大咖新著丨水泥基材料水分敏感性理論——低場磁共振技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

來源：建研華測（杭州）科技有限公司 2024年07月16日 10:40

水泥基材料幾乎所有性能均與孔和水密切相關(guān)，對其孔結(jié)構(gòu)和含水量影響的相關(guān)認(rèn)知是體積穩(wěn)定性與耐久性相關(guān)理論研究和技術(shù)開發(fā)的重要基礎(chǔ)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)周春圣教授新著《水泥基材料水分敏感性理論——低場磁共振技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用》剛面市不久，備受關(guān)注和稱贊。

著者簡介

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 周春圣教授、博導(dǎo)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院教授博導(dǎo)，2011年博士畢業(yè)于清華大學(xué)土木系建材所，2014年和2017年分別破格晉升副教授和教授，兼任硅酸鹽學(xué)會測試技術(shù)分會理事、磁共振測試技術(shù)專委會主任委員、《硅酸鹽學(xué)報(bào)》編委、RILEM-MMS技術(shù)委員會副主席、《Materials andStructures》編輯顧問等。主要致力于水泥基材料耐久性和體積穩(wěn)定性基礎(chǔ)理論與提升技術(shù)研究，主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，其中水泥基材料領(lǐng)域頂刊CCR論文10篇，主編國家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，獲山東省自然科學(xué)獎(jiǎng)和中國建材聯(lián)合會二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，專著《水泥基材料的水分敏感性理論》榮獲國家學(xué)術(shù)著作出版基金資助。

? 目錄

第1章總結(jié)水泥基材料與孔和水有關(guān)的結(jié)構(gòu)特征與宏觀性能

第2章重點(diǎn)分析經(jīng)典理論無法解釋的與水有關(guān)異常現(xiàn)象

第3章介紹低場磁共振技術(shù)的理論基礎(chǔ)

第4章建立適用于水泥基材料的低場磁共振測試方法

第5章利用低場磁共振技術(shù)進(jìn)行原狀測試分析進(jìn)而提出水敏性概念

第6章從微觀機(jī)制及宏觀性能層面對水敏性進(jìn)行系統(tǒng)論證

第7章利用低場磁共振測孔技術(shù)，分析水灰比、養(yǎng)護(hù)溫度對砂漿孔結(jié)構(gòu)及水分滲透率的影響

第8章利用水敏性理論，定量模擬長期毛細(xì)吸水過程、等溫恒濕干燥過程以及初始毛細(xì)吸水速率對飽和度的依賴關(guān)系，從側(cè)面進(jìn)一步證實(shí)水敏性理論，并展現(xiàn)它在定量解釋水泥基材料與水有關(guān)異常行為的獨(dú)到之處

自19世紀(jì)上半葉硅酸鹽水泥和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被發(fā)明以來，水泥混凝土迅速成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最重要的結(jié)構(gòu)材料，在可預(yù)見的未來依然不可替代。雖然混凝土材料科學(xué)技術(shù)已取得重要發(fā)展與進(jìn)步，為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但在混凝土抗裂性和耐久性的保障提升方面依然面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。該書作者近年利用低場磁共振等技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，水泥基材料具有孔結(jié)構(gòu)隨含水率顯著動態(tài)變化的水敏性，這打破了將混凝土視作與巖石類似剛性多孔介質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，動搖了水泥基材料經(jīng)典理論的基礎(chǔ)。

雖然混凝土簡稱砼(人工石)，但與巖石相比，水泥基材料有其特殊之處，如納米尺度孔隙含量豐富、孔徑分布范圍非常寬等。雖然現(xiàn)代混凝土與常見沉積巖的孔隙率差不多，但前者的水分滲透率常常比后者低2～4個(gè)數(shù)量級。實(shí)際上，混凝土是由無定形C—S—H凝膠膠結(jié)形成的顆粒堆積多孔材料，而沉積巖是由成巖礦物膠結(jié)而成的多孔材料，兩者存在本質(zhì)差異，但這并沒有得到理論界與工程界的足夠重視。

磁共振微結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（點(diǎn)擊圖片了解更多）

水泥基材料幾乎所有性能均與孔和水密切相關(guān)，對其孔結(jié)構(gòu)和含水量影響的相關(guān)認(rèn)知是體積穩(wěn)定性與耐久性相關(guān)理論研究和技術(shù)開發(fā)的重要基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有經(jīng)典理論無法解釋多個(gè)與孔和水有關(guān)的異常行為，如理論上應(yīng)該相等的水分滲透率為何比其他流體低2～3個(gè)數(shù)量級？水蒸氣吸附比表面積為何比氮?dú)獾却?0倍左右？受與水有關(guān)異常性能及孔結(jié)構(gòu)測試技術(shù)局限性的啟發(fā)，考慮到低場磁共振技術(shù)具有原狀、無損、快速、準(zhǔn)確表征含水多孔介質(zhì)的能力，借鑒該技術(shù)在油氣儲層巖石分析領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，作者嘗試建立適用于水泥基材料的低場磁共振測孔理論與方法，技術(shù)優(yōu)勢。

更重要的是，利用低場磁共振技術(shù)進(jìn)行測試分析發(fā)現(xiàn)，C—S—H凝膠具有干縮濕脹特性，導(dǎo)致納米尺度孔結(jié)構(gòu)隨含水率的變化而動態(tài)變化，呈現(xiàn)出顯著的水敏性。盡管C—S—H凝膠的微結(jié)構(gòu)非常脆弱，但通常依然認(rèn)為水泥基材料與巖石類似，干燥時(shí)從大孔到小孔依次失水且孔結(jié)構(gòu)保持不變，在干燥狀態(tài)下測量所得孔結(jié)構(gòu)具有足夠的代表性。然而，水敏性的發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了該公理假設(shè)的正確性，不但能定性地解釋水泥基材料與水有關(guān)性能存在的多個(gè)異?，F(xiàn)象，還能定量地解釋水分與氣體滲透率相差2～3個(gè)數(shù)量級的異常現(xiàn)象，同時(shí)準(zhǔn)確地描述偏離根號時(shí)間線性規(guī)律的長期毛細(xì)吸水過程和等溫干燥過程。水敏性理論將為水泥基材料科學(xué)研究提供新視角與新思路，而低場磁共振測試技術(shù)也將為水泥基材料測試分析提供技術(shù)支撐。

該書系統(tǒng)闡述適用于水泥基材料的低場磁共振測試技術(shù)，介紹并全面論述水敏性理論，注重物理概念的解析和物理過程的數(shù)學(xué)描述，特色鮮明，可為水泥基材料測試分析提供技術(shù)支撐，并為相關(guān)理論研究與技術(shù)開發(fā)提供指導(dǎo)，適合土木工程及無機(jī)非金屬材料專業(yè)高年級本科生、研究生及科研人員參考。

該書的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（No. 52078172、51578194、51208153）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)青年拔尖人才選聘計(jì)劃和原創(chuàng)前沿探索基金的支持。該書的出版也得到了2022年度國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金的資助。

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