混凝土微观试验方法

采用测试电阻率的方法[1]来监测混凝土的水化程度是一个有效可行的方法。通过对不同水灰比、不同掺合料混凝土电参数和相应曲线变化规律的研究表明,早龄期混凝土电阻率和强度随时间发展的曲线具有很强的相似性与相关性。如图1所示,利用混凝土早龄期电阻率的变化速率曲线,可以采用直观和量化的方法将混凝土的水化进程划分为水泥水解I(dissolution)、诱导期II(competition ofdissolution-precipitation)、凝结III(setting)、硬化IV(hardening)和硬化后期V(hardening deceleration)五个阶段[2]。通过电阻率速率曲线的0值点M、拐点L、峰值点P与P2,可以表征水泥颗粒开始接触及相互紧密连接的水化过程,较精确地确定混凝土的凝结时间。混凝土早期电阻率的变化反映了混凝土早期水化进程的发展,客观上体现了混凝土早期内部联通孔隙减少、水化产物生成等一系列变化。同时,进一步的研究还表明电阻率与混凝土早期强度之间还存在内在联系。

X射线衍射分析（XRD）

X衍射原理,如图9.1所示，当X射线入射到晶体时,如果入射角度0满足布拉格定律,则X射线强度因衍射而得到加强,此时可以记录到衍射线,而从其它角度入射的则无衍射,这也称为/选择性衍射0,其本质就是入射的X射线照

射到晶体中各平行原子面上,各原子面各自产生相互平行的衍射线的结果。

这些衍射线的衍射角度与晶体的结构相联系,也就具有唯一性,因此可以判断材料中的晶体成份。同时,衍射的晶体数目多少将决定衍射射线的强度。虽然衍射射线的强度还受到温度、吸收等其他因素的影响,但是,通过衍射射线的峰值可以定性判断出晶体成份的数量关系。

X射线衍射(XRD)技术提供了分析晶体矿物的便利方法"如果晶体矿物被置于特定波长的X射线下,射线使原子层衍射并产生衍射峰,它是矿物的表征。典型XRD图的横坐标(衍射角)表示晶格间距,纵坐标(峰高)表示衍射强度。

取样：用于X射线衍射分析的试样是将不同龄期的试件母体破碎,从中取出水泥石,使用无水酒精中止水泥的水化。测试前研磨水泥石样品颗粒至粉末粒径<10pm,适当烘干样品后装瓶密封,以防止空气中水和二氧化碳与样品粉末继续反应,影响试验结果"衍射扫描范围取10度——70度。

扫描电镜试验(SEM)

扫描电镜是利用扫描电子束,从样品表面激发出各种物理信号来调制成像。可以通过形貌判定是否密实、水化程度、产物量。从而分析混凝土微观结构的发展过程。

取样：1号样，规格为lOmmxlOmmx30mm的砂浆试样，配合比为三种，分别为：m(c)：m(s)：m(w)=l：2．5：0．40：2-5号样，底面015ram高度为5mm的圆柱体。m(w)，m(c)=分别为0．45、0．65、O.85和1.0扫描试样取侵蚀试样的一部分。

选取原则为：试榉成片状，一面为外表面，另一面为内表面，为了方便聚焦扫描成像，内表面尽量选择落差小的。

压汞法测孔隙率试验（MIP）

基本原理：压汞法MIP测孔的基本原理,是水银对固体表面的不可润湿性。根据固体界面行为的研究结果,当接触角e大于90度时,固体不会被液体润湿。而水银的接触角e为141.3度,故如果没有外加压力,水银不会润湿混凝土,即不会发生毛细管渗透现象。首先必须假定孔系的形状,一般采用Wittmann的柱状毛细管系统假定,即认为混凝土中的孔隙是相互连通的一定半径的圆柱状孔隙。水银要压入孔径为D的毛细孔,就必须施加一定的压力P以克服阻力。在实际试验过程中,得到的直接试验结果是压力P,以及在此压力下孔径大于d的所有孔隙的体积V。以压力P为中介可以建立起V和d的关系,这样就可以得到几种不同的孔径分布曲线。MIP中最常用的是如下所述的积分曲线和微分曲线。

在压汞试验结果中,和可以得到如下几个重要的孔结构参数,总比体积V;总比表面积A;中位孔径(体积);中位孔径(表面积);平均孔径da;密度pa;表观密度pb;孔隙率P。

试件按标准方法养护，分7、28、90d龄期，龄期到后分别进行各项试验，配合比见表1。

TG-DSC 综合热分析法

热分析（thermal analysis）是指在程序控制温度条件下，测量物质的物理性质随温度变化的函数关系的技术。热分析法的技术基础在于物质在加热或冷却的过程中，随着其物理状态或化学状态的变化，通常伴有相应的热力学性质（如热焓、比热、导热系数等）或其他性质（如质量、力学性质、电阻）的变化，因而通过对某些性质（参数）的测定可以分析研究物质的物理变化或化学变化过程。差示扫描量热法（DSC）是在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。热重法（TG）是在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的热分析方法。差示扫描量热法与热重法分析可得出结合水量和Ca（OH）2含量。

试验取的温升速率为 20K/min。

图 7.2 中，DSC 曲线上左边第一个吸热谷主要是由于水泥石中的自由水、吸附水和钙矾石中的结晶水挥发吸热形成的，大部分是由自由水、吸附水吸热形成的，其谷底的温度出现在 150 度左右。而标有 Peak 492.5℃的谷，则主要是由于水泥石中的氢氧化钙分解吸热导致的。而在 800℃左右 DSC 曲线有波动，形成了两(也可能更多)小的吸热谷。可以肯定的是，这里一定是有物质在发生相的转变。

根据水泥化学的理论，C-S-H 凝胶在这个温度下发生了相变，凝胶的失水导致了两个小谷的出现。而两个谷的出现说明有两种不同的 C-S-H 凝胶存在于水泥石中，即所谓的 HD C-S-H 凝胶和 LD C-S-H 凝胶。TG 曲线基本反应的是各种水失去导致的质量损失，可以看出，凝胶失去结合水导致的质量变化是微小的。

化学结合水测量法

对于纯水泥浆体，测定水泥水化程度的方法。

试样制备与测试方法：用5 mL离心管成型胶凝材料净浆试样，然后密封养护。养护制度有2种，即标准养护((20±1)℃，相对湿度大于90％)和高温养护．高温养护的具体过程为：将成型密封后的净浆试样直接放入(65士2)℃的烘箱中养护7 d(如测试龄期未到7 d，则直接取出测试)，再置于标准养护室中养护至规定龄期．破碎试样，取中间碎块浸泡于无水乙醇中，中止水化。

进行化学结合水量测试时，取碎块磨细，再在(65土2)℃烘箱中烘24 h至恒重，随后高温(1 000℃)灼烧3 h至恒重．净浆试样化学结合水量(W。，％)的计算式如下：