混凝土材料科学与工程技术研究丛书（第1期）：用电阻率表征水泥混凝土结构形成动力学及性能_魏小胜著_9787562953258

　　混凝土电阻率法可以对水泥水化过程进行动态监测，还可反映水化体系中整个范围内孔的形成及变化过程，为测试微观结构特征和宏观性能提供了一种有效的研究手段。电阻率与水化特性、动力学参数、凝结时间、化学收缩等密切相关。《混凝土材料科学与工程技术研究丛书（第1期）：用电阻率表征水泥混凝土结构形成动力学及性能》基于电阻率的发展趋势与孔结构变小和强度增加的趋势相似的特征，设计出一种试验方法，即用电阻率的变化来表征混凝土内部结构的变化，得到了所见即所得的认知效果，达到了认识水泥混凝土水化过程，并能预测体积变形的目的，也就是“电阻率发展速率越快”，就表现出“单位体积内水化产物多”，“强度高”，“自收缩大”的特点。

　　混凝土对于研究材料科学的人来说，既简单又有魅力。蔡方荫教授创造了“砼”这个字来表示混凝土，这个字从汉字的构形上会意地表达了混凝土是一种“人工石材”，硬化后的混凝土具有坚硬如石的特点；混凝土的英文单词concrete源于拉丁文“concretus”，concretus是“共同生长”（grow together）的含义，它表达了混凝土富有生命体的特性，体现了混凝土“幼年，少年，青年，中年，老年”的类似生命体的成长阶段，也表达了“流动，凝结，硬化”的强化过程。中文“砼”强调了混凝土的结果，英文“concrete”强调了混凝土的过程。综合英文“concrete”和中文“砼”的含义，可以将混凝土理解为水、水泥、砂、石、化学外加剂和矿物外加剂经过水化作用，“共同生长”成为“人工石材”的动态密实化过程。
　　可以用图1所示的结构形成图来简单地描述这个过程，黑色颗粒代表未水化的水泥颗粒，黑色外面的浅灰色代表内水化产物，最外层的深灰色代表外水化产物，图中的小黑点代表从水泥颗粒中溶解出来的离子。可以看出，随着反应时间的延长，外水化产物之间越来越靠近，含离子溶液的空间越来越小，外水化产物量的增长使得水泥颗粒越来越靠近，包含离子的溶液所占空间越来越小，结构越来越密实。可以想象成在一个狭小的房间里有许多人，如果大家都在发胖，过一段时间就会彼此紧贴在一起。
　　因此，混凝土的研究工作者们一直很关心一个问题：在单位体积内的水泥混凝土中，有多少水泥参与了反应，水化产物靠近的速率是多少。这就是水泥混凝土水化动力学和结构形成动力学需要回答的问题。如果能清楚地了解混凝土的动力学过程的规律，对于合理地配料并制订搅拌、泵送、振动成型等工艺参数，以及科学地控制和预测结构形成过程及其性能有重要意义。
　　那么，有什么好的方法能表征水泥和混凝土反应快慢以及结构形成的快慢呢？最值得推荐的方法是电阻率测试方法。如果在图1所示的浆体方块的两端通电，小黑点所代表的离子就会在溶液的空间中迁移，随着时间延长，单颗水泥水化程度增加，产物越来越多，产物越来越靠近，固相空间越来越大，液相空间越来越小，离子在电压下迁移时所受到的阻碍就变大，因此电阻也变大。将电阻转换成电阻率就得到电阻率随时间而增加的曲线，见图2中的虚线，可以形象地描述为美妙的一勾。一般来说，如果该曲线上扬的幅度比较大，就表示结构形成速度快，将来的强度就会高。如果将虚线进行微分处理就会得到图2中实线所对应的电阻率变化速率曲线，根据曲线上的特征点可以将水泥和混凝土的水化过程分为：溶解一结晶期、诱导一凝结期、加速期、减速期和稳定期这5个阶段。一般来说，特征点对应的时间越早，结构形成速度越快。为了更加明了这两条曲线的意义，可以简单地描述为“电阻率曲线表示混凝土孔隙率的减少，电阻率微分曲线表示混凝土孔隙率减少的速率”。

你还可能感兴趣

我要评论