文摘
孔隙率对混凝土的力学响应有显著的影响。它是至关重要的理解混凝土内部孔隙度特征之间的关系与混凝土的破坏过程暴露在积极的环境。模拟酸性环境中,酸溶液的pH值1.5和2.5都被浓硝酸和硫酸的混合物在实验室。计算机断层扫描(CT)和扫描电子显微镜(SEM)被用来描述混凝土的微观结构暴露在酸性溶液中预定的时间。孔隙分布和孔隙比的混凝土标本遭受各种损伤过程。CT数字图像分析Pro-Plus软件。阈值提出识别孔隙。孔隙结构的发展,混凝土的孔隙度比样品检查。孔隙度之间的关系特点和混凝土的力学响应进行了探讨。
1。介绍
混凝土内部孔隙度特征极大地影响其渗透性,机械反应,和持久性。的强度与激进的代理和外部载荷的交互总是导致混凝土内部孔隙结构的变化1]。了解混凝土的破坏过程,它是至关重要的发现不同损伤状态下混凝土内部孔隙度特征。
水蒸气吸附和氮吸附试验和压汞porosimetry (MIP)测试是最受欢迎的方法用于检查混凝土内部孔隙度特征2,3]。然而,MIP结果受到很多因素的影响,很大程度上取决于实验过程采用(3,4]。超声学,作为一种非破坏性技术,已经被用于评估混凝土内部孔隙度5]。但研究报告,是很难获得精确的超声评估参数。
在这项研究中,混凝土的孔隙结构暴露于激进的环境从多尺度水平进行调查。酸解的pH值1.5和2.5被混合物,硫酸和硝酸在实验室里被认为是。在被暴露在酸性溶液中预定的时间,具体的样本选择。切除标本第一次干大约两到三天,其次是物理、CT和SEM / EDS测试。孔隙分布和孔隙比的混凝土标本遭受各种损伤过程。CT数字图像分析Pro-Plus软件。阈值识别孔隙的建议。的发展,混凝土内部孔隙结构和孔隙度比样品检查。孔隙度之间的关系特点和生理反应的混凝土进行了讨论。
2。实验计划
2.1。样品制备
商品混凝土被用于这项研究。立方样本的维数毫米3都准备好了。混合的混凝土混合物比例如表所示1。
2.2。加速腐蚀过程
酸性溶液的pH值1.5和2.5是被硫酸和硝酸的混合解决方案(摩尔比是9:1)在实验室里,分别。一个塑料罐是用来包含酸溶液和混凝土标本。混凝土养护28天后,标本分为两组。一批标本不断固化在水pH值为1.5,表示为系列。另一批是沉浸在坦克装满酸溶液pH值为2.5,表示系列。接触的协议是在表中详细列出2。酸度的解决方案是记录PB-10缝匠肌酸度计。酸溶液的pH值是检测到数字酸度计(6]。将混合溶液的pH值不变,硝酸溶液定期添加。同时,解决办法是彻底搅拌溶液槽内的酸浓度降低微分(如图1)。
在被暴露在酸性溶液中列出的计划期表2,挑选出样品。切除标本第一次干大约两到三天,其次是物理、CT和SEM / EDS测试。
2.3。方法来确定孔隙度在标本
2.3.1。扫描电子显微镜(SEM)
扫描电镜是一种行之有效的方法,可以提供有用的信息关于材料的结构7]。为了更好地理解混凝土样品的微观结构的演变与某些时期暴露在酸性溶液(0天,3天,7天,10天),样品的微观结构观察到地产- 6360 lv SEM系统。能量色散谱(EDS)技术应用于分析样品中的元素分布。EDS阴谋提供化学元素的存在,这将证实晶体的成分在混凝土样本。
2.3.2。电脑断层扫描(CT)
由于x射线吸收混凝土标本根据组成和密度的材料,不同的功能可以被检测出来。对象具有更高密度吸收更多的x射线,明亮的区域。因此,密度越低,x射线吸收越少,创造黑暗区域。这意味着,毛孔显得很暗。因此,毛孔可以区分和量化的二维图像分析的部分。在这个研究中,CT技术被选中来描述混凝土试样的孔隙度特征在不同损伤状态。
测量,“西门子somatom感觉”16-slice螺旋电脑断层扫描仪使用德国制造。样本扫描与一个固定的x射线源,在140千伏、200 mA, 22.60 mGy CTD。每个扫描1毫米厚,扫描的总数约为200。
3所示。结果和讨论
3.1。视觉观察
从目视检查样品暴露在酸溶液的不同时期(如图2),可以看出,表面变成黄色,和水泥浆的表面溶解导致骨料的接触。
(一)pH值1.5
(b) pH值2.5
3.2。质量变化
基于上述视觉观察,很明显,蜂窝空洞形成条件持续,导致质量变化。这可能是衡量一个电子秤精度为0.1 g。质量变化和调节时间的关系图3(一个)。基于技术的理论,具体可以被视为一种组合材料包括基材和空白。基材和孔隙的体积之间的关系可以表示为 在那里,是混凝土标本浸泡在酸溶液的质量天;未损坏的混凝土标本的质量;孔隙的体积;基础材料的体积。通过这种方式,孔隙体积随时间的发展之间的关系可以获得定量,如图所示3 (b)。
(一)质量变化和调节时间之间的关系
| (b)之间的关系和调节时间 |
3.3。扫描电子显微镜(SEM)
混凝土的SEM显微图样本在不同曝光时间实现,如图4。混凝土的EDS光谱样品暴露在酸溶液图所示4。
(一)
(b)
(c)
(d)
从扫描电镜图片,很明显,进步和重大变更发生在混凝土内部微观结构样品暴露时期。随着曝光时间的发展,内部孔隙直径变得更广泛,样本中的微裂隙变得更宽、更长。更重要的是,内部微观结构样品的形态变得软化的延长曝光时间。
由于酸溶液之间的化学反应和混凝土,混凝土的成分发生了变化。澄清的复合产品所产生的酸攻击,EDS进行了产品表面的SEM显微图所示。EDS情节展示存在的钙、硅、铝、氧、镁、铁、钾。主要元素钙、硅、铝和氧气。从EDS测试,表明原子的物种数量的检查了。具体样品中元素的数量和原子分布在不同的曝光时间和百分比计算认为,分别绘制在图5。
(一)规范化重量内容(单位:%)
(b)原子含量(单位:%)
从图5,很明显,钙的含量显著减少,硅的含量有明显的增加,样品暴露在酸溶液。这个结果是在良好的协议与恶化的解释机制的混凝土在酸性介质由其他研究报告(8- - - - - -10]。也就是说,更多的可溶性产品形成通过之间的化学反应和硝酸,硫酸酸和氢氧化钙。因此,钙化合物形成的水泥粘贴在混凝土水化过程和钙在钙质骨料漂白了,有时和硅胶或硅酸镁水合物填补空间。
3.4。CT数字图像分析
3.4.1。数字图像
在水中养护混凝土棱柱标本后28天,取出和扫描。每个扫描1毫米厚,扫描的总数约为150。试样的内部mesolevel结构是基于150年指定的扫描图像。然后,标本在模拟酸解条件进一步腐蚀并再次扫描的预定时间。
具体记录的扫描输出部分扩张型心肌病的文档格式,和CT数存储12个数字的能力。因此,每个像素可以显示4096度。输出数字图像是512像素点×512像素点(如图6)。
3.4.2。阈值识别孔隙结构
确定混凝土内部孔隙的分布,二进制处理扫描数字图像上执行。根据灰色理论的阈值方法,首先应确定阈值。然后,每个像素的灰度值与阈值进行比较。如果像素点的灰度值大于255,这个像素点的灰度值是255,否则它是零。因此,主要的问题是确定一个合理的阈值。在这个研究中,图像分割技术申请确定阈值。扫描图像的灰度直方图通过Matlab软件,提供在图7。
从图7,可以看出图像双峰值。目标和背景可以分为两个部分的灰度值山谷底部。可以提取,阈值的范围是70年到82年之间。混凝土内部的孔隙被Pro-Plus的软件。获得pore-recognition图部分绘制在图8。假设阈值从70年到82年,孔隙度比率可以计算每个部分(图9)。
从图9,可以得出结论,79年的最佳阈值识别混凝土内部的孔隙。
3.4.3。混凝土内部孔隙度比的发展
使用上面的最优阈值,数字图像处理与Pro-Plus编程计算。混凝土内部孔隙的识别是实现。混凝土的孔隙识图标本不同损伤状态下然后到达。120 2 d部分的相应的孔隙率为每个混凝土标本获得图像,分别。基于概率统计理论,混凝土内部孔隙度分布的概率特征样本出来。混凝土内部孔隙度特征的分析结果如图标本在不同损伤状态10,分别。
(一)
(b)
从图10,很明显,混凝土内部孔隙率的分布样本服从正态分布。最大值、最小值和平均值的混凝土标本。发展混凝土试件内的平均孔隙度比在酸性条件给出解决方案和浸泡时间图11。
(一)
(b)
(c)
结果表明,在初始损伤阶段,混凝土内孔隙度比展品略有减少。酸度更高(低pH值)的解决方案会导致更高的增长。例如,孔隙率增加了36.5%和39.8%控制标本的标本沉浸在酸溶液pH值为1.5 5,20天。对于那些在酸溶液的pH值2.5,孔隙率总是减少前20天。直到20天,孔隙率降低了36.6%的控制标本20天。的变化趋势与结果显示了良好的协议提供的质量分析(如图3)。
4所示。结论
本文评估发展的孔隙结构在混凝土暴露在酸性环境中从多尺度的水平。一系列的测试,包括身体、CT、SEM / EDS测试进行准备的混凝土试件在不同的州。减肥,空洞的财产,中间和微观结构混凝土标本定量不同损伤状态下检查。获得的结果在不同的尺度上进行比较和讨论。本研究的结论进行了总结如下。(1)CT技术提供了一个有用的工具来评估混凝土的孔隙度特征。提出一个最优阈值,混凝土内部孔隙识别成功。可以得出,混凝土试样的孔隙率的分布服从正态分布。(2)在初始阶段,略有恶化标本的孔隙率增加。解决方案的高酸度会导致更高的增长。孔隙率增加了36.5%和39.8%控制标本的标本沉浸在酸溶液pH值为1.5 5,20天。而对于那些在酸溶液pH值为2.5,孔隙率总是减少到20天空调的解决方案。(3)获得的结果从宏观、中观和微量彼此良好的相关性。
承认
这项研究是由中国国家自然科学基金资助(赠款。51178069也没有。50708010),辽宁省资助项目(批准号20092149),中央大学基础研究基金。