水泥基材料的現(xiàn)代測試方法綜述

(揚州大學 江蘇 揚州 225127)

一、引言

水泥混凝土是由水泥、砂、石、水、礦物摻合料和化學外加劑組成的建筑材料，是人類主要的建筑材料。近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國水泥的年產(chǎn)量已居世界首位，2014年年產(chǎn)近34億噸，占世界總年產(chǎn)量的60%左右。在水泥不斷發(fā)展的同時，其在煅燒和使用過程中產(chǎn)生的危害不容忽視。科學技術的進步是推動水泥工藝節(jié)能減排的主要動力，近年來我國科技在節(jié)能減排取得了巨大的成績。隨著水泥混凝土技術的發(fā)展，越來越多先進的檢測設備和技術被應用于水泥混凝土的研究，例如核磁共振儀、紅外光譜儀、掃描電鏡、熱重分析儀、壓汞儀、X-射線衍射儀等，先進的檢測技術的應用極大的提升了對水泥混凝土本質的理解，從而推動水泥混凝土行業(yè)科學與技術的進步。

二、水泥基材料的基本性質

(一)水泥的主要品種。現(xiàn)代水泥的品種較多，根據(jù)礦物組成，可分為5大類：(1)硅酸鹽水泥；(2)硫酸鹽水泥；(3)堿激發(fā)水泥；(4)鋁酸鹽水泥；(5)鎂質水泥。其中硅酸鹽水泥占市場應用和研究的主體[1]。

(二)新拌水泥基材料。新拌水泥基材料包括水泥的水化、新拌水泥基材料的流變性能、新拌水泥基材料的收縮。水泥的水化是一個復雜的過程，自水泥接觸開始便開始進行，并一直進行。水泥基材料的結構會隨著水泥水化反應逐漸演變，有流變狀態(tài)逐漸變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。水泥里的不同組分與水反應生成相應的水化產(chǎn)物，然后水化產(chǎn)物沉淀形成硬化體。隨著時間的推移水泥的不斷水化，水泥的結構逐漸形成。

(三)硬化水泥基材料。硬化水泥基材料包括微觀結構、力學性能、耐久性。硬化混凝土是由固相、液相和氣相組成。其中水泥水化產(chǎn)物主要包括：C-S-H凝膠，氫氧化鈣，鈣礬石。水在水泥石中的存在形式主要有：水蒸氣，毛細孔水，吸附水，層間水，化學結合水。水泥中的孔隙主要是：凝膠孔，毛細孔，孔隙。力學性能使之水泥基材料的抗壓強度，耐久性是指長期保持良好的服役性能。水泥基材料的力學性能和耐久性有水泥基的微觀結構決定。

三、微觀測試方法

(一)水泥基材料顆粒尺寸測試方法。水泥基材料顆粒粒徑的測試方法主要有顆粒粒徑測試方法與比表面積測試法。顆粒粒徑測試方法有：(1)篩分法；(2)顯微鏡圖像分析法；(3)沉降法；(4)電感應法；(5)激光粒度分析法。比表面積測試法是BET氮氣吸附法。激光粒度法操作方便，結果準確，此方法被廣泛應用。BET氮氣吸附法是測量顆粒比表面積最準確的方法。

(四)掃描電鏡測試方法。掃描電鏡是直接觀察物質表面形貌的一種測試方法[4]，它通過聚焦得非常細的高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)各種物理信息而成像的。掃描電鏡利用電子透鏡將一個電子束斑縮小到納米級尺寸，利用偏轉系統(tǒng)是電子束在樣品表面上做光柵掃描，用過電子束的掃描激發(fā)出次級電子和其他物理信息，經(jīng)探測器收集后成為信號，調制一個同步的顯像管的亮度，顯示出圖像。掃描電鏡是水泥基材料的微觀形貌觀察、微觀成分分析的一種手段。可以通過掃描電鏡觀察到水泥水化產(chǎn)物生產(chǎn)的情況，水泥基材料表面的孔的情況。掃描電鏡在水泥基材料中的應用越來越廣泛、普遍。

(五)熱分析測試方法。熱分析是通過控制熱分析儀的升溫速率，通過儀器中的精確天平測量試樣在不同溫度下質量的損失情況，通過不同水化產(chǎn)物的分解溫度的不一樣從而確定某種水化產(chǎn)物，通過水化產(chǎn)物分解的峰值的高低不同測得不同配比的物質的生成的水化產(chǎn)物的含量不同[5]。

四、結語

隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的測試儀器設備和測試方法被用于水泥基材料中。水泥基材料的反應機理通過先進的儀器和方法被發(fā)現(xiàn)和證明，隨著對水泥基材料的微觀結構的研究不斷深入，越來越多的水泥基材料的性能得到改善。