水泥基材料的一维碳化、氯离子和硫酸盐侵蚀的XCT结果分析

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工业用XCT可以无损的检测水泥基材料的微观结构,但研究发现测试所得结果中包含了不应忽略的由仪器及外界因素造成的误差。将所得结果进行直接分析将导致对所研究过程的错误理解。在综合分析了多个硬化水泥浆体在一维氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀和碳化过程的XCT结果后,本论文作者总结出了一套有理论依据的、可以降低结果中仪器和环境带来误差的分析处理方法,通过分析修正后的数据结果揭示了所研究的三类耐久性问题中硬化水泥浆体的微观结构变化规律,此外对微观结构变化的机理也进行了讨论。本论文的主要研究成果可以总结为以下几个方面:(1)在分析耐久性相关的XCT数据结果时,可以利用距离暴露表面较远、未受外界环境影响,且水化已基本终止区域的样品作为数据结果分析的参照物。基于参比位置各组分的含量在耐久性研究过程中不发生变化的假设,对各测试龄期中不同组分对应的灰度范围进行调整的方法,可以达到修正仪器和测试条件对实验结果带来误差的目的。(2)在探讨硬化水泥浆体中的Cl-侵蚀方面,XCT结果无法判断出Cl-的侵蚀深度,但经过本文方法处理过的数据结果可以反映出硬化水泥浆体中Ca溶出的程度,以及在此过程中出现的硬化水泥浆体从表至里出现的微观结构逐渐疏松、水泥颗粒进一步水化的现象和深度。由浸泡0.5mol/L NaCl溶液导致的该结构逐渐疏松的现象存在一临界状态,在达到此极限状态之后,样品的微观结构将基本趋于稳定。相同的NaCl溶液对水灰比为0.35的试件的影响深度弱于水灰比为0.5的试件。在两个不同水灰比的样品中,微观结构变化的深度与浸没时间的平方根存在近似的线性关系。此外,浸泡于0.5mol/L NaCl+饱和Ca(OH)2溶液中的样品XCT结果表明:Ca溶出现象得到了明显的缓解,材料逐渐疏松的现象弱于0.5mol/L NaCl浸泡结果。当样品浸泡于海水中时,可能由于Cl-浓度低及海水中大量复杂离子存在的原因,XCT结果分析未发现材料的微观结构有明显的变化。(3)材料的碳化实验结果表明5%的CO2引起了硬化水泥浆体微观结构先致密后疏松的过程,本文提出的XCT结果分析方法可以较为准确的定位CO2的侵入深度。此外,XCT和TG的试验结果均发现水灰比为0.35和0.5的样品,CO2的侵入深度基本相同,这与普遍接受的碳化深度理论具有明显差异,但需要注意的是本论文提出的XCT分析方法与传统喷洒酚酞检测法所测得的两种深度结果具有理论上的本质不同,且该结论与已有的部分文献结果相吻合。(4)在硫酸盐侵蚀的研究中,通过本论文提出的分析方法可以判断表层裂缝开展深度和硫酸盐在样品中的侵蚀深度。其中,通过分析所得到的材料表层裂缝深度与目测到的XCT图片结果中的裂缝延展深度非常接近。此外,XCT结果分析得到的硫酸盐侵蚀深度与离子色谱所得到的硫酸根离子分布结果也高度吻合。最后,为降低其他学者在使用此方法时可能存在的各种问题,本文作者利用Excel VBA编写了一个快速分析处理水泥基材料在一维侵蚀环境下XCT分析数据的程序,可以在灰度阈值调整改进后,通过Avizo导出的数据结果快速判断不同龄期各组分的变化及其侵蚀深度。
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