掺珍珠岩水泥石孔分形维数及其与孔结构、强度的关系

通过压汞法测试不同龄期掺0-40%珍珠岩掺合料水泥石的孔结构参数,利用分形理论的相关知识研究这些水化物的孔体积分形特征,计算它们的孔分形维数D=3.3～3.5,分析并探讨该水泥石孔分形维数与孔结构参数、抗压强度之间的关系.结果表明水泥石孔分形维数与孔隙率、孔径、孔表面积有密切的关系,随着孔分形维数增大,孔隙率提高,孔径扩大、孔表面积增大,孔结构就越劣化,对应的材料抗压强度下降.因此孔体积分形维数可用于综合评定材料的孔结构特性.

无机多孔材料保水性能与孔分形维数关系

多孔材料的孔分形维数值能够很好的反映多孔材料的保水性能。本文以4种分别来自华东,华南,西南,西北地区的无机多孔材料为研究对象,比较了4种多孔材料的保水性能,并用显微和图像分析技术测算了4种多孔材料的孔分形维数,从而得到多孔材料保水性能与孔分形维数间的关系。结果表明,采用本方法测定的多孔材料的孔分形维数介于1.0227～1.4652之间,且孔分形维数越大,多孔材料的保水性能越好。

西部自然环境下硫酸钠半浸泡混凝土的孔分形维数、孔结构与渗透性

研究了西部自然的大温湿差环境下硫酸钠溶液半浸泡混凝土的孔分形维数、孔结构及其渗透性能。基于压汞法的测试数据,计算了孔的分形特征参数,如孔体积分形维数、孔轴分形维数、孔轴曲率。通过对分形特征参数与渗透率的分析,得到孔体积分形维数、孔轴曲率与渗透率的线性相关性;孔轴分形维数与渗透率的无相关性;同时对小于0.1μm孔的数量与渗透率的线性相关性进行了讨论。结果表明:不同养护条件和不同浓度硫酸钠溶液半浸泡的腐蚀条件主要影响小于0.1μm的孔,该区间的孔越多,抗渗透性能越好;标准养护条件下的抗渗透性最好,室外大温湿差条件下的抗渗透性最差;硫酸钠半浸泡试样暴露于室外大温湿差环境下的区域抗渗透性能比浸泡于硫酸钠溶液中的区域差。

锂渣混凝土孔分形维数与气体渗透性能关系研究

利用压汞法(MIP)测试了不同锂渣掺量的C30、C60混凝土的孔结构参数,计算了被测混凝土的孔体积分形维数、孔轴线分形维数,并研究了混凝土气体渗透系数、锂渣掺量与孔体积分形维数、孔轴线分形维数之间的关系。结果表明,混凝土的气体渗透系数与孔体积分形维数相关性高;C60混凝土在锂渣掺量为10%时,孔体积分形维数和孔轴线分形维数最大;随着锂渣掺量的提高,C30混凝土孔体积分形维数和孔轴线分形维数呈降低的趋势。

孔径分布对多孔镍孔体积分形维数的影响

用压汞法对用粉末冶金法制备的多孔镍试件进行了测试,得到了多孔镍试件的孔隙率及孔径分布曲线,并以Menger海绵体模型为基础,根据压汞实验数据确定了多孔镍试件的孔体积分形维数,发现多孔镍的孔隙结构具有明显的分形特征,分形维数在2.8～3.0之间。孔径分布范围越宽、平均孔径越大,孔体积分形维数越大。多孔镍的孔体积分形维数在一定程度上反映了多孔镍孔隙结构的均匀性及填充能力。

纤维多孔金属的流阻率分形模型研究

为了揭示纤维多孔金属吸声材料的流阻率与其孔隙率、孔直径以及孔的弯曲度等主要几何参数之间的变化规律,给纤维多孔金属吸声材料的结构设计提供基本的理论指导,提出了一种流阻率分形模型。通过对纤维多孔金属的孔隙结构进行分形处理,结合材料内部空气流体学分析,首先获得了流经纤维多孔金属材料截面总的空气流量Q的表达式,该表达式是最大平均孔径λmax、曲线分形维数DT和孔面积分形维数Df的函数,其次结合纤维多孔金属吸声材料流阻率的公式,获得了流阻率分形模型。模型理论计算值与实验测试值的最大偏差为13.9%,最小偏差为7.6%,平均偏差为10.6%,验证了该理论模型的可靠性。分析结果表明:随着孔隙率Φ的增大,纤维多孔金属吸声材料的流阻率减小;Φ和DT一定时,流阻率随着Df的增大而减小;Φ和Df一定时,流阻率随着DT的增大而增大。与通过实验确定流阻率的经验公式相比,文中所建流阻率分形模型能够反映材料的几何参数与流阻率之间的变化规律,为纤维多孔金属吸声材料的微观结构设计提供了一定的依据。

玄武岩纤维增强珊瑚骨料混凝土的孔结构相关三轴力学响应及强度准则

本文研究了玄武岩纤维增强珊瑚骨料混凝土(BFCAC)的三轴力学性能,分析了玄武岩纤维(BF)和孔结构对BFCAC三轴力学性能的影响,建立了BFCAC的强度准则。结果表明,BFCAC的峰值偏应力和弹性模量随着围压非线性增加,两者的围压效应随BF掺量的增加而增大。围压和BF掺量的增加均提高了BFCAC的临界应变和延性变形,但较大围压作用弱化了BF对珊瑚骨料混凝土延性变形的影响。BFCAC的泊松比随BF掺量和围压增大分别增大和减小。BF和围压提升了BFCAC的体积收缩变形,降低了其体积膨胀变形。围压一方面使BFCAC由劈裂破坏逐渐转变为剪切破坏和挤压塑性流动破坏,另一方面,围压也提高了BF与珊瑚骨料混凝土基体间的粘结性能。BFCAC破坏时,裂缝均贯穿珊瑚骨料,且在较高围压时,珊瑚骨料发生孔隙坍塌。BFCAC的小孔不具有分形特征,中孔和大孔的分形特征较为明显,且其孔结构分形维数随BF掺量的增加而增大。孔结构分形维数与三轴力学性能的关系表明,BFCAC的三轴力学性能不仅受BF本身的影响,也受BF对CAC孔结构的影响。建立了BFCAC的改进非线性M-C强度准则,不仅能够准确计算BFCAC的三轴强度变化规律,而且能够有效体现BF和孔结构特征对BFCAC三轴强度的影响。

煤孔隙结构构造变形的压汞法和小角X射线散射表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,采用压汞法和小角X射线散射技术(SAXS),结合孔隙分形表征,从分形特征的角度探讨了构造变形对煤孔隙结构的影响程度。结果表明,煤的孔隙分形维数定量表征了构造煤孔隙结构的差异性变化及其非均质性。强构造变形煤具有较高的渗流孔分形维数(DHg),孔隙结构及表面非均质性较高,而渗透率较低,说明强烈构造变形所导致的复杂孔隙结构是构造煤储层低渗透的原因之一。吸附孔孔隙表面分形维数(DSAXS)随着构造变形的增强而增大,表明变形作用造成煤孔隙表面结构在微观上变得复杂。研究认为,分形维数可以指示煤中孔隙结构的构造变形程度。

孔隙特征对泡沫混凝土基本性能的影响研究

研究孔隙特征对泡沫混凝土基本性能的影响,可以为轻质泡沫混凝土在建筑领域的应用提供理论依据。文章制备了9种不同的泡沫混凝土,采用SZ61体视显微镜观察泡沫混凝土样品孔隙,利用软件Image-Pro plus 6.0计算泡沫混凝土孔隙孔径、孔表面积、孔圆度以及孔分形维数,研究泡沫混凝土孔隙平均直径、表面积、圆度及分形维数对表观密度和28 d强度的影响。结果表明:泡沫混凝土的表观密度和28 d抗压强度随孔隙孔径、孔表面积、孔圆度以及孔分形维数的增大而减小;泡沫混凝土的水胶会影响了孔隙的特征,当水胶比为0.4时,孔径、表面积和圆度变小,分形维数和泡沫混凝土的强度变大;泡沫混凝土孔圆度与泡沫混凝土的28 d强度有强的负相关性。

不同方式养护高强水泥基材料孔表面积分形维数与孔结构的关系

采用压汞法测定了不同龄期及不同养护方式的高强水泥基材料的孔结构,基于孔表面积分形模型计算得到了高强水泥基材料的孔表面积分形维数,并探讨了孔表面积分形维数与孔隙率、平均孔径、中值孔径、孔表面积、孔径分布及养护方式和龄期的关系。结果表明:高强水泥基材料的孔结构具有明显的分形特征,孔表面积分形维数在2.7~2.8之间;孔表面积分形维数与高强水泥基材料的抗压强度和孔隙率的相关性较差;孔表面积分形维数越大,高强水泥基材料的孔径越大,孔表面积越大,小于20 nm和大于100 nm的孔越少;随着龄期的增加,孔表面积分形维数增加;与标准养护相比,热水养护和蒸汽养护降低了孔结构的复杂性。

氯盐环境下混凝土冻融循环及孔结构演化研究

盐浓度在混凝土盐冻破坏过程中起着关键作用,也是影响其微观结构演化的主要因素。为研究氯盐溶液的浓度对混凝土冻融破坏的影响,并对冻融破坏进行微观尺度定量表征,通过试验对比分析了不同浓度NaCl溶液中混凝土冻融循环过程中的质量损失和相对动弹性模量变化规律,并运用压汞法测试了不同冻融次数下混凝土试件的孔隙率和孔径分布。在此基础上,结合孔结构分形维数对孔结构演化过程进行了定量表征。结果表明:在浓度约3%的NaCl溶液中混凝土冻融破坏最为严重;孔结构分形维数与混凝土冻融循环过程中的质量损失具有高度线性相关性,可以体现混凝土宏观破坏程度。

海洋环境中玄武岩/聚丙烯纤维增强混凝土氯离子扩散性能

采用自然浸泡法模拟海洋水下区环境,研究了玄武岩/聚丙烯纤维增强混凝土(BPFRC)的氯离子扩散性能.通过固液萃取法和电位法测试了不同侵蚀时间下BPFRC中的氯离子含量,分析了纤维种类、掺量和混杂形式对氯离子含量分布、表面氯离子含量(C_(s))和氯离子扩散系数的影响;此外,采用Rapid Air 457测定了BPFRC的孔径分布,并计算了其孔结构分形维数.结果表明:BPFRC中的氯离子含量随着侵蚀龄期的增加而增大;当纤维体积分数为0.10%时,玄武岩纤维对混凝土中氯离子含量的降低作用大于聚丙烯纤维,适量的混杂纤维能够减小混凝土中的氯离子含量,过量的混杂纤维则增大了混凝土中不同深度处的氯离子含量;BPFRC中的C_(s)在侵蚀初期增长较快、后期增长较慢,与侵蚀时间为幂函数关系;BPFRC的孔结构表现出明显的分形特征,分形维数范围为2.301~2.446,分形维数与氯离子扩散系数具有较强的正相关性.

循环荷载作用下煤矸石混凝土损伤劣化机理

为研究循环荷载作用下煤矸石混凝土的损伤特性,采用宏微观试验相结合的方法,分析材料的相对动弹性模量损失及抗压强度损失,建立循环荷载次数和应力水平与抗压强度损伤量的关系,通过扫描电子显微镜和压汞试验进行微观机理分析,探究循环荷载作用下煤矸石混凝土的微观形貌和孔结构的劣化规律,利用分形理论研究确定宏观力学性能与微观结构间的关系。结果表明:随着循环荷载次数和应力水平的增加,材料的相对动弹性模量和抗压强度逐渐减小,孔结构参数逐渐劣化;孔体积分形维数与各孔结构参数呈良好的线性相关性;抗压强度损伤量与分形维数、各孔结构参数之间均呈现良好的线性相关性,说明孔结构劣化是循环荷载作用下煤矸石混凝土损伤劣化的重要影响因素。

基于低温CO2吸附的煤和页岩微孔结构分形分析

分形维数是分析煤和页岩微观孔隙结构的重要参数之一。目前主要是基于低温N2吸附数据进而利用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型,获得煤和页岩中孔(2~50 nm)与宏孔(>50 nm)的表面粗糙分形维数,对其微孔(<2 nm)分形维数的研究还较少。为深入研究煤和页岩的微孔特征,基于微孔填充与孔径分布理论,对比分析了煤和页岩微孔结构的分形特征。选取煤和页岩样品进行低温CO2吸附实验,计算并分析两者的微孔分形维数。结果表明:煤的微孔分形维数分布在2.6~2.8之间,平均为2.75;页岩的微孔分形维数分布在2.8~2.9之间,平均为2.88。煤的微孔比表面积分布在100~300 m2/g之间;页岩的微孔比表面积集中在15~30 m2/g之间,页岩的孔隙分布零散且数量少,说明分形维数越大,微孔结构更加复杂。此外,分别对煤与页岩的微孔分形维数、表面粗糙分形维数进行了对比,发现虽然煤的微孔比表面积均远大于页岩,但其孔径分布、孔隙结构比页岩简单,微孔分形维数小于页岩。同时,由于中孔、宏孔数量少,比表面积小,孔隙表面较为光滑,煤的表面粗糙分形维数小于页岩。微孔分形维数和表面粗糙分形维数分别受微孔结构复杂程度与中孔、宏孔表面粗糙程度的影响,微孔结构越复杂,中孔、宏孔表面越粗糙,分形维数越大。