图像法定量分析加气混凝土晶体和胶体.pdf

2 0 1 4年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 201 4 No ． 9 S e pt e mb e r 图像法定量分析加气混凝土晶体和胶体 吴 叶 ， 相秋迪 ， 蒋亚清 ， 宋 强 ( 河海大学力学与材料学 院， 南京 2 1 0 0 9 8 ) 摘要 ： 水化硅 酸钙晶体和胶体是加 气混凝土 的主要水化 产物 ， 晶／ 胶 比是影响加 气混凝土强度的 关键 因素。 本 文通过对 高性能砂加 气混凝 土和粉 煤灰加 气混凝土 的 B S E图像进 行处理 ， 计 算 了两种制品 中晶体 的体积 率和胶 体 的体积 率 分析 结果表 明． 在相 同的水热合成 工艺条件 下， 高性能砂加 气混凝土的 晶体与胶体总体积率为粉煤灰加 气混 凝 土的 1 ． 4倍 ． 两种 加 气 混凝 土 的 晶体 ／ 胶 体 体 积 比 分 别 为 1 ．7和 1 ． 2 。 图像 分 析 法 提 供 了评 价 加 气 混 凝 土 水 化 产物 的科 学依据 和方法。 关键词 ： 土木 工程材料 ； 加 气混凝土 ； 晶胶 比 ； 图像 分析 Ab s t r a c t ： T o b e r mo r i t e c r y s t a l a n d C — S - H g e l a r e m a i n h y d r a t e s o f a e r a t e d c o n c r e t e( A C ) ， a n d C r y s t a l ／ g e l r a t i o( C ／ G ) i s o n e o f t h e k e y f a c t o r s a f f e c t s s t r e n g t h o f AC． He r e ， t h e v ~u me C ／ Gs o f AC w i t h h i g h p e r f o r ma n c e s a n d a n d fly a s h w e r e c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e BS E i ma g i n g ． I t ’ s i n d i c a t e d t h a t t h e t o t a l v o l u me o f AC wi t h s a n d i s 1 ． 4 t i me s t h a t o f A C w i t h f l y a s h u n d e r t h e s a me h y d r o t h e r ma l c o n d i t i o n ， a n d C ／ Gs o f t h e t w o ACs a r e 1 ．7 a n d 1 ．2 r e s p e c t i v e l y ． B S E i ma g i n g p r o v i d e s a s c i e n t i f i c b a s i s a n d me t h o d f o r e v a l u a t i o n h y d r a t e s o f AC ． Ke y wo r d s： C i v i l e n g i n e e ri n g ma t e ria l s ； Au t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e ； C r y s t a l — g e l r a t i o ； I ma g e a n a l y s i s 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 9 — 5 9 — 0 3 0前 言 加气混凝 土是一类 由钙 质材料与磨 细到一定 细度的硅质或硅铝质材料 ， 在 1 ． 0 ～ 1 ． 3 MP a的饱和蒸 汽下恒压反应 6 ～ 8 h 。获得以 1 ． 1 3 n m托勃莫来石纳 米晶体( 基本化学组成为 5 C a O 6 S i O ： 5 H2 0) 为主要 矿物相的水热合成硅酸盐材料【】 _3 J。 国内外大量研究 结果表 明， 加气混凝土晶胶 比和孔隙率是决定强度 的 关 键 因素 ： 强 度 相 同时 ， 晶胶 比随 孔 隙 率 增 加 相 应提高 ： 孔 隙率一定时 ， 制 品强度随晶胶 比提高而 提高。低孔隙率 、 高结 晶度的材料强度可达到常规 材料强度 的 5 1 0倍 。N ． N a r a y a n a n嘲 研究发现 ， C S H ( I) 的数量决定了加气混凝土的最大收缩值 ， 而水热合成过程 中 C S H (I) 向托勃莫来石 的转化 则使收缩降低。由此可见 ， 晶胶 比对水热合成硅酸 盐材料的体积稳定性具有较大的影响。 定量 加气 混凝土水化产物对优化 生产工艺参 数和控制产品质量具有重要意义。常规分析技术 。 由于分辨率低 ， 难以将 晶体和胶体加 以区别。本文 通过图像分析技术 ．对 B S E图像进行转换和处理 。 甄别出晶体和胶体 ， 从而实现定量分析。 1 试 验 1 ． 1 原材料 基金项 目： 江苏省环保科研计划项 目( N o ． 2 0 1 2 0 3 2 ) 资助。 选用 课题组合成 的 B 0 6级高性能砂加气混 凝 土和 B o 6级粉煤灰加气混凝土 ， 其主要性能指标如 表 1 所示 。 表 1 B 0 6级加气混凝土性能 1 ． 2 试验方法 敲取粒径约 1 0 ram的试样 ．在无水乙醇 中浸泡 4 8 h后 ， 于 ( 1 0 5 ~ 5 ) o C 烘 干 至 恒 重 ， 取 出放 入 干 燥 器 内备用。试验前 ， 经环氧树脂浸渍 ， 待树脂 固化后 ， 进 行 切 割 、 抛 光 、 真 空 干 燥 和 喷 金 处 理 。 用 J S M 5 6 1 0 L V S E M分析仪进行观察。 2结果 分析 与讨 论 2 ． 1 加气混凝土 B S E灰值分布 图 1是典型 的加气混凝土灰度值直方 图． 该 图 反映了加气混凝土水化产物的分布 。灰度值与加气 混凝土水化产物 的平均原子序数相关 ， 并随平均原 子序数增加而增大 。平均原子序数可 由式( 1 ) 计算 获 取 。 z 一 ∑C A ( 1 ) 式 中： 一 5 9—