基于水泥基材料电性能及强度与电性能相关性研究

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1、摘要通过研究水泥基材料的电性能来了解材料的细观结构，逐渐成为结构领域的研究热点，研究人员将水泥基材料看成是一个多孔的电化学系统，材料宏观电性能的变化，可以反映其内部结构的变化，从而间接反映出水泥基材料的力学性能和耐久性能的变化，但在探究细观结构与其力学性能之间的关系方面，还没有一种方法或结论得到大家的公认，因此本文从水泥基材料电性能研究入手，初步考察其力学性能与电性能的相互关系。本文按照先简单后复杂的原则，依次选择水泥净浆、砂浆和混凝土作为研究对象，对水泥基材料的电性能进行深入的研究。设计不同的配合比，制备

2、了系列的水泥净浆、砂浆及混凝土试样，在标准条件下养护至规定龄期。采用自动液压试验机测定其力学性能，用安捷仑I-IP4294A阻抗分析仪测定其电性能，用SEM观察分析其微观结构；探讨了不同的电极材料对电性能参数测定值的影响；分析了水泥品种及养护龄期对水泥基材料试样电性能和力学性能的影响。主要研究内容和结论如下：(1)分别对水泥净浆、砂浆、混凝土试样的电性能进行了研究。发现水泥基材料的电性能具有相似的规律，即随着测试频率的增加，水泥基材料的阻抗和电容值逐渐降低。其中在1KHz

3、qol

4、变化较大，频率超过40K．Hz以后，变化幅度逐渐减小，当频率高于200KHz以后，变化趋于平缓。(2)研究了水灰比及养护龄期对水泥基材料电性能的影响，考察了水泥基材料的电容、阻抗随水灰比的变化规律。对于养护14d龄期的试样，水灰比为0．3—0．5时，随水灰比增大，试样的阻抗值逐渐降低，电容逐渐增大，但是，当水灰比增为0．6时，阻抗值反而升为最大，电容值降为最低。对于养护28d、60d等长龄期的试样，随着水灰比增大。硬化水泥浆的阻抗值逐渐降低，而电容值逐渐增大。可见，养护龄期长时，浆体硬化程度相对较高，结构比

5、较致密，其电性能测量值比较稳定。规律性较好。(3)研究分析了水泥基材料力学性能与电性能的关系。结果显示，水泥基材料的抗压强度与阻抗和电容之间有一定的相关性，并且发现，水灰比和养护龄期对这种相关规律有重要影响。养护龄期较短时，如14d，水灰比为O．3--0．5时，相关性较明显，即阻抗值越低或电容越大的试样，其抗压强度越高，水灰比过高，如为0．6时，则规律不明显，可能是高水灰比试样孔隙率比较高，影响电性能测试结果。养护龄期较长时，如28d以上，随着水灰比增大，硬化水泥浆的阻抗值逐渐降低，电容值逐渐增大，而抗压强

6、度逐渐降低。(4)研究分析了水泥品种对水泥基材料力学性能与电性能的影响。可以发现，硫铝酸盐水泥同普通硅酸盐水泥净浆试样阻抗和电容与频率关系具有相似的规律。龄期较短时，如14d，硫铝酸盐水泥试样电容和阻抗值高于普通水泥浆体，龄期较长时，如28d，电容和阻抗测值相差不超过10％。早强快硬型水泥在低龄期时水化充分，浆体硬化程度相对较高，结构比较致密，其电性能测量值较稳定。(5)考察了矿物掺料及减水剂对水泥基材料电性能的影响。可以发现，加入矿物掺料如粉煤灰和矿渣后，砂浆试样在较短养护龄期如14d时，电容和阻抗降低，

7、在较长养护龄期如28d以上时．同基准试样相比电容和阻抗变化很小。减水剂的掺加对电性能和强度都有一定影响。掺减水剂的试样在高水灰比下电性能与力学性能相关性不明显。掺减水剂的试样早期抗压强度值比未掺减水剂试样稍低，且掺加碱水剂使混凝土试样的电性能与强度关系发生变化，即随强度上升，阻抗下降，电容增大。关键词水泥基材料；抗压强度；交流阻抗；电容n耋璺蛋苫銮主苫誊堡主耋磐誊吕AbstractThroughcement-basednl删alselectricpropertiestounderstandthemicros

8、tructure，furthel-studytherelationshipbetweenmierostnlet哦andmechanicalproperties,graduallybec咄thehotspotinslruettralfield．Conductthethoroughrc"∞arehtothecementvmortarandeonerc"tespecimeneleeu'ieityproperties．Designeddifferentmixtureratio，preparedtheseriesce

9、ment,mortarandconcrete把stspecimen,maintainedundertheslandardconditiontothestipulationagetime．TheelectricityandmechanicalpropertiesofhardenedecmcntpastesamplesWelreinvestigatedbyI-IP4294Aimpedanceanalyzerandco