[发明专利]一种水泥基材料冻融损伤的微观结构检测方法

说明书

技术领域

本发明属于水泥基复合材料性能检测领域，特别是一种水泥基材料冻融损伤的微观结构检测方法。

背景技术

冻融损伤是寒冷潮湿地区混凝土结构劣化的主要原因，也是我国水工混凝土建筑在运行过程中遇到的主要病害。由冻融损伤导致的混凝土结构失效，其根本原因是水泥基材料微观结构的劣化。

关于水泥基材料冻融损伤现有的检测方法主要有快冻法、慢冻法和盐冻法，这几种方法能够得到水泥基复合材料的相对动弹性模量随冻融循环次数的变化关系，但不能监测材料内部微观结构的演变规律。声发射技术可以监测水泥基复合材料在冻融循环过程中的内部损伤和弹性模量变化，但监测数据很难量化处理。近年来，X射线断层扫描成像技术在研究混凝土内部结构中得到应用，越来越多的研究人员开始利用这种无损探测手段测试水泥基材料的损伤劣化过程。

关于混凝土冻融破坏机理的研究及抗冻性研究在过去的几十年中一直是一个热点问题，提出的破坏机理有很多种，主要有静水压理论、渗透压理论、结晶压理论、微冰透镜（micro-ice-lens）理论和胶结层裂（glue-spall）理论等。上述冻融破坏理论大部分是从纯物理模型出发，经假设和推导而得出，然而受到冻融介质、服役状态、环境条件等多重因素的影响，混凝土的冻融破坏很可能是在某种特定条件下以某种破坏机理为主导的多种作用机理的结合。

冻融破坏是与水泥基复合材料的内部孔结构、孔隙水的物理化学行为及局部环境条件等密切相关的力学作用结果。混凝土的冻融破坏按冻融介质可分为水冻破坏和盐冻破坏。对于水冻破坏，除了热应力作用外，根据过剩水是否能够及时排出，可将主要破坏应力来源分为静水压破坏和结晶压破坏。对于完全饱水的水泥基复合材料，当处于不可排水状态时（比如非引气密封试件），由水转变为冰所伴随的体积膨胀导致材料内部的未结冰水因没有足够的空间容纳而受到排挤，从而产生静水压力。当试件处于可排水状态且静水压力可忽略时，破坏应力主要来源于冰的结晶压力。可见，静水压破坏或结晶压破坏与试件的密封条件，排水状态有关。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种通过改进水泥基材料试件的表面密封状态和冻融循环制度，得到冻融损伤前后水泥基材料的微观结构，并定量分析由冻融循环作用产生的微裂缝分布，从而为水泥基复合材料冻融破坏的机理研究提供依据的水泥基材料冻融损伤的微观结构检测方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种水泥基材料冻融损伤的微观结构检测方法，包括以下步骤：

步骤1、对长龄期的水泥基材料样品作切割、打磨，得到若干个相同尺寸的水泥基材料试件；

步骤2、对水泥基材料试件做真空饱水处理；

步骤3、将步骤2处理后的试件的一面作为底面，对试件进行X射线断层扫描，得到冻融前的二维灰度图像数据，所述每个水泥基材料试件对应一组二维灰度图像数据；

步骤4、对步骤3处理后的水泥基材料试件再次做真空饱水处理；

步骤5、将经步骤4处理后的水泥基材料试件随机分成三类，将每类水泥基材料试件置于不同密封条件下进行冻融前处理，所述密封条件包括全密封、半密封和不密封；

步骤6、分别对上述进行冻融前处理后的三类水泥基材料试件做一次冻融循环；

步骤7、对步骤6处理后的试件进行X射线断层扫描，得到一次冻融循环后的二维灰度图像数据；反复进行冻融循环，直至水泥基材料试件失效，此时得到若干次冻融循环后的二维灰度图像数据；所述每个水泥基材料试件每冻融循环一次对应一组二维灰度图像数据；

步骤8、分别对冻融前和每次冻融循环后的二维灰度图像数据进行处理和定量分析，得到每个水泥基材料试件的冻融前三维灰度图像数据和每次冻融循环后的三维灰度图像，并通过灰度变化统计裂纹信息，所述裂纹信息包括体积分数、连通性、比表面积、空间取向程度。

进一步地优选方案，本发明水泥基材料冻融损伤的微观结构检测方法中，步骤1中将长龄期的水泥基材料样品作切割、打磨为圆柱体水泥基材料试件，圆柱体尺寸为：直径Φ=8.2mm、长度L=10mm，所述水泥基材料为水泥净浆、水泥砂浆或混凝土。

进一步地优选方案，本发明水泥基材料冻融损伤的微观结构检测方法中，所述密封条件为全密封时进行冻融前处理，具体包括：用环氧树脂全密封或保鲜膜全密封；全密封条件下的水泥基材料试件在气冻气融环境下进行冻融循环。