利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法评价近海黏土孔隙特征

近海地区黏土的微观结构单元——黏土畴中含有大量的粒内孔隙,其孔径小至纳米级,这部分孔隙对黏土的物理指标、水稳性、膨胀性、收缩性等具有重要影响,一般方法很难准确地描述其孔隙特征。试验利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法对湛江黏土的微观孔隙特征及其孔隙发育的控制因素分析,建立微观结构与物理指标、力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明,湛江黏土具有不良物理性质和良好力学特性指标的异常组合,是一种高灵敏性的强胶结结构性黏性土,其机制主要是:湛江黏土的微观结构为带有胶质联结特性的、定向性无序的开放式絮凝结构,孔隙结构为具有较高的强度和空间稳定性的边-面-角联结的空间网架系统。由于特殊的孔隙网架结构以及"墨水瓶"型孔隙的存在,导致退汞过程出现滞留现象及产生吸附回线。研究表明,联合扫描电镜、压汞法、氮气吸附法能够准确、完整地对近海地区黏土孔隙体系特征进行定性与定量的评价。

压汞测孔评价劈裂注浆加固效果的室内试验

土体的微结构对土的工程力学特性具有决定性影响,运用压汞试验方法结合扫描电镜对四川省绵阳地区的软粘土进行研究,用压汞测孔技术直接测试评价了劈裂注浆加固软粘土前后的显微结构特征,得到了孔隙分布变化规律、总孔隙面积、孔隙率以及各种半径孔隙所占的比例等特征。研究表明,该地区饱和软粘土主要孔隙半径分布在0.05～1μm之间,劈裂注浆后的复合土体孔隙率降低、总孔隙面积降低、孔隙半径减少、孔隙总体积减少。

基于MIP试验下的煤微观结构研究和分形定量表征

为了解地下煤火对煤裂隙孔隙的影响,将压汞法(MIP)和分形计算相结合,研究高温处理下的煤孔隙裂隙发展的规律并计算分维数,分析煤孔隙裂隙发展与分维数之间的关系。结果表明200℃高温处理的煤样(C200)总孔体积(0.171 5 mL/g)大于400℃高温处理后的煤样(C400)总孔体积(0.120 9 mL/g),均大于原煤的0.113 5 mL/g,孔体积增加主要是中孔和大孔,C200中孔和大孔体积占比为70.15%以及C400占比59.97%。MIP分维数随温度的升高呈现降低的趋势,温度越高煤样贯通性越好,C200和C400孔体积和三维分维数的变化呈现相反的趋势与煤基质在不同温度下受力不同有关。温度越高分维数越小,裂隙孔隙的贯通程度越好,煤的内部微观结构不同尺寸的分布相对均匀。

不同固结压力下饱和软粘土孔隙分布试验研究

土体的微结构对土的工程力学特性具有决定性影响,运用压汞试验方法对上海淤泥质粘土单轴固结过程中的不同固结压力水平下的土样进行试验,采用孔隙种类、孔隙大小两种不同的标准对上海淤泥质粘土的孔隙分布特点及孔隙的大小进行研究。研究结果表明:上海淤泥质粘土孔隙以小孔隙为主,即多以团粒内在的孔隙和颗粒间的孔隙为主,孔隙半径多分布在0.2μm-1.2μm之间。随着固结压力增大,当固结压力分别为132 kPa,264 kPa时,土体中孔隙分布仍以小孔隙为主,但小孔隙和微孔隙分布的比例有一定的变化;当固结压力增大到800 kPa时,土中孔隙以微孔隙和超微孔隙为主,试样中团粒间的孔隙几乎消失,颗粒间的孔隙占有完全的主导地位。

增压式真空预压加固吹填超软土微观结构特征分析

先进行常规真空预压法(CVP)和增压式真空预压法(AVP)两组模型试验,分别对吹填超软土进行加固处理,对比分析其加固效果。再利用电镜扫描试验(SEM)和压汞试验(MIP)分别对两种方式加固后的吹填超软土进行微观结构测试,分析在两种加固方式下吹填超软土微观结构特征的变化,并通过Image-Pro Plus图像处理技术进行定量分析,模型试验结果分析表明增压式真空预压的加固效果优于常规真空预压,从土体骨架颗粒形态、骨架颗粒接触形式和骨架颗粒间孔隙3个角度说明了增压式与常规真空预压加固后土体的微观结构特征变化,微观结构定量分析表明,与常规真空预压相比,增压式真空预压加固后土体的孔隙数量、扁平度K、形状系数ff更大;土体的孔隙率、分形维数D更小;定向概率熵Hm没有明显的变化规律;孔径分布增量的峰值位置在左侧,说明增压式真空预压加固后土体的小孔隙数量更多。从微观角度证明了增压式真空预压法的加固效果优于常规真空预压法。

不同固结压力软粘土的孔隙分布与渗透系数研究

土体的微结构对土的工程力学特性具有决定性影响,采用压汞试验方法对上海粘土单轴固结过程中不同固结压力的微观孔隙分布进行试验,运用Casagrand’s的方法进行渗透系数计算,并通过已有几种渗透系数模型(毛细模型、水头半径模型、概率模型)对上海粘土的渗透系数与压汞试验获得的孔隙分布数据拟合,研究结果表明:上海粘土的渗透系数与孔隙的孔径分布呈较显著的非线性关系,当固结压力值较低时,渗透系数与孔隙孔径分布在初始阶段呈线性降低;而随着固结压力的增大,其渗透系数与孔隙孔径呈非线性逐渐变小,并且慢慢趋于某一个数值。

高温对混凝土孔隙结构改变和抗压强度降低作用的规律研究

混凝土内部的孔隙结构会显著影响其力学性能。本工作的主要目的是建立高温下孔隙结构变化和抗压强度的对应关系。将标准养护12个月的混凝土在不同温度(40℃、105℃、150℃、200℃和250℃)下干燥至恒重,并测定其抗压强度与孔隙结构。混凝土的孔隙结构通过压汞法(MIP)和氮吸附结果定量描述。结果表明:随着温度的升高,混凝土的孔隙率不断增大,孔隙结构逐渐被破坏。同时,混凝土的抗压强度随温度的升高逐渐降低。混凝土抗压强度与孔隙率的关系同Schiller提出的抗压强度-孔隙率方程符合较好,相关系数达到了0.994。因此,高温条件下,可通过Schi-ller方程定量反映混凝土抗压强度的变化。

加速溶蚀条件下铸铁管内衬水泥砂浆的孔结构演变规律

设计了一种用离心工艺制作的内衬水泥砂浆铸铁管试件,采用流动的6mol/L氯化铵溶液对水泥砂浆内衬进行加速溶蚀试验,并利用压汞(MIP)法和X射线断层扫描(X-CT)方法分析了水泥砂浆内衬孔结构的变化.结果表明:加速溶蚀过程中水泥砂浆内衬的孔结构变化明显,溶蚀150d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率(体积分数,下同)从溶蚀前的9.57%增加至35.49%,最可几孔径从17.11nm增加到26.30nm,并有少量危害孔(单孔体积大于4×10^(-6) mm^3)出现;溶蚀450d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率达到61.54%,并出现大量危害孔;水泥砂浆内衬中的砂浆层孔隙率和危害孔数量随溶蚀时间的增加而增加.

荷载损伤PVA纤维增强砂浆孔结构研究

参照工程化水泥基复合材料（ECC）的设计思路，制备PVA纤维增强砂浆，并使养护成熟的砂浆在不同荷载下预损伤，利用阻抗谱法测试不同频率CO时预损伤试件的交变电流响应，得到水泥基材料的交流阻抗特征曲线，对特征曲线进行数学分析得到表征渗流参数的水力半径（h）、迂曲度（T）双电层电容（C）和电荷传递电阻（Rct]。渗流结构参数可以间接反映荷载损伤浆体的孔隙结构变化。基于Menger海绵理论利用压汞法（MIP）得到损伤浆体的孔分形维数、孔隙率和孔累积分布；利用低温氮吸附法（BET），并结合开尔文方程对损伤浆体吸附分支与脱附分支特点进行分析。实验结果表明：预压力在峰值荷载的40％～50％之间时，浆体的细微观孔隙结构开始发生明显变化，损伤浆体的吸附等温线属于第Ⅱ类曲线。

动渗耦合作用下软黏土渗透系数演化机制分析

针对天津地区滨海软黏土,开展了一系列动渗耦合三轴试验,系统分析了长期循环作用下软黏土渗透系数的变化规律。结合扫描电镜(SEM)和压汞试验(MIP)对不同变形阶段软黏土的微观结构特征进行分析,阐述了渗透系数的演化规律及机制。研究表明:在动渗耦合作用下,软黏土渗透系数呈现三阶段变化特征;渗透系数随渗流力呈现先增大后减小的变化规律,随动应力和频率呈现先减小后增大的特征。微观试验表明,渗透系数的演化是微结构孔隙大小、形态、分布特征渐进调整的宏观体现:加载初期,颗粒间的架空超大孔隙(孔隙直径D>2.5μm)大幅压缩,孔隙形态变化不大,渗透系数呈线性衰减;加载中期,大颗粒破碎生成的小颗粒密布填充于大颗粒间,生成大量“密小而曲折”的小孔隙(0.05μm<D<0.1μm),渗透系数呈现缓慢下降;加载末期,结构致密稳定,渗透系数基本不变。对于非稳定变形,颗粒团(聚)体间重新生成“条带”状孔隙,渗透系数反弹增大。该研究成果可为流固耦合分析中渗透系数的确定提供理论依据。

养护温度对活性粉末混凝土孔结构的影响研究

研究了养护温度对活性粉末混凝土(RPC)的抗压强度及孔结构的影响。采用X射线计算机断层扫描技术(X-CT)和压汞法(MIP)对不同养护温度下RPC的孔结构进行了对比分析,并使用红外光谱(IR)与扫描电镜(SEM)分别对RPC的水化程度与微观形貌进行研究。结果表明,RPC的抗压强度随着养护温度的升高而先增大后减小,在250℃高温养护下达到最大值303.5 MPa。X-CT测量了孔半径6~220μm之间的孔洞,孔数主要分布在10~40μm的范围内。MIP测量的孔半径范围为0.003~60μm,浆体内孔体积主要分布在3~10 nm的范围内。两种测试方法均显示高温养护能细化孔隙,但X-CT能更精确地呈现样品中微米级别孔洞的孔体积和孔数分布。此外,IR分析表明RPC胶凝体系的水化程度随着养护温度的升高而提升。通过SEM观察,发现在高于250℃的养护温度下浆体孔洞内壁生成了针状硅酸钙。显然,高温养护能够提升水化程度,细化RPC的孔结构,改善微观结构,从而提高抗压强度,但养护温度高于250℃时抗压强度略有下降。

单组分地聚物砂浆的力学性能和微观结构分析

为了研究不同NaOH浓度、胶砂比及溶胶比在多种固化温度下粉煤灰地聚物砂浆的强度发展规律及其微观机理,进行了力学性能试验,并用扫描电镜(SEM)和压汞试验(MIP)分析了其微观形貌、孔径分布.分析结果表明:对浓度为10%的NaOH溶液制备的地聚物砂浆试件,即使在很高的温度下固化也没有观察到明显的强度发展;随着NaOH浓度增加或固化温度上升,单组分地聚物砂浆的抗压和抗弯强度均可获得最佳值,该值出现位置由热固化温度和NaOH浓度的共同决定;地聚物的孔径分布微分曲线为单峰分布,控制NaOH的浓度可以大幅减小孔径微分曲线的峰值,显著降低地聚物的孔隙率;粉煤灰颗粒在NaOH的作用下逐渐溶解,并在其表面形成胶凝物质,当Na^+浓度较低时,地聚物较少,通过控制NaOH浓度可以使得地聚物变得密实,提高其抗压强度;基于热力学关系的分形模型描述地聚物孔结构形态的效果最好,其次为孔轴线模型,空间填充模型和海绵体模型只能较好地描述胶凝孔隙和过渡孔隙的孔结构分形维数;基于热力学关系与基于海绵模型分形维数计算值均在2.0~3.0之间,与一般水泥基材料的结果相近;适当调整NaOH的浓度可以改善地聚物的孔隙结构.