基于X-CT的非飽和水泥基材料 水分傳輸與滲透系數計算

楊 林，張云升，張春曉

(1.鄭州大學水利科學與工程學院，鄭州 450001；2.蘭州理工大學土木工程學院，蘭州 730050；3.中國人民解放軍軍事科學院國防工程研究院工程防護研究所，洛陽 471023)

0 引 言

基于重量法的毛細吸水測試是研究水分傳輸的傳統試驗方法，它能定量表征吸水量和吸水速率，但是無法監測水分傳輸的動態過程，也無法確定水分的傳輸高度[7]。隨著現代分析測試技術的發展，核磁共振、中子成像和伽馬射線成像逐漸被用來監測多孔材料的水分動態傳輸[8-11]。然而，核磁共振技術在硅酸鹽水泥基材料中的應用存在局限性，水泥中的鐵相會干擾信號；伽馬射線成像只適用于吸水率較高的材料(通常大于5 g/100 cm3)；中子成像是研究水泥基材料水分傳輸較為理想的技術，但是全球的中子源非常有限，限制了該技術的廣泛應用[12]。X射線計算機斷層掃描(X-CT)是近年來發展較為迅速的無損檢測技術，東南大學Zhang等[6]提出了利用X-CT聯合Cs離子增強技術原位連續監測水泥基材料水分傳輸，不僅能觀測水分傳輸的動態過程，而且能準確地判定水分傳輸的距離，為研究多孔介質的水分傳輸提供了可靠的測試手段。

本研究利用X-CT聯合Cs離子增強技術原位監測非飽和水泥基材料水分傳輸過程，獲得水分傳輸的毛細吸水系數，在此基礎上通過理論推導提出了計算滲透系數的模型，并系統研究了水灰比、粉煤灰摻量、礦渣摻量和砂體積摻量對水泥基材料水分傳輸的影響。

1 滲透系數理論模型

在壓力梯度下，多孔介質的水分傳輸通常用達西定律進行描述[13-14]：