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第1章 水泥基材料科学基础1

1.1 引言1

1.2 水泥的主要品种2

1.2.1 硅酸盐水泥2

1.2.2 硫（铁）铝酸盐水泥3

1.2.3 碱激发水泥3

1.2.4 高铝水泥／铝酸盐水泥3

1.2.5 镁质水泥4

1.3 混凝土的原材料4

1.3.1 水泥4

1.3.2 骨料6

1.3.3 化学外加剂8

1.3.4 矿物掺合料9

1.4 新拌水泥基材料11

1.4.1 水泥的水化11

1.4.2 新拌水泥基材料流变性能14

1.4.3 新拌水泥基材料的收缩15

1.5 硬化水泥基材料16

1.5.1 微观结构16

1.5.2 力学性能18

1.5.3 耐久性20

1.6 小结22

参考文献22

第2章 颗粒材料尺寸测试分析24

2.1 引言24

2.1.1 颗粒材料尺寸的表征24

2.2 颗粒材料尺寸测试方法28

2.2.1 颗粒粒径测试方法28

2.2.2 比表面积测试法30

2.3 测试方法及原理30

2.3.1 激光粒度分析法30

2.3.2 比表面积-气体透过法31

2.3.3 BET比表面积32

2.4 取样／样品制备32

2.4.1 取样32

2.4.2 激光粒度分析法的样品制备32

2.4.3 透气法的样品制备33

2.4.4 BET法的样品制备33

2.5 测试过程及注意事项33

2.5.1 激光粒度分析33

2.5.2 比表面积-气体透过法34

2.5.3 BET比表面积35

2.6 数据采集和结果处理36

2.6.1 激光粒度分析36

2.6.2 比表面积-气体透过法36

2.6.3 BET比表面积37

2.7 结果的解释和应用38

2.8 与其他测试方法的比较38

2.9 小结40

参考文献41

第3章 水泥的水化热测试技术43

3.1 引言43

3.2 测试方法及原理43

3.3 取样／样品制备44

3.4 测试过程及注意事项44

3.4.1 仪器45

3.4.2 校准45

3.4.3 搅拌45

3.4.4 测量45

3.4.5 评价45

3.5 数据采集和结果处理45

3.5.1 等温量热仪46

3.5.2 半绝热量热仪46

3.6 结果的解释和应用47

3.6.1 水化热测试48

3.6.2 温度对水化的影响48

3.6.3 水灰比对水化的影响48

3.6.4 水化热和凝结时间及强度间的关系49

3.6.5 硅酸盐水泥石膏掺量的优化49

3.6.6 辅助性胶凝材料的活性50

3.6.7 外加剂对水泥水化的影响51

3.6.8 干混砂浆52

3.7 与其他测试方法的比较52

3.8 小结53

参考文献53

第4章 水泥水化H核磁共振谱测试技术56

4.1 引言56

4.2 测试方法及原理56

4.2.1 核磁共振基本原理56

4.2.2 弛豫现象57

4.2.3 弛豫时间的测量58

4.2.4 多孔介质中流体的弛豫59

4.2.5 弛豫理论与机理59

4.2.6 多孔道的弛豫与反演62

4.2.7 实验仪器63

4.3 取样／样品制备64

4.4 测试过程及注意事项64

4.5 数据采集和结果处理64

4.6 结果的解释和应用65

4.6.1 氢质子弛豫谱与新拌浆体中水的状态与分布65

4.6.2 氢质子弛豫时间与水化过程的关系66

4.6.3 氢质子弛豫信号量与水化过程中物理结合水的演变关系69

4.7 与其他测试方法的比较71

4.8 小结71

参考文献72

第5章 水泥基材料自收缩测试73

5.1 引言73

5.2 测试方法及原理74

5.2.1 体积测试法74

5.2.2 长度测试法75

5.2.3 间接测试法77

5.3 取样／样品制备79

5.3.1 体积测试法79

5.3.2 长度测试法79

5.4 测试过程及注意事项79

5.4.1 体积测试法79

5.4.2 长度测试法79

5.5 数据采集和结果处理81

5.5.1 自收缩零点的测试和确定81

5.5.2 结果处理81

5.6 结果的解释和应用82

5.6.1 水泥矿物组成对自收缩的影响82

5.6.2 水灰比对自收缩的影响83

5.6.3 辅助胶凝材料对自收缩的影响83

5.6.4 其他因素对自收缩的影响83

5.7 与其他测试方法的比较84

5.8 小结85

参考文献85

第6章 水泥基材料流变性能测试90

6.1 概述90

6.2 测试方法及原理93

6.2.1 ICAR流变仪工作原理94

6.2.2 ConTec Visco 5流变仪工作原理98

6.3 样品制备98

6.4 测试过程及注意事项98

6.4.1 ICAR流变仪98

6.4.2 ConTec Visco 5流变仪100

6.5 数据采集与结果处理102

6.6 结果解释和应用104

6.7 与其他测试方法的比较105

6.8 小结108

参考文献108

第7章 水泥基材料孔结构110

7.1 引言110

7.2 压汞法测孔的基本理论110

7.3 压汞测试方法112

7.3.1 电容法112

7.3.2 高度法112

7.3.3 电阻法112

7.4 取样／样品制备114

7.4.1 样品制备114

7.4.2 试样处理114

7.5 测试过程及注意事项115

7.5.1 操作方法115

7.5.2 注意事项116

7.6 压汞测孔的误差问题116

7.6.1 孔形的误差116

7.6.2 接触角的误差116

7.6.3 汞的表面张力117

7.7 压汞法分析水泥基材料常用的表征参数117

7.7.1 孔隙率118

7.7.2 孔径分布118

7.7.3 表面积118

7.7.4 孔隙体积分形维数119

7.8 MIP表征大掺量粉煤灰混凝土水化过程孔结构变化119

7.9 与其他方法的比较121

7.9.1 显微观察法122

7.9.2 等温吸附法122

7.9.3 小角X射线散射（SAXS）124

7.10 小结125

参考文献125

第8章 水泥基材料微观形貌分析127

8.1 引言127

8.2 测试方法及原理127

8.2.1 扫描电子显微镜（SEM）127

8.2.2 环境扫描电镜（ESEM）130

8.3 取样／样品制备130

8.3.1 取样130

8.3.2 SEM的样品制备131

8.3.3 BSE的样品制备131

8.3.4 喷涂处理134

8.3.5 试样储存135

8.4 测试过程及注意事项135

8.4.1 试验参数135

8.4.2 图像采集136

8.4.3 物相识别137

8.4.4 微区成分分析139

8.4.5 图像分析142

8.5 小结148

参考文献148

第9章 X-CT测试技术在水泥基材料中的应用151

9.1 引言151

9.2 测试方法及原理151

9.3 样品制备152

9.3.1 孔结构测试152

9.3.2 硬化水泥浆体的碳化测试153

9.3.3 原位监测水分传输153

9.3.4 纤维增强水泥基材料纤维空间分布153

9.4 测试过程及注意事项153

9.4.1 测试过程153

9.4.2 注意事项154

9.5 数据采集和结果处理154

9.6 结果的解释与应用155

9.6.1 孔结构155

9.6.2 硬化水泥浆体的碳化过程156

9.6.3 原位监测水分传输156

9.6.4 纤维增强水泥基材料纤维空间分布158

9.7 与其他测试方法的比较160

9.8 小结160

参考文献160

第10章 水泥基材料的X-射线衍射分析163

10.1 引言163

10.2 测试方法及原理163

10.2.1 X-射线的产生163

10.2.2 X-射线粉末衍射163

10.2.3 物相定性分析164

10.2.4 物相定量分析165

10.2.5 Rietveld方法166

10.3 取样／样品制备166

10.4 测试过程及注意事项170

10.4.1 试验参数设置170

10.4.2 分析软件及常用数据库170

10.5 定性与定量分析172

10.5.1 物相定性分析172

10.5.2 定量分析176

10.6 与其他方法的比较182

10.6.1 水化程度测试比较182

10.6.2 氢氧化钙183

10.6.3 钙矾石184

10.6.4 非晶体185

10.7 小结185

参考文献185

第11章 水泥基材料物相的热分析187

11.1 引言187

11.2 测试方法及原理187

11.3 取样／样品制备188

11.4 测试过程及注意事项190

11.4.1 浮力及对流的影响190

11.4.2 升温速率190

11.4.3 试验气氛190

11.4.4 坩埚的影响190

11.4.5 测试过程中注意避免试样变化190

11.5 结果处理191

11.5.1 基线校正191

11.5.2 数据处理191

11.6 结果的解释和应用191

11.6.1 常见水化物相的TG-DTG曲线191

11.6.2 定量分析192

11.6.3 试样处理对TGA结果的影响195

11.7 小结195

参考文献196

第12章 水泥基材料红外光谱分析197

12.1 引言197

12.2 测试方法及原理197

12.2.1 红外吸收的基本原理197

12.2.2 FTIR光谱仪原理201

12.3 取样／样品制备203

12.3.1 样品和溴化钾204

12.3.2 研磨204

12.3.3 压片204

12.4 测试过程及注意事项205

12.4.1 分辨率205

12.4.2 信噪比205

12.4.3 扫描次数205

12.5 数据和结果处理205

12.5.1 坐标的变换206

12.5.2 基线校正206

12.5.3 光谱平滑206

12.5.4 光谱差减206

12.5.5 定量分析207

12.6 结果的解释和应用207

12.6.1 水泥熟料208

12.6.2 水化过程208

12.6.3 水化产物210

12.7 与其他测试方法的比较214

12.8 小结214

参考文献215

第13章 交流阻抗技术在水泥基材料中的应用217

13.1 引言217

13.2 交流阻抗谱（ACIS）的测试原理218

13.2.1 ACIS上的容抗弧218

13.2.2 ACIS测试的工作假定219

13.2.3 ACIS中的参数意义219

13.3 取样／样品制备219

13.3.1 样品的形状219

13.3.2 样品的尺寸220

13.4 测试过程及注意事项221

13.4.1 测试过程中的参数选择221

13.4.2 测试过程中的注意事项224

13.5 阻抗数据采集和结果处理225

13.5.1 阻抗数据采集225

13.5.2 阻抗测试结果的处理225

13.6 水泥基材料ACIS测试结果的解析和应用229

13.6.1 用于水泥基材料ACIS解析的微观结构模型229

13.6.2 水泥基材料介电常数的测量232

13.6.3 混凝土长期及耐久性的测量233

13.7 与其他测试方法的比较236

13.7.1 用其他测试方法验证交流阻抗测试的微观结构变化规律237

13.7.2 ACIS解析参数与孔溶液浓度及孔隙率之间的关系238

13.8 小结238

参考文献239

第14章 水泥基材料氯离子迁移测试247

14.1 前言247

14.2 测试方法及原理252

14.2.1 电通量法252

14.2.2 自然浸泡法252

14.2.3 快速电迁移法252

14.3 样品制备254

14.3.1 电通量法254

14.3.2 自然扩散法254

14.3.3 扩散电迁移法254

14.4 测试过程及注意事项254

14.4.1 电通量法254

14.4.2 自然浸泡法256

14.4.3 快速电迁移法256

14.5 数据采集与结果处理259

14.5.1 电通量法259

14.5.2 自然浸泡法259

14.5.3 快速电迁移法259

14.6 结果的解释和应用259

14.6.1 电通量法259

14.6.2 自然浸泡法260

14.6.3 快速电迁移法260

14.7 几种方法测试结果的比较261

14.8 小结263

参考文献264

第15章 混凝土中钢筋锈蚀测试技术267

15.1 引言267

15.1.1 破损检测法概述267

15.1.2 非破损检测法概述269

15.2 半电池电位法280

15.2.1 前言280

15.2.2 测试原理281

15.2.3 取样和样品制备281

15.2.4 测试过程及注意事项283

15.2.5 数据采集和结果处理284

15.2.6 结果的解释和应用285

15.2.7 与其他测试方法的比较286

15.2.8 小结286

15.2.9 半电池电位法检测实例287

15.3 线性极化法289

15.3.1 前言289

15.3.2 测试原理290

15.3.3 取样和样品制备290

15.3.4 测试过程及注意事项291

15.3.5 数据采集和结果处理292

15.3.6 结果的解释和应用292

15.3.7 与其他方法的比较293

15.3.8 小结294

15.3.9 线性极化法检测实例294

15.4 极化曲线法297

15.4.1 前言297

15.4.2 测试原理298

15.4.3 新拌砂浆法299

15.4.4 硬化砂浆法300

15.4.5 极化曲线法检测实例303

参考文献306