水泥基材料水分敏感性理论——低场磁共振技术创新应用

本书总结水泥基材料与孔和水有关的结构特征与宏观性能，重点分析经典理论无法解释的与水有关的异常现象，介绍低场磁共振测试技术的理论基础并建立适用于水泥基材料的低场磁共振测试方法，利用该方法进行原状测试分析进而提出水敏性概念，同时从微观机制及宏观性能层面对水敏性进行系统论证。本书立足水敏性的丰富内涵，准确分析水灰比、养护温度对砂浆孔结构及水分渗透率的影响，定量模拟长期毛细吸水过程、初始毛细吸水速率对饱和度的依赖关系和等温恒湿干燥过程。本书系统地阐述适用于水泥基材料的低场磁共振测试技术，全面论述水敏性理论，注重物理概念的解析和物理过程的数学描述，特色鲜明，可为水泥基材料测试分析提供技术支撑，并为相关理论研究与技术开发提供指导，适合土木工程及无机非金属材料专业研究生、高年级本科生及科研人员参考。

前言
致谢
符号表
第1章 水泥基材料概述 1
1.1 水泥浆的组成 1
1.1.1 硅酸盐水泥 1
1.1.2 水泥水化过程 4
1.1.3 水泥水化产物 6
1.2 硬化水泥浆的微结构 10
1.2.1 C—S—H 凝胶的结构 10
1.2.2 孔结构 18
1.3 宏观性能特征 26
1.3.1 与孔结构的相关性 27
1.3.2 与含水量的相关性 35
第2章 与水有关的异常现象 46
2.1 渗透性能异常 46
2.1.1 渗透率的概念 46
2.1.2 渗透率与孔结构关系模型 51
2.1.3 水分渗透率异常低 54
2.1.4 时变水分渗透率 56
2.1.5 对液体性质的依赖关系异常 58
2.2 毛细吸收性能异常 59
2.2.1 毛细吸收速率的定义 59
2.2.2 偏离根号时间线性规律 63
2.2.3 本征毛细吸水速率异常小 64
2.2.4 对温度的依赖关系异常 65
2.2.5 对初始饱和度的依赖关系异常 66
2.3 收缩性能异常 68
2.3.1 经典干燥收缩理论 68
2.3.2 异丙醇置换收缩 78
2.3.3 碱含量影响 79
2.3.4 孔壁憎水处理影响 82
2.3.5 碳化收缩 83
2.4 孔隙比表面积异常 84
2.5 本章小结 87
第3章 低场磁共振测试技术基础 88
3.1 概述 88
3.2 磁共振现象 90
3.2.1 原子结构 91
3.2.2 磁共振原理 96
3.2.3 宏观磁化强度矢量 100
3.2.4 布洛赫方程 103
3.2.5 纵向与横向弛豫 106
3.3 多孔介质磁共振弛豫理论 110
3.3.1 自由弛豫 111
3.3.2 表面弛豫 112
3.3.3 扩散弛豫 113
3.3.4 孔溶液弛豫 113
3.4 基本测量方法 116
3.4.1 自由感应衰减 117
3.4.2 Hahn 自旋回波测试 118
3.4.3 横向弛豫测试 120
3.4.4 纵向弛豫测试 121
3.5 低场磁共振测试 123
3.5.1 设备硬件系统 124
3.5.2 设备工作状态调试 128
3.5.3 测试参数设置 130
第4章 横向弛豫测试分析方法 133
4.1 横向弛豫时间谱测试 133
4.1.1 固相信号屏蔽方法 134
4.1.2 液相信号采集方法 136
4.1.3 横向弛豫总信号量 137
4.1.4 横向弛豫时间刻度 140
4.1.5 测试参数的合理选择 141
4.2 横向弛豫时间谱反演计算 144
4.2.1 拉普拉斯逆变换反演 144
4.2.2 多指数反演 148
4.3 表面弛豫强度的测定 150
4.3.1 自旋回波测试法 150
4.3.2 其他测试方法 151
4.4 典型饱水孔结构特征 152
第5章 孔结构随含水率演化研究 156
5.1 试验研究方案 156
5.1.1 材料与试件 156
5.1.2 孔结构测试 157
5.1.3 渗透率测试 159
5.1.4 非饱和传输性能试验 161
5.1.5 等温吸附脱附试验 164
5.1.6 非饱和水分分布测试 165
5.2 孔结构特征分析 167
5.2.1 表面弛豫强度 167
5.2.2 连续孔径分布曲线 169
5.2.3 离散孔结构 171
5.3 孔结构动态演化 174
5.3.1 热力学对比分析 174
5.3.2 动力学演化分析 178
5.3.3 水敏性的提出 182
5.4 非饱和传输性能分析 183
5.4.1 传输性能数学模型 184
5.4.2 非饱和气体渗透率 187
5.4.3 非饱和毛细吸水速率 190
5.5 主要结论 193
第6章 水敏性的物理机制 195
6.1 储集岩石的水敏性 195
6.1.1 水敏性现象 195
6.1.2 黏土矿物的微结构特征 197
6.1.3 岩石水敏性的物理机制 200
6.2 水泥基材料的水敏性 203
6.2.1 C—S—H 凝胶湿胀 204
6.2.2 C—S—H 凝胶干缩 205
6.2.3 水敏性机制分析 207
6.2.4 C—S—H 凝胶与水的相互作用 207
6.3 水敏性的内涵 211
6.3.1 渗透率视角 211
6.3.2 毛细吸收视角 213
6.3.3 收缩性能视角 215
6.3.4 微结构特征视角 217
6.4 主要结论 219
第7章 水灰比和高温水浴影响研究 221
7.1 试验研究方案 221
7.1.1 材料与试件 221
7.1.2 水分渗透率测试 222
7.1.3 孔结构测试 223
7.1.4 高场磁共振测试硅谱 224
7.2 水灰比影响分析 226
7.2.1 水泥水化产物 226
7.2.2 真密度和孔隙率 227
7.2.3 水分渗透率 228
7.2.4 饱水状态孔径分布 229
7.2.5 干燥状态孔径分布 237
7.3 高温水浴影响分析 239
7.3.1 水泥水化产物 239
7.3.2 真密度和孔隙率 241
7.3.3 水分渗透率 241
7.3.4 饱水状态孔径分布 242
7.3.5 干燥状态孔径分布 244
7.4 水分渗透率模型验证 245
7.4.1 Katz-Thompson模型 246
7.4.2 Kozeny-Carman模型 248
7.5 扩展讨论 251
7.5.1 水灰比影响分析 251
7.5.2 C—S—H 凝胶老化影响 252
7.5.3 水泥基材料孔径分级方式 253
7.6 主要结论 254
第8章 水敏性理论的应用 256
8.1 长期毛细吸水过程分析 256
8.1.1 修正非饱和水分传输理论 257
8.1.2 时变水分传输性能模型 259
8.1.3 毛细吸水试验方案 261
8.1.4 毛细吸水试验结果分析 264
8.1.5 长期毛细吸水过程预测 268
8.1.6 长期毛细吸水过程反演 273
8.1.7 毛细吸水过程及其速率简评 279
8.2 初始毛细吸水速率与饱和度的关系分析 281
8.2.1 毛细吸水速率与渗透率的理论关系 282
8.2.2 渗透率的动态变化 284
8.2.3 相对毛细吸水速率的解析模型 285
8.2.4 相对毛细吸水速率的模型验证 286
8.2.5 模型简化与推广 288
8.3 等温恒湿干燥过程分析 292
8.3.1 水分蒸发过程描述 293
8.3.2 等温恒湿干燥过程描述 294
8.3.3 等温恒湿干燥试验方案 301
8.3.4 等温恒湿干燥试验结果 302
8.3.5 经典气液耦合传输模型分析 306
8.3.6 修正气液耦合传输模型分析 309
8.4 主要结论 312
参考文献 314
索引 357