水泥基材料水化过程和孔结构的交流阻抗表征

AC impedance is widely used in cement-based materials testing and performance research, but the testing and analysis methods are still not perfect, and there is controversy.This project aims to establish an improved AC impedance test method, by studying the impact of electrodes and their connections with specimen, specimen size and the additional voltage on the final test results. In this study, the accurate measurement of AC impedance and equivalent electrical circuit mode are proposed based on Differential Impedance Analysis. Then the comprehensive characteristic parameters of AC impedance together with their physical meaning sare determined. The quantitative relationships between these parameters of AC impedance and the process of cement hydration or micro-structure of harden cement pastes are also determined. A novel adaptive model of connected and non-connected pore in harden cement pastes is also established based on the different conductive forms between interior of different pores. A further evaluation and calculation method for the ratio of connected pore and non-connected in the cement pastes are proposed based on this model.

交流阻抗被广泛应用于水泥基材料性能的测试和研究，但是测试电极及电极连接方法等会对结果造成影响，目前的数据分析方法不能准确将交流阻抗谱的特征信息完整的表达出来。本项目拟通过研究交流阻抗法测试水泥基材料性能时，电极种类及其与试件连接方法、试件尺寸和附加电压对交流阻抗谱的影响，从而建立完善的测试方法。在微分阻抗分析法的基础上，提出准确的等效电路模型，得到全面的交流阻抗特征参数，确定各参数的物理意义，用于研究水泥水化过程交流阻抗表征。根据硬化水泥浆体内部不同种类孔隙导电形式的差别，建立与交流阻抗法适应的连通和非连通孔隙模型，在此基础上提出运用交流阻抗法评价和计算硬化水泥浆体连通孔隙和非连通孔隙组成比例的方法。

交流阻抗是可以测定硬化水泥浆体和混凝土的微结构特征的非破损方法，它能够对整个同一试件在不同龄期的特性进行测定，而其它测试方法则只对试件的部分进行测试，这样在取样过程容易造成误差，而且局部测得的结果也不一定能代表整体的特性。交流阻抗技术是通过宏观测试来反映微观特性的，对水泥硬化浆体整体的微结构形式有一个更全面的反映。本项目在考虑弥散效应影响的情况下，应用差分分析法对交流阻抗法测试水泥基材料水化和微结构形式进行了改进。对交流阻抗测试过程中的测试误差进行了分析并提出了误差校正方法。消除了弥散效应和接触电阻对水泥基材料交流阻抗测试的影响，引入差分分析法对测得的交流阻抗图谱进行了解析计算，得到了准确的交流阻抗特征参数。在完善了测试方法和数值分析方法的基础上，对水泥基材料水化过程进行了交流阻抗测试，结果表明，体积电阻与水泥水化程度有直接关系，水泥净浆体积电阻随水化程度增加而增大，水化产物的增加是体积电阻增大的直接原因，同时，体积电阻的增加速率能直接反映水化速率。基于硬化水泥浆体微结构形式，建立了串并联孔结构模型，得到了硬化水泥浆体中连通和非连通孔隙的比例。该项目通过完善交流阻抗法的测试方法，建立水化程度与交流阻抗特性的关系，在一定程度上推动了水泥水化的非破损检测。