,河南许昌人,华北水利水电学院副教授,博士,主要从事混凝土结构设计方面的研究.文章编号:1002-5634(2007)04-0015-03硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析李晓克,杨晓明,赵顺波(华北水利水电学院,河南郑州450011)摘　要:基于BP 神经网络算法,以硫酸盐侵蚀混凝土试验数据为训练样本,建立了考虑工作环境条件、硫酸盐溶液浓度、循环次数和侵蚀时间等影响因素的硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子沿侵蚀深度分布的内推与外推预测模型.经验证,该模型具有良好的预测效果,为混凝土结构的耐久性研究提供了新的途径.关键词:混凝土;硫酸盐侵蚀;BP 神经网络;内推预测;外推预测中图分类号:T U503 文献标识码:A 混凝土抗硫酸盐腐蚀性能是混凝土材料和结构耐久性研究的重要内容之一,混凝土中硫酸根离子浓度和分布规律的预测对混凝土结构耐久性设计具有十分重要的意义[1,2].由于混凝土抗硫酸盐腐蚀性能受到多种因素的影响,加之外界影响因素的多重性和不确定性难以用简单的数值模型表达,因而基于试验数据回归分析建立的模型很难在工程中得到广泛的应用.近年来,BP 神经网络技术为合理地定量分析多因素作用的复杂非线性问题提供了一种行之有效的方法[3].由于神经网络具有自适应、高度非线性及联想、记忆等特征,它通过对训练样本的学习、归纳,抽取蕴涵在样本内部难以用显性表达式表示的输入、输出之间的复杂关系,比较容易处理形象思维的联想、推理等问题.神经网络采用并行计算和分布式数据处理,本身具有全局性,比较适合对具有多影响因素和测量误差的实际工程问题的评估.因此,笔者探讨将BP 神经网络应用于多因素影响的硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布问题研究的可行性中,并建立硫酸根离子分布的预测模型.1　试验概况制作边长为100mm 的立方体试件,每组3个试件用于测定混凝土的强度指标,3个试件用于测定混凝土的浓度分布.混凝土配合比为水泥∶水∶砂∶石=1∶0.44∶1.29∶2.63.采用郑州金龙水泥股份有限公司龙源牌42.5级普通硅酸盐水泥,信阳河砂,最大粒径为20mm 的碎石.试件成形后标准养护28d,取出在室温下自然风干1个月后进行试验,测定混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度[4].试验分室温下腐蚀和亚高温水淬循环加速腐蚀2种,采取长期浸泡、蜡封控制试件进行单面侵蚀方式[5,6],即将试件的5个面(含成形面)用石蜡密封,仅留1个面直接与溶液接触,将试件置于硫酸钠溶液中浸泡.硫酸钠溶液的浓度分别为0.13%,5.00%,10.00%,硫酸根离子含量依次相当于850,35000,73000mg/L.室温下腐蚀试验将试件全部置于溶液中进行腐蚀.试验期间定期检测S O 2-4浓度,保持其浓度相对恒定,且溶液每2个月更换一次.分别在腐蚀龄期为1,3,6,9,12个月时,取出3个试件为一组,用钻芯取样机在3个腐蚀试件腐蚀面中央部位钻取2个直径为20mm 的芯样,然后用SYJ -150型低速金刚石切割机精确分层,第一层2mm ,第二层3mm ,以后每层5mm 进行取样,将水泥石研磨制备样品约20mg .分层测定其各层硫酸根离子百分含量.亚高温水淬循环加速腐蚀试验程序:①将试件放入G D /JS41型高低温交变湿热试验箱,在2h 内使温度由室温(20±2℃)匀速升至80℃,然后恒温6h;②将试件取出并立即置于20±2℃水中浸泡2h,然后取出在室温下静置2h;③重复上述步骤5次后,试验期间定期检测S O 2-4浓度,保持其浓度相对恒定,且溶液每2个月更换一次;④试件每浸泡一个月,重复进行上述步骤;⑤在腐蚀龄期为30,90,180,270,360d 时取芯,分层测定其各层硫酸根离子百分含量.2　硫酸根离子分布模型的建立及预测分析2.1　神经网络模型的建立输入层神经元数取决于影响硫酸根离子分布的因素,在此选取混凝土工作条件、硫酸根离子浓度、循环次数和时间、预测点距混凝土侵蚀面的距离等主要因素作为神经元的输入矢量,输出矢量为距混凝土侵蚀面某距离处的硫酸根离子浓度.为使网络性能得到提高,尽量使样本在0.2～0.8之间,对输入和输出变量进行归一化处理.采用含有一个隐含层的3层BP 神经网络,活函数主要有阈值型、线性型、S 型等,采用S 型的双曲正切函数,输出层神经元传递函数为S 型对数函数,利用Levenberg -Marquardt 算法对网络进行训练.根据Kol m ogorv 定理,初步确定隐含层结点数采用9个,并根据具体情况取隐含层结点数在5～12进行试算,择优确定结点数.对网络训练样本使用BP 网络进行分析与预测,采用内推与外推2种形式:以室温下腐蚀各龄期及亚高温水淬循环加速腐蚀1,3,6,12个月龄期混凝土中硫酸根离子分布实测数据为训练样本,内推式是用训练好的网络预测亚高温水淬循环加速腐蚀9个月龄期混凝土中硫酸根离子分布情况,外推式是预测12个月龄期混凝土中硫酸根离子分布情况.试验共有150组数据用于网络训练学习,限于篇幅仅列出39组,其中15组为室温下腐蚀样本,24组为亚高温水淬循环加速腐蚀样本,归一化处理后见表1.表1　网络学习训练样本输入单元输出单元输入单元输出单元输入单元输出单元00.00000.00000.95150.842401.00001.00000.95150.6587110.00001.00000.645400.00000.18180.87380.871401.00001.00000.87380.8260110.00000.95150.669400.00000.72730.87380.844410.00000.18180.95150.8014110.18180.87380.766700.00001.00001.00000.801410.00000.45450.87380.8560110.18180.58250.851000.49340.18180.95150.821410.00000.72730.87380.8487110.45451.00000.598100.49340.45450.95150.772010.00001.00001.00000.7634110.45450.95150.540800.49340.72730.95150.744810.49340.00000.67960.8510110.45450.48540.842600.49341.00001.00000.389810.49340.18181.00000.7081110.45450.38830.851500.49341.00000.95150.711410.49340.45451.00000.6728110.72731.00000.415901.00000.00000.77670.829410.49340.72730.48540.8576110.72730.95150.484801.00000.18181.00000.197510.49341.00001.00000.5314110.72730.19420.845701.00000.45450.77670.857410.49341.00000.48540.7878111.00001.00000.308801.00000.72730.77670.851410.49341.00000.29130.8603111.00000.95150.42482.2　人工神经网络的内推分析与预测经试算当隐含层节点数为8时,网络具有较高的精度.此时网络拓扑结构为4-8-1.在Matlab 环境下,通过编写有关程序语句,取训练精度为ε=0.001完成网络的训练及预报过程,BP 网络经过45次训练已经到达训练目标,网络训练结果精度较高,可以作为试验预报的模型.网络训练完成后,将内推分析样本提交给网络,对亚高温水淬循环加速腐蚀9个月龄期时混凝土中硫酸根离子分布情况进行预测,其结果进行反归一化处理后如图1所示.图1　预测与实测S O 2-4浓度随深度变化曲线(内推)可见,10.00%溶液浓度中,预测结果与实测结61　华　北　水　利　水　电　学　院　学　报 2007年8月果相比略偏小,但预测曲线的走势比较明确,与实测相符;5.00%溶液浓度中,实测结果有一定的波动,而预测结果不但走势好,而且曲线理想.说明通过人工神经网络方法的学习训练可以减少由于混凝土离散性等因素对混凝土中硫酸根离子分布实测值的影响.除4个数据相对误差较大外,其余网络预测结果的相对误差绝对值均未超过15.00%.预测值与实测值之比的平均值为1.007,标准差为0.115,模型预测精度满足工程精度要求,预测结果良好,可以用作内推分析.2.3　人工神经网络的外推分析与预测经试算网络具有较高的精度时网络拓扑结构为4-5-1.在Matlab 环境下,取训练精度为ε=0.001,BP 网络经过18次训练,已经到达训练目标,网络训练结果精度较高,可以作为试验预报的模型.将外推分析样本提交给网络进行预测,其结果进行反归一化处理后如图2所示.图2　预测与实测S O-24含量随深度变化曲线(外推)可见,10.00%溶液浓度中,除前两层预测结果偏小外,基本与实测曲线吻合;5.00%溶液浓度中,前两层预测结果也偏小,并且走势在最内层与实际有些偏差,但也基本能反映硫酸根离子含量随深度的变化关系;0.13%溶液中,预测结果良好.总体上,除极个别离散性较大外,其余网络预测结果的相对误差绝对值均未超过15.00%,且绝大多数都在10.00%以内,模型外推预测性能优于内推分析结果.这是由于前期数据相对比较充分,基本已经能够反映出后期硫酸根离子分布的走势,因此在这样情况下,预测结果比较理想.预测与实测值之比的平均值为0.985,标准差为0.139,模型预测精度满足工程精度要求,预测结果良好,可以用作外推分析.3　结　语为进一步增强网络结果的可靠性,还须收集更多的样本对模型进行训练,保证训练样本具有类比性、完备性、平衡性、复杂性,使样本能在一定程度上正确反映出模型的走势,并拓展模型的预测范围,增加其在工程实践中的适用性.参　考　文　献[1]中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组.混凝土结构耐久性设计与施工指南(修订版)[M ].北京:中国建筑工业出版社,2005.[2]张誉,蒋利学,张伟平.混凝土结构耐久性概论[M ].上海:上海科学技术出版社,2003.[3]姜绍飞.基于神经网络的结构优化与损伤检测[M ].北京:科学出版社,2002.[4]中国建筑科学研究院.G B /T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准[S ].北京:中国建筑工业出版社,2002.[5]城乡建设环境保护部.G BJ 82-85普通混凝土长期性能和耐久性试验方法[S ].北京:中国建筑工业出版社,1985.[6]杨晓明,赵顺波,李晓克,等.在亚高温循环作用下混凝土强度劣化规律试验研究[J ].港工技术2007,(2):8-16.Neura l Network Pred i cti on of Sulfa te 2i on D istr i buti on i n Concrete under Sulfa te Corrosi onL I Xiao 2ke,Y ANG Xiao 2m ing,Z HAO Shun 2bo(North China I nstitute of W ater Conservancy and Hydr oelectric Power,Zhengzhou 450011,China )Abstract:Based on BP neural net w ork methodol ogy,utilizing the experi m ental data of concrete under sulfate corr osi on as the training sa mp les,the models are p r oposed for inside and outside p redicting the distributi on of sulfate radical al ong corr osi on dep th in concrete under sulfate corr osi on,which considering the influence fact ors of the working conditi on,the concentrati on of sulfate radical in s olu 2ti on,the repeat ti m es and corr osi on ti m e .It is verified that the p r oposed model is of well f orecasting ability,and a new method is p r o 2vided f or durability study of concrete structures .Key words:concrete;sulfate corr osi on;BP neural net w ork;inside p redicting;outside p redicting71第28卷第4期李晓克等:　硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析。

硫酸盐侵蚀混凝土的困惑之处

硫酸盐侵蚀混凝土的困惑之处摘要：外部硫酸盐侵蚀仍然没有被完全理解。

部分一定义出相关问题，指出在仅仅硫酸盐和水化的水泥浆体发生化学反应以及混凝土破坏或性能衰退之间的不同见解和差异；只有后者能代表硫酸盐侵蚀。

进一步来说，硫酸盐侵蚀被定义为一种和硫酸根例子有关的衰退反应；假如这个反应是物理性质的，那么发生的是物理性的硫酸盐侵蚀。

关于这两种硫酸盐侵蚀的讨论导致推举出一个区别性的名词术语。

硫酸盐侵蚀对服役中的混凝土结构不是很广泛，实验室研究量视乎不成比例的大。

不同硫酸盐（硫酸钠、硫酸钙和硫酸镁）侵蚀的机理被讨论，包括局部化学反应和通过溶液的反应。

讨论了硫酸镁反应的具体方面，指出了实验条件下和暴露在外界坏境下的不同。

部分二讨论了硫酸盐侵蚀的进程和表现形式。

接下来是一个关于抵制硫酸盐侵蚀的讨论。

其中一个措施是使用V型水泥，这个主题被大量讨论。

同样地，还考虑到水灰比对硫酸盐侵蚀的影响。

这两个因素不是于其它一个独立的。

此外，在硫酸盐中的阳离子对V型水泥的效率有明显影响。

最近垦务局长期的和加速的测试的解释被评估，这意味着他们需要返工。

部分三回顾了结构暴露在硫酸盐下严重程度分类的标准和指南，指出对于丰富的暴露条件的分类缺少了准绳。

一个特殊的问题是土壤的分类，因为很多取决于土壤中硫酸盐的溢出率：这需要一个可行的标准。

讨论了土壤样品，这涉及到解释丰富多样的硫酸盐。

与基础有土壤连接的混乱的排水系统和伴随化肥使用的过度的灌溉的后果在这里被描述。

由于在混凝土中发生的时间，硫酸盐侵蚀是否发生可由抗压强度的改变确定。

由于分层损坏，抛弃这个方法和信任混凝土抗拉强度的判别作用都是错误的。

扫描电镜不应该是主要的，当然也不是第一的判别硫酸盐侵蚀是否发生的方法。

在未来数学模型是很有帮助的，但是在目前它还不能为结构中的混凝土的硫酸盐抵制提供指导。

考虑到未来的改善，部分四提出结论和对这个情形做出展望。

附录A包含了由各种法典和指南给出的在硫酸盐中暴露程度的分类。

背散射电子图像分析法在水泥基材料孔结构研究中的应用

背散射电子图像分析法在水泥基材料孔结构研究中的应用胡曙光;袁盼;王发洲;聂帅;刘云鹏;朱瑶宏;叶俊能【摘要】优化了背散射电子图像分析(BSE-IA)法在水泥基材料孔结构研究中孔隙阈值的确定方法,以降低主观因素影响,推导出统计所需图像最少张数的计算公式,分析了孔隙阈值确定方法和图像放大倍率对测试结果的影响,并将BSE-IA法与压汞法(MIP)测得的孔隙率结果进行对比.结果表明:选用灰度面积累计分布曲线的二次导数来确定水泥净浆孔隙阈值以及500倍背散射电子图像统计出的结果较为合理,工作量适中,而BSE-IA法较MIP法测得的孔隙率小,但BSE-IA法可以直接观察孔隙形态及分布,因此在表征水泥基材料孔结构方面具有独特优势.%To minimize the subjective factor in the application of backscattered electron imaging and image analysis(BSE-IA),a reliable method of pore threshold was proposed.Besides,the formula of minimum number of frames needed to determine the analytical result was deduced.The influence of determination methods of pore threshold and image magnification on the test results has been analyzed.The results showed that the test result of measurement by using the second derivative of cumulative distribution curve of grey area to determine the pore threshold and 500 magnification backscattered electron image was not only reasonable but also moderate pared with the results of mercury intrusion porosimetry (MIP),porosity measured by BSE-IA technique was smaller.But BSE-IA had a unique advantage in the characterization of pore structure of cement-based materials for that it can directly observe the shape and distribution of pores.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2017(020)002【总页数】5页(P316-320)【关键词】压汞法;背散射电子图像;孔隙阈值;微观结构;孔隙率【作者】胡曙光;袁盼;王发洲;聂帅;刘云鹏;朱瑶宏;叶俊能【作者单位】武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉430070;武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉430070;宁波市轨道交通工程建设指挥部,浙江宁波315012;宁波市轨道交通工程建设指挥部,浙江宁波315012【正文语种】中文【中图分类】TU528.041水泥基材料是一种典型的多孔材料，其孔隙分布错综复杂，孔径尺寸跨越微观和宏观尺度.孔结构不仅影响水泥基材料的强度，而且对其密实度和耐久性也有重要影响，因此孔结构的表征对水泥基材料基础研究具有重要意义.目前用于测量水泥基材料孔结构的常见方法有压汞法(MIP)、氮吸附法和甲醇吸收法等[1].在20世纪80年代，国外研究者首先开始将背散射电子图像分析(BSE-IA)法应用于水泥基材料孔结构研究[2]中.与其他同类研究方法相比，BSE-IA法具有可直观反映水泥基材料微观结构的优势.中国关于BSE-IA法的应用主要集中于水泥水化程度分析[3-4].王培铭等[3]指出在图像处理过程中主观因素影响较大，某种物相灰度值的确定在很大程度上取决于操作人员的主观判断，对于同一样品，不同研究者分析所得结果有所差异，可比性较低.总体而言，过去对BSE-IA法在水泥基材料孔结构研究方面的应用较少.BSE-IA法中孔隙灰度阈值、统计所需图像最少张数与图像放大倍率等关键测试参数的确定关系到工作量和结果准确性.目前用来确定孔隙阈值的方法有2种[5]：方法1是选取具有代表性的孔隙结构来分析确定样品孔隙阈值，但因所得阈值未包含整体信息，可靠性不足，目前应用较少；方法2是采用作图法来确定灰度面积累计分布曲线的形变点，是目前广泛应用的方法.本文在方法2的基础上进行改进，得到方法3，以降低主观因素影响，并在保证结果准确性的前提下推导出统计所需图像最少张数的确定公式.在此基础上分析孔隙阈值确定方法和图像放大倍率对BSE-IA法统计结果的影响，并与MIP法测试结果进行对比.1.1 原材料与试样制备试验所用水泥为华新水泥厂生产的P·Ⅰ52.5水泥，利用X射线荧光分析其化学组成，结果如表1所示.试验用水为去离子水.设定净浆的水灰比为0.35(质量比)，试样尺寸为40mm×40mm×160mm，标准养护1d后脱模，放入水中养护至3，7，28d龄期，然后进行相关测试.1.2 抛光样品的制备为去除边界效应，试样养护至相应龄期时，在其中心部位取样，并置于无水乙醇中终止水化，然后在40℃真空干燥箱中烘干.选取试样的1个表面进行预打磨，获得平整的新鲜断面后用CXQ-2500型真空冷镶嵌机进行树脂镶嵌，然后用自动磨抛机(MW-Ecomet250)对镶嵌样品预打磨面再次打磨抛光.所用金刚石砂纸依次为600，800，1200，2500目，最后用抛光布和配套抛光液对样品进行抛光，抛光细度依次为9.00，3.00，0.25μm[6].1.3 测试方法MIP测试：在试样中心部位取样进行测试，所用压汞仪为美国麦克公司生产的型号为AutoPore IV 9500的全自动压汞仪，测试压力为0～413.8MPa.BSE-IA测试：抛光样品经超声波清洗并干燥后，不经镀层，直接用FEI Quanta FEG450型场发射环境扫描电子显微镜获取背散射电子图像(BSE).工作环境为低真空60Pa，所用加速电压均为20kV.同龄期样品在图像采集时保持同一对比度及亮度，以保证图像灰度的一致性及试验的可重复性，图像处理采用Image-Pro Plus 6.0及MATLAB软件.2.1 孔隙阈值的确定采用BSE-IA法统计分析水泥基材料孔结构的原理如下：抛光样品BSE图像的衬度仅取决于不同微区物相的平均原子序数[3]，因此BSE图像中灰度由亮至暗依次对应未水化熟料、水化产物和孔隙.图1为7d龄期时样品的BSE图像，图2为图1对应的灰度分布图.如何在BSE图像中确定孔隙边界是利用BSE-IA法分析孔结构的关键所在，孔隙边界即孔隙在BSE图像中的灰度阈值T(灰度值在0到T之间的为孔隙).目前确定孔隙阈值时常采用作图法来确定灰度面积累计分布曲线的形变点(方法2)，其原理在于灰度累计面积在灰度值接近且超过孔隙阈值时会发生跳跃式增长，因此可用MATLAB软件得到图1的灰度面积累计分布曲线(见图3(a))，并作出2条线性趋势线，其交点所对应的灰度值即为孔隙阈值，由此确定7d样品的孔隙阈值为68.但这种方法在趋势线的数据范围选择上存在一定主观性，若选择的数据范围不同，则作出的趋势线有较大差别，会对孔隙阈值的确定产生影响.本文在此方法上进行改进，将孔隙阈值取为灰度累计面积增长速率最快点所对应的灰度值(方法3)，在数学意义上来说，孔隙阈值即为灰度面积累计分布二次导数曲线(见图3(b))的第1个峰值所对应的灰度值，这种方法可降低主观因素的影响，所得结果更直观.按改进后的方法得到7d样品孔隙阈值为72.图3 灰度面积累计分布曲线及其对应的二次导数曲线Fig.3 Cumulative distribution curve of gray area and its second derivative curve2.2 统计所需图像最少张数的确定由于水泥基材料孔隙分布的不均匀性，仅1张图像不足以代表其孔隙率及孔隙形态，因此统计图像的张数直接关系到统计工作量和结果可信度.本文在Wong等[5]的研究基础上，利用统计学原理，在保证结果准确率的前提下推导出统计所需图像最少张数的确定公式.假设水泥基材料孔隙率的真实值为μ，统计所需图像最少张数为n，第i张图像的孔隙率为Xi(i=1，2，3，…，n)，n张图像孔隙率的平均值为/n.将Xi(i=1，2，3，…，n)视为1个样本，令S为样本的标准差.根据数理统计分析，为孔隙率μ的无偏估计，服从正态分布，)服从自由度为n-1的t分布，在95%的置信度下，μ会落在区间±t0.025(n-1)·))内.在一定程度上可代表μ的取值，其主要偏差来源于)，在此基础上给定取值一个相对误差δ来确定n的取值，即：δ(1)则：2(2)δ的取值由主观决定，其取值越小，统计所需图像最少张数越多，统计结果也越精确，本文δ选定为±5%.2.3 孔隙率的测定在确定统计所需图像最少张数时，先选取1个样本，然后根据式(2)进行计算.本文为了消除公式中t0.025(n-1)对统计所需图像最少张数的影响，选用样本数为50(当n-1>45时，t0.025(n-1)=1.96[7]).通过统计50张图像计算出在95%置信度和相对误差δ=±5%下统计所需图像最少张数，如果推算出分析样品孔结构所需的图像最少张数大于已选取的样本数，应当再作观测以补足样本数，使结果达到精度要求.2.4 孔隙率测试结果分析2.4.1 孔隙阈值确定方法对孔隙率结果的影响表2为采用2.1节中2种孔隙阈值确定方法计算得到的7d样品孔隙率以及MIP 法测得的孔隙率.由表2可见，2种方法统计所需图像最少张数分别为28和24，利用BSE-IA法测得的样品孔隙率均较MIP法测试结果小，其中改进后的方法3测试结果与MIP法测试结果最为接近.从7d样品二值化图像(见图4，孔隙阈值72)来看，运用方法3所得孔隙范围更合适.MIP法测得的孔径分布(见图5)表明水泥基材料中孔隙主要集中在100nm以下，而利用BSE-IA法进行孔隙率计算时，由于图像分辨率的限制，所能分辨的最小孔隙为单个像素点大小.表2中统计结果所用BSE图像的放大倍率均为500倍，能分辨的最小孔隙为0.17μm，因此，BSE-IA法测得的孔隙率较MIP法测试结果要小.此外，当压力为140MPa 时，样品体积会减小2%[8]，在MIP法测试中，这部分被压缩的体积计入孔的体积，导致测得的孔隙率偏大，本文MIP法测试最大压力为413.8MPa，所以BSE-IA法测得的孔隙率值均较MIP法测试结果要小.表2 2种孔隙阈值确定方法对7d样品孔隙率测试结果的影响Table 2 Influence of two methods of determining pore threshold on the porosity of 7d sampleMethodBSE-IAMIPThresholdμ/%SnPorosity/%Method26814.310.01928Method37217.1 60.0212420.53图4 7d样品二值化图像Fig.4 Binarization image of cement paste cured for7 days(pore threshold 72)图5 7d龄期样品的MIP测试结果Fig.5 MIP results of cement paste cured for 7 days2.4.2 图像放大倍率对孔隙率结果的影响图像放大倍率的选择关系到统计结果的准确性和工作量，表3为在95%置信度和相对误差δ=±5%下采用不同放大倍率图像统计得到的7d样品孔隙率和统计所需图像最少张数.从表3可以看出，随着图像放大倍率的增大，统计得到的孔隙率逐渐增大，但依旧小于MIP法测得的孔隙率，而统计所需图像最少张数几乎呈倍数增长.这是因为随着图像放大倍率的增加，每张图像的实际面积减小，不同图像之间的孔隙率波动增大，使统计得到的方差增大，导致需要统计更多的图像才能保证相同的准确率.因此在孔隙率测定时应选取适当的放大倍率，本文最终选定放大倍率为500倍.表3 图像放大倍率对7d样品孔隙率结果影响Table 3 Influence of image magnification on the porosity of 7d sampleMagnificationBSE-IAMIPThresholdμ/%SnPorosity/%300×7414.630.01211500×7217.160.0212 41000×7318.430.0438420.532.4.3 不同龄期孔隙率测试结果分析不同龄期样品的孔隙率测试结果可直接反映本文方法的可行性.在95%的置信度和δ=±5%的情况下，图像放大倍率取为500倍，通过分析得到不同龄期样品的孔隙率和统计所需图像最少张数，结果如表4所示.随着龄期的发展，水泥水化不断进行，结构发展更加致密，样品的孔隙率应越来越小.从表4可以看出，即使在考虑相对误差的情况下，BSE-IA法测试结果也依旧符合预期规律.虽然BSE-IA法测试结果均小于MIP法测试结果，但BSE-IA法因其可直观观察孔隙形态及其分布，故而在表征水泥基材料孔结构方面具有独特优势.表4 BSE-IA法和MIP法孔隙率测试结果Table 4 Porosity measured by BSE-IA and MIPAge/dBSE-IAMIPThresh oldμ/%SnPorosity/%37820.290.0293222.9077217.160.0212420 .53287413.780.0182716.223 结论(1)提出了利用灰度面积累计分布曲线的二次导数来确定水泥基材料孔隙阈值的方法，该方法可降低主观因素的影响，确定合理的孔隙范围.所选图像放大倍率越大，BSE-IA法统计出的孔隙率结果越接近MIP法测试结果，但工作量(统计所需图像最少张数)会成倍增加.综合考虑，图像放大倍率选用500倍时工作量适中，结果合理.(2)由于BSE图像分辨率的限制以及MIP法在高压下会将水泥基材料体积被压缩的部分计入孔隙率，因此BSE-IA法测得的孔隙率均较MIP法测试结果要小，但BSE-IA法因其可直观观察孔隙形态及分布，故在表征水泥基材料孔结构方面具有独特优势.Application of Backscattered Electron Imaging and Image Analysis in the Research of Pore Structure of Cement-Based MaterialsHU Shuguang1， YUAN Pan1， WANG Fazhou1， NIE Shuai1，LIU Yunpeng1， ZHU Yaohong2， YE Junneng2(1.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architecture， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China；2.Ningbo Rail Transit Project Construction Headquarters， Ningbo 315012， China)Abstract：To minimize the subjective factor in the application of backscattered electron imaging and image analysis(BSE-IA)， a reliablemethod of pore threshold was proposed. Besides， the formula of minimum number of frames needed to determine the analytical result was deduced. The influence of determination methods of pore threshold and image magnification on the test results has been analyzed. The results showed that the test result of measurement by using the second derivative of cumulative distribution curve of grey area to determine the pore threshold and 500 magnification backscattered electron image was not only reasonable but also moderate workload. Compared with the results of mercury intrusion porosimetry(MIP)， porosity measured by BSE-IA technique was smaller. But BSE-IA had a unique advantage in the characterization of pore structure of cement-based materials for that it can directly observe the shape and distribution of pores.Key words：mercury intrusion porosimetry； backscattered electron image；pore threshold； microstructure； porosity收稿日期：2015-12-16；修订日期：2016-03-22基金项目：国家自然科学基金资助项目(51172173)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAB15B01)第一作者：胡曙光(1957—)，男，湖北武汉人，武汉理工大学教授，博士生导师，博士.E-mail：************.cn文章编号：1007-9629(2017)02-0316-05中图分类号：TU528.041文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1007-9629.2017.02.0282.2 统计所需图像最少张数的确定由于水泥基材料孔隙分布的不均匀性，仅1张图像不足以代表其孔隙率及孔隙形态，因此统计图像的张数直接关系到统计工作量和结果可信度.本文在Wong等[5]的研究基础上，利用统计学原理，在保证结果准确率的前提下推导出统计所需图像最少张数的确定公式.假设水泥基材料孔隙率的真实值为μ，统计所需图像最少张数为n，第i张图像的孔隙率为Xi(i=1，2，3，…，n)，n张图像孔隙率的平均值为/n.将Xi(i=1，2，3，…，n)视为1个样本，令S为样本的标准差.根据数理统计分析，为孔隙率μ的无偏估计，服从正态分布，)服从自由度为n-1的t分布，在95%的置信度下，μ会落在区间±t0.025(n-1)·))内.在一定程度上可代表μ的取值，其主要偏差来源于)，在此基础上给定取值一个相对误差δ来确定n的取值，即：则：δ的取值由主观决定，其取值越小，统计所需图像最少张数越多，统计结果也越精确，本文δ选定为±5%.2.3 孔隙率的测定在确定统计所需图像最少张数时，先选取1个样本，然后根据式(2)进行计算.本文为了消除公式中t0.025(n-1)对统计所需图像最少张数的影响，选用样本数为50(当n-1>45时，t0.025(n-1)=1.96[7]).通过统计50张图像计算出在95%置信度和相对误差δ=±5%下统计所需图像最少张数，如果推算出分析样品孔结构所需的图像最少张数大于已选取的样本数，应当再作观测以补足样本数，使结果达到精度要求.2.4 孔隙率测试结果分析2.4.1 孔隙阈值确定方法对孔隙率结果的影响表2为采用2.1节中2种孔隙阈值确定方法计算得到的7d样品孔隙率以及MIP法测得的孔隙率.由表2可见，2种方法统计所需图像最少张数分别为28和24，利用BSE-IA法测得的样品孔隙率均较MIP法测试结果小，其中改进后的方法3测试结果与MIP法测试结果最为接近.从7d样品二值化图像(见图4，孔隙阈值72)来看，运用方法3所得孔隙范围更合适.MIP法测得的孔径分布(见图5)表明水泥基材料中孔隙主要集中在100nm以下，而利用BSE-IA法进行孔隙率计算时，由于图像分辨率的限制，所能分辨的最小孔隙为单个像素点大小.表2中统计结果所用BSE图像的放大倍率均为500倍，能分辨的最小孔隙为0.17μm，因此，BSE-IA法测得的孔隙率较MIP法测试结果要小.此外，当压力为140MPa 时，样品体积会减小2%[8]，在MIP法测试中，这部分被压缩的体积计入孔的体积，导致测得的孔隙率偏大，本文MIP法测试最大压力为413.8MPa，所以BSE-IA法测得的孔隙率值均较MIP法测试结果要小.2.4.2 图像放大倍率对孔隙率结果的影响图像放大倍率的选择关系到统计结果的准确性和工作量，表3为在95%置信度和相对误差δ=±5% 下采用不同放大倍率图像统计得到的7d样品孔隙率和统计所需图像最少张数.从表3可以看出，随着图像放大倍率的增大，统计得到的孔隙率逐渐增大，但依旧小于MIP法测得的孔隙率，而统计所需图像最少张数几乎呈倍数增长.这是因为随着图像放大倍率的增加，每张图像的实际面积减小，不同图像之间的孔隙率波动增大，使统计得到的方差增大，导致需要统计更多的图像才能保证相同的准确率.因此在孔隙率测定时应选取适当的放大倍率，本文最终选定放大倍率为500倍.2.4.3 不同龄期孔隙率测试结果分析不同龄期样品的孔隙率测试结果可直接反映本文方法的可行性.在95%的置信度和δ=±5%的情况下，图像放大倍率取为500倍，通过分析得到不同龄期样品的孔隙率和统计所需图像最少张数，结果如表4所示.随着龄期的发展，水泥水化不断进行，结构发展更加致密，样品的孔隙率应越来越小.从表4可以看出，即使在考虑相对误差的情况下，BSE-IA法测试结果也依旧符合预期规律.虽然BSE-IA法测试结果均小于MIP法测试结果，但BSE-IA法因其可直观观察孔隙形态及其分布，故而在表征水泥基材料孔结构方面具有独特优势.(1)提出了利用灰度面积累计分布曲线的二次导数来确定水泥基材料孔隙阈值的方法，该方法可降低主观因素的影响，确定合理的孔隙范围.所选图像放大倍率越大，BSE-IA法统计出的孔隙率结果越接近MIP法测试结果，但工作量(统计所需图像最少张数)会成倍增加.综合考虑，图像放大倍率选用500倍时工作量适中，结果合理.(2)由于BSE图像分辨率的限制以及MIP法在高压下会将水泥基材料体积被压缩的部分计入孔隙率，因此BSE-IA法测得的孔隙率均较MIP法测试结果要小，但BSE-IA法因其可直观观察孔隙形态及分布，故在表征水泥基材料孔结构方面具有独特优势.【相关文献】[1] 蒋正武，邓子龙，袁政成，等.热孔计法表征不同龄期下混凝土孔结构的研究[J].建筑材料学报，2013，16(6)：1044-1048. JIANG Zhengwu，DENG Zilong，YUAN Zhengcheng，etal.Study on pore structure characterization of concrete at different ages by thermoporometry[J].Journal of Building Materials，2013，16(6)：1044-1048.(in Chinese) [2] SCRIVENER K L，PRATT P L.Backscattered electron images of polished cement sections in the scanning electron microscope[C]∥Proceeding of the 6th International Conferenceon Cement Microscopy.Albuquerque，NM，USA：Int Cement Microscopy Assoc，Duncanville，1984：145-155.[3] 王培铭，丰曙霞，刘贤萍.背散射电子图像分析在水泥基材料微观结构研究中的应用[J].硅酸盐学报，2011，39(10)：1659-1665. WANG Peiming，FENG Shuxia，LIU Xianping.Applicationof backscattered electron imaging and image analysis in microstructure research oncement-based materials[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2011，39(10)：1659-1665.(in Chinese)[4] 阎培渝，韩方晖.基于图像分析和非蒸发水量的复合胶凝材料的水化程度的定量分析[J].硅酸盐学报，2015，43(10)：1331-1340. YAN Peiyu，HAN Fanghui.Quantitative analysis of hydration degree of composite binder by image analysis and non-evaporable water content[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2015，43(10)：1331-1340.(in Chinese) [5] WONG H S，HEAD M K，BUENFELD N R.Pore segmentation of cement-based materials from backscattered electron images[J].Cement and Concrete Research，2006，36(6)：1083-1090.[6] 王培铭，丰曙霞，刘贤萍.用于背散射电子图像分析的水泥浆体抛光样品制备[J].硅酸盐学报，2013，41(2)：211-217. WANG Peiming，FENG Shuxia，LIU Xianping.Preparation of flat-polished specimens of cement paste for backscattered electron imaging andanalysis[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2013，41(2)：211-217.(in Chinese) [7] FENG Shuxia，WANG Peiming，LIU Xianping.SEM-backscattered electron imaging and image processing for evaluation of unhydrated cement volume fraction in slag blended Portland cement pastes[J].Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition)，2013，28(5)：968-972.[8] 陈悦，李东旭.压汞法测定材料孔结构的误差分析[J].硅酸盐通报，2006，25(4)：198-201，207. CHEN Yue，LI Dongxu.Analysis of error for pore structure of porous materials measured by MIP[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2006，25(4)：198-201，207.(in Chinese)。

基于XPS技术的不同密度煤样中硫的类型和含量研究

基于XPS技术的不同密度煤样中硫的类型和含量研究蔡川川;杨明虎;潘露露;张明旭;葛涛【摘要】为了更好的认知煤中硫的类型和结构,利用XPS测定了不同密度煤样中含硫组分的类型和含量.研究表明:在低密度煤样中无机硫含量很少,无机硫含量随煤样密度增大而增大;有机硫主要类型为硫醚(醇)类、噻吩类、(亚)砜类,其中硫醚(醇)类含量最高,噻吩次之,(亚)砜类最低,有机硫含量的总体趋势是随密度增大而降低.【期刊名称】《选煤技术》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P56-59)【关键词】微波脱硫;硫含量;X射线光电子能谱;无机硫;有机硫【作者】蔡川川;杨明虎;潘露露;张明旭;葛涛【作者单位】安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TQ533.1中国炼焦煤资源赋存不足[1]，部分炼焦煤由于硫含量高而不能直接利用，高硫炼焦煤需要预先脱除硫分以达到钢铁产业的要求，否则残留在焦炭中的硫会使钢铁产生热脆性，同时炉渣中的硫分会降低高炉生产能力。

煤炭燃前脱硫研究一直是脱硫研究的重点，微波脱硫作为一种对煤基质影响较小的脱硫方法在近年来备受关注。

国内外学者开展了关于微波脱硫机理尤其是煤中有机硫断键迁移机理的研究[2]。

张明旭[3-4]等通过研究煤及含硫模型化合物介电性质，探究了微波辐照脱硫机理，利用X射线光电子能谱(XPS)分析微波和硝酸处理对山西高硫炼焦煤中各形态硫的影响；葛涛[5]等运用多种分析手段,测试噻吩类模型化合物在微波作用下的反应机理，解析了噻吩类含硫结构对微波的响应规律；陶秀祥[6]等将微波辐照与过氧乙酸浸泡相结合，进行了煤炭脱硫研究,综合脱硫率达到60%。

干湿循环条件下水泥浆硫酸盐侵蚀微观试验研究

ｇＸ１００％，由此可以定量分析其钙矾石生长规律。仪器型号：
Ｍ０３ＸＨＦ２２型，日本ＭａｃＳｃｉｅｎｃｅ公司产；Ｘ射线波长：ｃｕ靶，Ｋａ
变化过程。
１０１Ａ一１型电热鼓风干燥箱，上海实验仪器厂有限公司出产，最
高温度为３００％，额定电压２００Ｖ５０Ｈｚ，额定功率３ｋＷ。本次试验是研究水泥净浆在两种浓度的硫酸盐溶液中进
２试验方案及过程
２．１试验原料和混凝土配合比
由于砂石骨料具有良好的化学稳定性所以硫酸钠溶液的侵蚀主要是对硬化浆体的化学侵蚀硫酸钠能与水泥石中的游离氢氧化钙生成石膏又能与水化铝酸钙作用生成溶解度更小的钙矾石而钙矾石是硫酸盐溶液和水泥水化产物之间化学反应的主要产物在本文的试验研究中采用了两种盐浓度环境下的干湿循环方法模拟在硫酸盐的环境中侵蚀产物钙矾石的变化过程
分。
① 水泥：北京兴发生产拉法基３２．５级普通硅酸盐水泥，符合制造标准ＧＢ８０７６ — １９９７规定。基准水泥化学组成，如表１所
示。
）砂石：中细砂，含水率４．７０％；粒径＜２０ｍｍ碎石。 ③ 硫酸钠：上海苏懿化学试剂，分子式Ｎａ￣ＳＯ，分子量
２．１．１试验原材料
水潮汐的时间，本次试验使用的试验制度为一个循环２４ｈ，首先在常
温下浸泡１２ｈ，再放入烘箱中以５０％的温度烘１２ｈ，循环次数
为４４０次，即４０ｄ。测定数据按照一定的循环次数，一般每２０个循环定期取出，用研钵研磨后分两次过筛，筛孔径分别是０．１６ａｍ和０ｒ．０８ａｒｍ，过筛后的粉末主要含有硬化水泥浆各成

混凝土结构中水泥材料的腐蚀与防护

混凝土结构中水泥材料的腐蚀与防护刘振;王琦;田陆飞;石运中;贾丽莉【摘要】水泥混凝土结构因耐久性不良造成过早失效及崩塌破坏的事故时有发生,世界各国为此造成了很大的损失.综述了国内外有关水泥混凝土腐蚀的研究现状,包括腐蚀因素、腐蚀机理、腐蚀过程的研究与分析成果;总结了提高水泥混凝土腐蚀能力的技术措施,如改变水泥熟料矿物组成、添加掺合料、提高密度、表面涂料防护等等.最后,提出了未来的主要研究方向.【期刊名称】《水泥工程》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】6页(P71-75,80)【关键词】硅酸盐水泥;硫酸盐侵蚀;油井水泥;抗腐蚀;耐久性【作者】刘振;王琦;田陆飞;石运中;贾丽莉【作者单位】济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022【正文语种】中文【中图分类】TQ1721824年英国人J.阿斯普丁发明波特兰水泥，于1830年前后波特兰水泥混凝土问世，至今己经有180多年的历史。

由于其原材料来源广泛、制备加工方便、生产成本较低等显著优点，以硅酸盐水泥为胶结材料的混凝土和钢筋混凝土的应用日益增加，已经成为当今世界上使用最多的建筑材料。

世界上混凝土的生产量约为钢产量的10倍，仅我国对水泥混凝土材料的年需求量就达数十亿t[1-2]。

据国家统计局公布，2009年我国的水泥总产量为16.3亿t[3]。

水泥混凝土结构因耐久性不良造成过早失效及崩塌破坏的事故时有发生，世界各国为此付出了沉重的代价。

随着土建工程的历史越来越长，许多已经历时多年的水泥混凝土结构往往易出现水泥混凝土的腐蚀和剥裂等系列耐久性问题[4-5]。

据美国一项调查显示[6]，美国的水泥混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3000亿美元。

硫酸钠对不同强度混凝土性能的影响差异

２００
蜜１Ｏ５
１００
５０Ｏ
定的早强效果，酸钠掺量为２％的Ｃ３硫０混凝土
与基准混凝土在１ｄ３ｄ７ｄ的抗压强度比分别为、、２０％、３５１２％、２１０％；酸钠的掺人使得Ｃ３硫０混凝土的中后期抗压强度增加，增幅很小。但
６・
Ｒｅｅｒｈ＆ＡｐｌａｉｎｏｕｌｉｇＭａｅｉｌｓａｃｐｉｔｆＢｉｎｔｒａｓｃｏｄ
１１试验材料．
机坍落度的下降幅度更为明显。
硫酸钠对混凝土出机扩展度的影响如图２所示。
ｇ７００
出版社，９８１９．
ｐｏｉｅｅｅｅｔｌｍｅｈｄｒｔｅｐａｅｍａｕａｔｒｒｖｄｓｒｆｒｎｉｔｏｓｆｈｌｔｎｆｃｕｅ，ａｏｑａｉｏｔｌａｄｅｇｎｅｎｐｌａｉｎ．ｕｌｙｃｎｒｎｎｉｅｒｇａｐｉｔｓｔｏｉｃｏ
向为结构工程。
［］黄国权．限元法基础及ＡＳＳ应用［．京：４有ＮＹＭ］北机械
工业出版社，０４２０．
［］孙训方，５方孝淑，关来泰．材料力学［．Ｍ］北京：高等教育
出版社，０４２０．
・
收稿日期：０１００２１ — ５— ４（辑编盛晋生）
酸钠对混凝土具有一定的早强效果，对低强度等级混凝土的

硫酸钠的xps 光谱

硫酸钠的xps 光谱
硫酸钠（Na2SO4）的XPS（X射线光电子能谱）光谱是用于研究
材料表面化学组成和化学状态的一种表征手段。

XPS技术利用X射
线照射样品表面，通过测量材料发射出的光电子能谱来分析材料的
表面成分和化学状态。

在硫酸钠的XPS光谱中，我们可以观察到钠和硫的特征峰。

钠
的XPS峰通常出现在100-110eV范围内，而硫的XPS峰则出现在
160-170eV范围内。

通过分析这些特征峰的位置、形状和强度，可
以确定硫酸钠表面的化学组成和化学状态。

此外，XPS光谱也可以提供关于化学键的信息。

通过观察能谱
中的化学键能量位置和形状，可以推断出硫酸钠中硫的化学键状态，比如硫的氧化态和与其他元素的化学键情况。

需要注意的是，XPS光谱是一种表面分析技术，只能对材料表
面几纳米深度范围内的化学信息进行分析。

因此，在进行XPS分析时，需要注意样品的表面处理和分辨率的选择，以确保得到准确的
化学信息。

总的来说，硫酸钠的XPS光谱可以提供关于其表面化学组成、化学状态和化学键信息，为研究硫酸钠材料的表面性质和应用提供重要参考。

硫酸盐在水泥基材料中的扩散和渗透特征

Ｖ０．５Ｎｏ．１３４
Ｊ１２０ｕ．０７
硫酸盐在水泥基材料中的扩散和渗透特征
高培伟吴胜兴林萍华吴中如２卢小琳３杨传喜４，，，，，
（．１河海大学土木工程学院，江苏南京３南京航空航天大学材料学院，．江苏南京２０９；２河海大学水利水电工程学院，１０８．江苏南京２０９；１０８２１０）２０５２０１；．１０６４中国航空港建设第ＺＴ程总队，．江苏徐州
水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能与水泥熟料的矿物组成及其相对含量、合比、观结构以及建筑物所配微处的周边环境等因素有关，是水泥基材料中的水泥水化时会产生抗腐蚀差的组分，氢氧化钙和水化铝尤其如
酸钙．水泥基材料中的不密实的孔隙、与外部相同的开口孔隙的大小也会影响混凝土的抗硫酸盐性能，当硫
试样成型后放在标准成型室中养护２ｄ后拆模并放到５￣中养护７ｄ然后将试样置于质量分数为０Ｃ水，
５（一％ｓ离子质量浓度为３８３ｇＬ３１ｍ／）的硫酸钠溶液中浸泡ｌ后进行微观结构观察分析．ａ试验所用原材
膨胀压力，导致混凝土开裂 … ．・
ห้องสมุดไป่ตู้
密实度对水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀能力也具有很大影响．密实度越高，隙率就越小，孔硫酸根离子溶液就越难渗透到内部孔隙中，有害物质形成的速度和数量就越小¨ ；２另外，密实度高，孔隙中的水就少，一方面会降低有害离子的侵入，另一方面也能提高水泥基材料的强度，增强抵抗硫酸根离子的侵蚀能力．掺适量品种和数量的膨胀剂，可以增大密实度，降低孔隙率，提高抗硫酸盐侵蚀的能力¨ ．３Ｊ

水泥混凝土硫酸盐侵蚀综述

ｔｈｏｄｓｆｏｒｓｕｌｆａｔｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｓｕｌｆａｔｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｕｌｆａｔｅ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｓ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ
在硫酸钠溶液中砂浆开始膨胀很小浆一直以增加的速率膨胀22酸镁溶液中的试件的侵蚀深度要远小于浸泡间的关系等问题都缺乏比较系统的研究223其他有侵蚀作用的阴离子中的铝相反应生成friedel盐氯离子能减轻未掺掺合料混凝土的硫的存在将显著地缓解硫酸盐侵蚀破坏70在硫酸溶液中少量的硫铝酸钡钙矿物在适宜石膏掺量条件下水化生成了矾石可使硬化水泥浆体更加致密侵蚀性溶液难以进入硬化同掺量锂渣粉对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响及其机理能够有效抑制膨胀性产物的生成31336可通过二次水化消耗caoh材料的侵蚀作用18323339研究了普通硅酸盐水泥src及opcsac用的萘系减水剂fdn017的fdntsa程度与水泥品种sa环境下同样会产生腐蚀产物碳硫硅酸钙但能在一定程度上延缓tsatsa侵蚀效果从优到劣依opc复合可提高水泥的抗tsapc浆体进行了比较水化产物中不含有caohpalc的水化产物中不含有caohuea可以增强普通水泥砂浆抗硫酸盐及硫酸侵蚀的有效性泡液中的硫酸盐在后期形成延迟性钙矾石uea中掺入的矿渣或煤矸石有关有待进一步深入研究循环处理后的水泥砂浆表现出良好的抗硫酸盐腐蚀性能水化产物中同时存在的水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶之间可以纵横交联形成致密的酸钠改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的机理侵蚀方法大都是基于降低硫酸盐的侵蚀程度的思想1年的浸泡试验系统研究了钡盐对混凝土抗硫酸盐侵蚀作用的化钡对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影10时其对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能有不利影响硫铝酸钡钙水泥的抗硫酸盐侵35

长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究

SO3 content / %
Specific surface area / ( m2 ·kg - 1 )
Standard consistency water consumption / %
Volume stability
Fly ash
Cement
2. 1
2. 1
2 150
354
—
3 109
384
27. 25
和度的抗损伤劣化提升效果最为明显;李玉根等 [6-7] 研究指出,风积沙影响混凝土的抗冻性,100% 掺量风积
沙混凝土强度低,但抵抗冻融、盐侵效果最好;Xue 等 [8-9] 研究指出,风沙吹蚀为后续盐侵作用提供侵蚀通道,
盐侵作用使风积沙混凝土表面剥蚀松动,为吹蚀作用提供吹蚀缝隙,孔洞变化进一步加剧。
硅
第 42 卷第 11 期
2023 年 11 月
BULLETIN
OF
酸
THE
盐
CHINESE
通
CERAMIC
报
SOCIETY
Vol. 42 No. 11
November,2023
长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究
朱遂军1 ,汪金满1 ,王想想1 ,杨强斌2 ,李根峰2 ,杨效田3
concentration of magnesium sulfate is 3. 5% and the content of aeolian sand is 40% , the aeolian sand concrete still meets
the standard requirements after soaking for 360 d. At this time, the porosity of aeolian sand concrete is 2. 553% , of which

建筑材料学报总目次2011年第14卷1～6期

旺拉应力对低水胶比混凝土抗碳化性能的影响 … … … … … … … … … … … … 巴明芳钱春香
［］（０）４５２
［］（０）４５７Ｅ］（８）５５１
［－（８）－１５６ｓ
碳纤维布加固混凝土框架抗震性能试验研究 … …… … ……… … 郑七振
双轴压下活性粉末混凝土的力学性能 …… … ……… …… …… … 余自若基于细观尺度的混凝土热膨胀性能研究 … …… …… …… …… … 张研
钱春香
安明酷陈海燕楠玮
张子明等Ｅ３（１）３３０赵铁军等Ｅ３（２）３３４鲁晓珂等Ｅ３（２）３３９
［］（０）５６４
［］（１）５６０
修饰碳纳米管对硼酚醛树脂基复合材料力学性能的影响 … …… 刘
琳
宋
朱
静叶紫平
成郑柏存凡黄晓明
基于均匀设计制备发泡聚丙烯 … … …… …… …… …… …… …… 公维光
鹏种新型加气混凝土发气材料 …… … ……… … ……… …… …… 朱洪波自然扩散法预测感潮环境下混凝土氯离子侵蚀 … …… …… …… 张俊芝
［］（６）２１０
周建民等［］（６）２１４
水泥一煤灰复合浆体中粉煤灰的火山灰反应程度 …… …… …… 刘志辉粉再生塑料改性混凝土力学性能研究及数值模拟 … …… …… …… 刘锋

混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究

混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究一、内容综述混凝土硫酸盐侵蚀速度的影响因素研究是一个涉及材料科学、环境科学和工程力学等多个领域的复杂课题。

随着工业化和城市化的快速发展，混凝土结构在硫酸盐环境中的耐久性问题日益凸显，因此对该领域的研究具有重要的现实意义和工程价值。

材料组成是影响混凝土硫酸盐侵蚀速度的重要因素之一。

混凝土主要由水泥、骨料、水和外加剂等组成，不同材料之间的相互作用会显著影响混凝土的性能。

水泥的类型、强度和掺合料的使用都会对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能产生影响。

骨料的种类、粒径和级配也会对混凝土的硫酸盐侵蚀性能产生一定的影响。

环境条件也是影响混凝土硫酸盐侵蚀速度的关键因素。

硫酸盐环境中的氯离子、硫酸根离子等浓度、温度、湿度等都会对混凝土的性能产生不利影响。

氯离子的渗透性会增加混凝土的腐蚀速度，而温度和湿度的变化则会影响硫酸盐侵蚀的速率。

在硫酸盐环境中的混凝土结构应采取有效的防护措施，以减缓其腐蚀速度。

荷载作用也是影响混凝土硫酸盐侵蚀速度的因素之一。

在荷载作用下，混凝土会产生裂缝和变形，从而导致硫酸盐溶液更容易侵入混凝土内部并加速其腐蚀过程。

在设计混凝土结构时，应充分考虑荷载作用对结构耐久性的影响，并采取相应的加固或修复措施。

混凝土结构的设计和施工方式也会对其硫酸盐侵蚀速度产生影响。

不合理的设计和施工会导致混凝土结构出现缺陷或损伤，从而使其更容易受到硫酸盐的侵蚀。

在混凝土结构的设计和施工过程中，应严格按照相关规范和标准进行操作，并采取有效的防腐蚀措施。

混凝土硫酸盐侵蚀速度的影响因素多种多样，且相互之间存在复杂的相互作用。

在实际工程中应综合考虑各种因素的影响，并采取有效的措施来提高混凝土结构的耐久性和抗硫酸盐侵蚀性能。

随着科学技术的不断进步和研究的不断深入，相信未来会有更加先进、有效的防治方法和手段来应对混凝土硫酸盐侵蚀问题。

1.1 研究背景混凝土作为一种主要的建筑材料，在全球范围内得到了广泛的应用。

XRD_Rietveld法用于水泥基材料物相的定量分析_李华

（5）
wj—— —含添加相的样品中 j 相的含量；
wamorphous —— —含添加相的样品中无定形相的含量；
wj′— ——原样品中 j 相的含量；
·1·
射谱权重叠加过程中，各相的各衍射线位置不会发生变动，
而衍射线的强度是随该物相在混合物中所占的百分比（体
积或质量）、其散射力及其他物相的吸收力而变的，标度因
子就是这种强度变化的反映。Rietveld 定量相分析就是根
据标度因子与参考强度比间的关系为基础而推导出相的
相对含量与标度因子间的关系：
Sj=K
效的用于水泥基材料硫酸盐侵蚀产物的定量分析。
关键词： XRD；Rietveld 法；水泥基材料；物相；定量分析
中图分类号： TU528.01
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2013）01-0001-05
Quant it at ive analysis of phases for cement - based mat erials by XRD- Riet veld met hod
Vj Vj2u
=K mj ZjMjVju
wj= mj = SjZjMjVju
Σ Σ mp
SpZpMpVpu
p
p
式中：S — ——标度因子；
（1）（2）
V —— —物相在样品中的体积的晶胞体积；
Vu —— —物相在样品中的物相的晶胞体积； Z —— —晶胞内化学式（“原子”或“分子”）数；
M —— —化学式相对分子量；
2.2 试验条件
测试仪器采用配制了 LynxEye 阵列探测器的 BrukerAxs D8 DISCOVER X 射线衍射仪，靶材为 Cu 靶，设置工作电压 40 kV，工作电流 30 mA，4.0°索拉狭缝，步宽 step size= 0.02°（2θ），扫描速度 0.30 s/step，扫描角度范围 7°~80°（2θ）。将待测粉末压制在衍射仪专用玻璃样品板上，待仪器参数调好后，放入样品架进行测试。每个样品分别制取 3 个样片，测量 3 次，取平均值。

硫酸盐侵蚀环境下混凝土断裂参数衰减规律

ｆａｔｒｎｒｙ，ｏｏｃｅｅｕｄｒｓｌａｅｅｖｒｎｎｓ１（ｙｍａｓＭｇＯ４ａｄＮａＳ）ａｄｃｅｎｒｃｕｅｅｅｇｆｃｎｒｔｎｅｕｆｔｎｉｏｍｅｔ（０ｂｓ）Ｓｎ２Ｏ４ｎｌａ
ｃｎｒｔ（０，８）ｏｃｅｅＣ５ｃ０，ｄｒｎｈｔａｋｐｒｏｕｉｇｔｅａｔｃｅｉｄ，ｔｅｃａｋｎｔｅｇｈ，ｔｎｉｔｅｇｈ，ｆａｔｒｎｒｙａｄｈｒｃｉｇｓｒｎｔｅｓｌｓｒｎｔｅｒｃｕｅｅｅｇｎ
ｅｌｒｎｔｏｃｅｅＣ３）ｈｒｃｉｇｓｒｎｔｒａｔｅｇｈｃｎｒｔ（Ｏ，ｔｅｃａｋｎｔｅｇｈ，ｔｎｉｔｅｇｈａｄｆａｔｒｎｒｙｉｃｅｓｔｆｓｓｅｓｌｓｒｎｔｎｒｃｕｅｅｅｇｎｒａｅａｉｔｅｒ
ｗａｅ．Ｔｈｅｒｓｌｓｏｏｈｔａｋｔｓｈｏｔａｈｅｖａｉｔｏｆｆａｔｅｐｒｍｅｅｓｕｎｄｒｓｌａｅｅ — ｔｒｅｕｔｆ８ｍｎｔｓａｔｃｅｔｓｗｈｔｔｒａｉｎｏｒｃｕｒａａｔｒｅｕｆｔｎｖｒｎｍｅｓｉｎｆｕｎｅｈｅｃｍｐｅｓｖｔｅｇｔｉｏｎｔｓｉｌｅｃｄｂｙｔｏｒｓｉｅｓｒｎｈ．Ａｌｇｗｉｈｔｏｎｔｈｅｄｕｒｔｏｆｓｌａｅａｔｃａｉｎｏｕｆｔｔａｋ，ｆｒｎｒｏｏ —

硫酸盐腐蚀对混凝土耐久性的影响

任何优良的材料都必须采取与之配套的施工技术与工艺，严把施工质量关，许多工程质量事故往往与施工的组织与控制密不可分。要确保混凝土质量，必须坚持正确的施工工艺。
比如MNC—SFF型耐腐蚀剂，主要是针对硫酸盐对酸盐水泥腐蚀而研制的。抗硫酸盐极限浓度为 10000 mg/L，是新一代防腐蚀专用外加剂，在混凝土中掺人本剂后，能大幅度降低混凝土的渗透系数，提高混凝土的密实性和抗渗等级，阻止或减缓了有害离子对混凝土的侵蚀，保证水泥水化物的稳定性，达到提高混凝土自身防腐和耐久性的目的。
硫酸盐侵蚀过程中钙矾石、石膏和钙硅石的产生对混凝土产生膨胀破坏作用,这是引起混凝土腐蚀破坏的主要原因。反应生成的盐类矿物可使硬化水泥石中CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致水泥石强度和粘结性能损失。
（1）化学侵蚀：钙矾石结晶型；石膏结晶型；碳硫硅钙石结晶型。
（2）物理侵蚀：碱金属硫酸盐结晶型
许多工程虽选择了合适的水泥品种，但由于密实度不高，而遭受了严重的侵蚀。水泥水化需水量仅为水泥质量的10～15%左右, 而实际需水量(由于施工等因素的要求) 高达40～70% , 多余的水分蒸发后形成连通的孔隙, 侵蚀介质就容易渗入水泥石的内部, 从而加速了侵蚀。因此，在施工中应合理设计混凝土的配合比，掺适当的外加剂及改善施工方法等措施均能提高混凝土的密实度。另外，还可在混凝土表面进行碳化处理，生成难溶的碳酸钙外壳，使混凝土表面进一步密实，也可以减少硫酸盐侵蚀。
（3）物理化学侵蚀：MgSO4溶蚀-结晶型
钙矾石（三硫型水化铝酸钙）是溶解度极小的盐类矿物，它在矿物形态上是针状晶体，在原水化铝酸钙的固相表面成刺猬状析出，放射状向四方生长，互相挤压而产生极大的内应力，致使混凝土结构物受到破坏。其破坏特征是在表面出现几条较粗大的裂缝。

硫酸钠对锂渣复合水泥性能的影响

第38卷第2期2021年6月Vol.38 No.2Jun* 2021苏州科技大学学报(自然科学版)Journal of Suzhou University of Science and Technology (Natural Science Edition)doi : 10.12084/j.issn.2096-3289.2021.02.007硫酸钠对锂渣复合水泥性能的影响白雪鹏，储宇吉，姚泽群，武阳，何燕**［收稿日期］2020-06-06［基金项目］国家自然科学基金资助项目(51808369)；江苏省高等学校自然科学基金资助项目(18KJB560016)；大学生创新创业训练计划项目(2018104280018)；苏州科技大学科研基金资助项目(XKQ2018009)；江苏省建设系统科研项目(2018ZD049)［作者简介］白雪鹏(1998-),男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向：建筑功能材料。

*通信作者:何燕(1987—)，女，讲师，博士,Email ：hey 1************。

(苏州科技大学土木工程学院，江苏苏州215011)摘要：研究了硫酸钠对锂渣复合水泥流变性及水化性能的影响。

结果表明：随着Na 2SO 4掺量增加，复合水泥浆体中AFt 量增加，黏度和剪切应力升高。

Na 2S04的掺入增加了复合水泥水化早期AFt 的生成量,并使其水化放热速率曲线的第一放热峰变低变宽，第二放热峰及水化放热总量影响较小。

水化初期(1 d),Na 2SO 4的掺入能促进AFt 及 CH 的形成，为锂渣发生二次水化提供条件。

在水化中后期(3、7、28 d),Na 2S04的掺入可破坏锂渣颗粒二次水化时包覆在其表面所形成的包覆层，同时产物NaOH 提高碱度起碱激发作用，破坏锂渣中无定型结构，促进其二次水化反应，提高复合水泥密实度。

关键词：锂渣;水泥；N a2SO 4；流变性;水化性能中图分类号：TQ172文献标志码：A文章编号：2096-3289(2021 )02-0044-06锂渣是碳酸锂生产过程中，锂辉石经过高温锻烧，再用硫酸法对锻烧料进行焙烧、浸取、洗涤、过滤后排出的工业废渣，其化学成分中SiO 2和A12O 3含量非常高，并且绝大多数都是以无定形的形式存在，具有一定的火山灰活性叫我国是世界上锂辉石储量最大的国家，在使用硫酸法生产锂盐的过程中，就会排出大量的锂渣。

基于Mapping图像分析的硫酸钠侵蚀水泥基材料中硫元素分布规律

公路工程水水泥抗硫酸盐试验检测技术

硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析

硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析

硫酸盐侵蚀混凝土的困惑之处

背散射电子图像分析法在水泥基材料孔结构研究中的应用

基于XPS技术的不同密度煤样中硫的类型和含量研究

干湿循环条件下水泥浆硫酸盐侵蚀微观试验研究

混凝土结构中水泥材料的腐蚀与防护

硫酸钠对不同强度混凝土性能的影响差异

硫酸钠的xps 光谱

硫酸盐在水泥基材料中的扩散和渗透特征

水泥混凝土硫酸盐侵蚀综述

长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究

建筑材料学报 总目次2011年第14卷1～6期

混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究

XRD_Rietveld法用于水泥基材料物相的定量分析_李华

硫酸盐侵蚀环境下混凝土断裂参数衰减规律

硫酸盐腐蚀对混凝土耐久性的影响

硫酸钠对锂渣复合水泥性能的影响

建筑材料学报总目次2011年第14卷1～6期