[发明专利]一种计算水泥基材料中粉煤灰水化程度的方法

说明书

本发明公开了一种计算水泥基材料中粉煤灰水化程度的方法，其步骤包括：1、利用扫描电镜配备的波谱仪获取水泥基材料浆体中的特征元素分布图；2、利用粉煤灰的特征元素分布图对浆体中未水化粉煤灰进行图像识别；3、选取足够的图像数量，获得统计意义上合理的未水化粉煤灰的面积分数和体积分数，根据水泥基材料配合比和原材料密度得到粉煤灰初始体积分数，最终得到粉煤灰的水化程度。本发明针对水泥基材料中粉煤灰图像识别的困难，应用特征化学元素分布图像提高未水化粉煤灰的辨识性，改善水泥基材料中粉煤灰水化程度计算的准确性。

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，尤其涉及一种计算水泥基材料中粉煤灰水化程度的方法。

背景技术

粉煤灰作为一种矿物掺合料，在水泥基材料中的应用越来越广泛。众所周知，粉煤灰在水泥基材料中主要起到三方面作用：微集料效应、形态效应和火山灰效应。其中，粉煤灰的火山灰效应是指粉煤灰中的活性物质与水泥的水化产物——氢氧化钙发生二次水化反应，生成水化硅酸钙凝胶或水化硅酸铝钙凝胶，填充孔隙，有利于水泥基材料后期强度发展并改善耐久性。因此，确定粉煤灰的水化程度，对评价其反应活性以及火山灰效应对体系结构形成的贡献等具有重要意义。

目前，测定水泥基材料中粉煤灰水化程度的方法主要有选择性溶剂溶解法和背散射电子图像分析法。选择性溶剂溶解法的基本原理是：在水泥基材料中，水泥与粉煤灰的水化产物以及未水化水泥颗粒会溶解于特定某种酸(例如盐酸)，而未水化粉煤灰颗粒不会溶解于这种酸，因此，可以利用这种酸将水泥及水化产物和未水化粉煤灰颗粒分离开来，得到未水化粉煤灰颗粒的质量分数，根据配合比中粉煤灰的初始质量分数，进而得到粉煤灰的水化反应程度；然而，选择性溶剂溶解法在测试粉煤灰水化程度的过程中由于选择的酸性溶液实际上并不能使水化产物和未水化水泥颗粒完全溶解，导致测试结果并不准确。背散射电子图像分析法主要利用灰度阈值和粉煤灰颗粒的球形形态特征对水泥基材料的背散射图像进行粉煤灰颗粒分割，获得未水化粉煤灰颗粒的面积分数和体积分数，根据粉煤灰的初始体积分数得到其水化反应程度；但这一过程费时费力，更主要的是无法识别内部中空的粉煤灰颗粒或者非规则形状的粉煤灰颗粒，最终依旧无法准确测试粉煤灰水化程度。

发明内容

为了克服现有方法对水泥基材料中粉煤灰水化程度无法准确测试的不足，本发明提出一种采用粉煤灰中特征元素对水泥基材料中未水化粉煤灰颗粒进行分离的方法，进而得到未水化粉煤灰颗粒的体积分数，根据水泥基材料配合比中粉煤灰的初始体积分数，最终计算出粉煤灰的水化程度。

本发明提供了一种计算水泥基材料中粉煤灰水化程度的方法，包括如下步骤：

(1)水泥基材料的配制：

以包括骨料、胶凝材料在内的原材料制备水泥基材料，胶凝材料包括粉煤灰和水泥；

(2)微观图像的获取：

在水泥基材料的浆体中取样观测，并进行特征元素的面扫描，得到元素分布图；

(3)粉煤灰的图像识别与分离：

对元素分布图进行分析，根据特征元素含量的不同分离出未水化粉煤灰，特征元素包括钙、硅、铝、硫、氧、铁、钠和钾；

(4)粉煤灰水化程度α的计算：

其中，为未水化粉煤灰在浆体中的平均体积分数，由软件统计得出；

为浆体在水泥基材料中的体积分数，由水泥基材料的配合比和原材料的密度计算得到；

为水泥基材料中粉煤灰的初始体积分数，由配合比和原材料的密度计算得到。

优选的，步骤(1)中，骨料包括硅砂，原材料还包括减水剂。

优选的，步骤(2)中，水泥基材料在取样前，先经过入模养护、切割薄片、浸泡、抛光、超声清洗、喷碳处理以满足微观测试要求。