基于圖像觀測的硬化水泥漿體孔徑分析

陳宗麗，李俊鋒，宋 楊

(1.常州工程職業技術學院建筑工程學院，常州 213164；2.常州工學院土木建筑工程學院，常州 213032)

0 引 言

混凝土是一種成分復雜、孔隙尺寸跨度較大的多尺度多孔介質材料，而混凝土的多數耐久性問題，如碳化、氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕等，均是由于環境中的侵蝕性物質通過混凝土孔隙結構與其內部發生物質交換，進而導致混凝土出現性能劣化的現象。同時，混凝土的孔隙結構主要是由硬化水泥漿體、ITZ和氣孔/原生裂縫構成[1-2]，其中硬化水泥漿體是混凝土整體孔隙結構的主要組成部分，對混凝土的耐久性和滲透性有著至關重要的作用[3-4]。

目前，用于研究混凝土內部孔隙結構的方法很多，可以被分為間接方法(氣體吸附法、壓汞法、核磁共振)和直接方法(X-CT和SEM)。Faure等[4]采用氮氣吸附的方法測量水灰比為0.4的水泥凈漿，其孔隙半徑主要集中在5～10 nm和40～60 nm兩個區域。Abell等[5]分別使用壓汞法和壓“伍德合金”法對水灰比為0.6的水泥砂漿的孔隙結構進行測定：壓汞法的結果表明水泥砂漿的孔隙主要集中在<0.005 μm的微孔，而壓伍德合金法測得的孔徑主要集中在0.02～50 μm之間的中孔。Pipilikaki等[6]借助核磁共振研究了石灰石添加對水泥凈漿硬化物凝膠孔隙的影響，隨著石灰石的比例逐步提高(0%～35%)，水泥凝膠孔孔徑逐漸降低(1.53～1.28 nm)。王中平等[7]利用核磁共振冷凍測孔法測得不同齡期和水灰比的白水泥凈漿孔徑尺寸主要分布在5～20 nm之間。韓建德等[8]利用X-CT觀測了水泥砂漿長方體試件40 mm×40 mm×100 mm內部缺陷結構，并定量分析了此缺陷結構在碳化前后的變化。Diamond[9]分別采用壓汞法和電子顯微鏡掃描法研究養護28 d的水灰比為0.4水泥凈漿的孔徑分布。在0.8 μm的分辨率下，通過SEM得到的孔隙率僅為壓汞法的一半，且孔隙主要集中在1～10 μm之間，遠大于壓汞法的0.05～0.1 μm。

然而，壓汞法、核磁共振等間接方法雖然可以獲取硬化水泥漿體的孔隙結構特征，但是仍然無法真正展示孔隙結構，并且其結果往往通過各種前提假定獲得，可能產生一定的偏差。X-CT和SEM等直接方法雖然可以分別直接探究材料的三維和二維孔隙結構，但是X-CT由于分辨率僅為微米級別，無法觀測到硬化水泥漿體中最可幾的10～100 nm孔隙，而SEM則僅可以對材料的表面孔隙進行表征，無法探究其真實三維特征。……