本書總結水泥基材料與孔和水有關的結構特征與宏觀性能，重點分析經典理論無法解釋的與水有關的異常現象，介紹低場磁共振測試技術的理論基礎并建立適用于水泥基材料的低場磁共振測試方法，利用該方法進行原狀測試分析進而提出水敏性概念，同時從微觀機制及宏觀性能層面對水敏性進行系統論證。本書立足水敏性的豐富內涵，準確分析水灰比、養護溫度對砂漿孔結構及水分滲透率的影響，定量模擬長期毛細吸水過程、初始毛細吸水速率對飽和度的依賴關系和等溫恒濕干燥過程。
作為項目負責人，先后主持國家自然科學基金面上項目2項、青年基金項目1項。
目錄
前言
致謝
符號表
第1章 水泥基材料概述 1
1.1 水泥漿的組成 1
1.1.1 硅酸鹽水泥 1
1.1.2 水泥水化過程 4
1.1.3 水泥水化產物 6
1.2 硬化水泥漿的微結構 10
1.2.1 C—S—H 凝膠的結構 10
1.2.2 孔結構 18
1.3 宏觀性能特征 26
1.3.1 與孔結構的相關性 27
1.3.2 與含水量的相關性 35
第2章 與水有關的異常現象 46
2.1 滲透性能異常 46
2.1.1 滲透率的概念 46
2.1.2 滲透率與孔結構關系模型 51
2.1.3 水分滲透率異常低 54
2.1.4 時變水分滲透率 56
2.1.5 對液體性質的依賴關系異常 58
2.2 毛細吸收性能異常 59
2.2.1 毛細吸收速率的定義 59
2.2.2 偏離根號時間線性規律 63
2.2.3 本征毛細吸水速率異常小 64
2.2.4 對溫度的依賴關系異常 65
2.2.5 對初始飽和度的依賴關系異常 66
2.3 收縮性能異常 68
2.3.1 經典干燥收縮理論 68
2.3.2 異丙醇置換收縮 78
2.3.3 堿含量影響 79
2.3.4 孔壁憎水處理影響 82
2.3.5 碳化收縮 83
2.4 孔隙比表面積異常 84
2.5 本章小結 87
第3章 低場磁共振測試技術基礎 88
3.1 概述 88
3.2 磁共振現象 90
3.2.1 原子結構 91
3.2.2 磁共振原理 96
3.2.3 宏觀磁化強度矢量 100
3.2.4 布洛赫方程 103
3.2.5 縱向與橫向弛豫 106
3.3 多孔介質磁共振弛豫理論 110
3.3.1 自由弛豫 111
3.3.2 表面弛豫 112
3.3.3 擴散弛豫 113
3.3.4 孔溶液弛豫 113
3.4 基本測量方法 116
3.4.1 自由感應衰減 117
3.4.2 Hahn 自旋回波測試 118
3.4.3 橫向弛豫測試 120
3.4.4 縱向弛豫測試 121
3.5 低場磁共振測試 123
3.5.1 設備硬件系統 124
3.5.2 設備工作狀態調試 128
3.5.3 測試參數設置 130
第4章 橫向弛豫測試分析方法 133
4.1 橫向弛豫時間譜測試 133
4.1.1 固相信號屏蔽方法 134
4.1.2 液相信號采集方法 136
4.1.3 橫向弛豫總信號量 137
4.1.4 橫向弛豫時間刻度 140
4.1.5 測試參數的合理選擇 141
4.2 橫向弛豫時間譜反演計算 144
4.2.1 拉普拉斯逆變換反演 144
4.2.2 多指數反演 148
4.3 表面弛豫強度的測定 150
4.3.1 自旋回波測試法 150
4.3.2 其他測試方法 151
4.4 典型飽水孔結構特征 152
第5章 孔結構隨含水率演化研究 156
5.1 試驗研究方案 156
5.1.1 材料與試件 156
5.1.2 孔結構測試 157
5.1.3 滲透率測試 159
5.1.4 非飽和傳輸性能試驗 161
5.1.5 等溫吸附脫附試驗 164
5.1.6 非飽和水分分布測試 165
5.2 孔結構特征分析 167
5.2.1 表面弛豫強度 167
5.2.2 連續孔徑分布曲線 169
5.2.3 離散孔結構 171
5.3 孔結構動態演化 174
5.3.1 熱力學對比分析 174
5.3.2 動力學演化分析 178
5.3.3 水敏性的提出 182
5.4 非飽和傳輸性能分析 183
5.4.1 傳輸性能數學模型 184
5.4.2 非飽和氣體滲透率 187
5.4.3 非飽和毛細吸水速率 190
5.5 主要結論 193
第6章 水敏性的物理機制 195
6.1 儲集巖石的水敏性 195
6.1.1 水敏性現象 195
6.1.2 黏土礦物的微結構特征 197
6.1.3 巖石水敏性的物理機制 200
6.2 水泥基材料的水敏性 203
6.2.1 C—S—H 凝膠濕脹 204
6.2.2 C—S—H 凝膠干縮 205
6.2.3 水敏性機制分析 207
6.2.4 C—S—H 凝膠與水的相互作用 207
6.3 水敏性的內涵 211
6.3.1 滲透率視角 211
6.3.2 毛細吸收視角 213
6.3.3 收縮性能視角 215
6.3.4 微結構特征視角 217
6.4 主要結論 219
第7章 水灰比和高溫水浴影響研究 221
7.1 試驗研究方案 221
7.1.1 材料與試件 221
7.1.2 水分滲透率測試 222
7.1.3 孔結構測試 223
7.1.4 高場磁共振測試硅譜 224
7.2 水灰比影響分析 226
7.2.1 水泥水化產物 226
7.2.2 真密度和孔隙率 227
7.2.3 水分滲透率 228
7.2.4 飽水狀態孔徑分布 229
7.2.5 干燥狀態孔徑分布 237
7.3 高溫水浴影響分析 239
7.3.1 水泥水化產物 239
7.3.2 真密度和孔隙率 241
7.3.3 水分滲透率 241
7.3.4 飽水狀態孔徑分布 242
7.3.5 干燥狀態孔徑分布 244
7.4 水分滲透率模型驗證 245
7.4.1 Katz-Thompson模型 246
7.4.2 Kozeny-Carman模型 248
7.5 擴展討論 251
7.5.1 水灰比影響分析 251
7.5.2 C—S—H 凝膠老化影響 252
7.5.3 水泥基材料孔徑分級方式 253
7.6 主要結論 254
第8章 水敏性理論的應用 256
8.1 長期毛細吸水過程分析 256
8.1.1 修正非飽和水分傳輸理論 257
8.1.2 時變水分傳輸性能模型 259
8.1.3 毛細吸水試驗方案 261
8.1.4 毛細吸水試驗結果分析 264
8.1.5 長期毛細吸水過程預測 268
8.1.6 長期毛細吸水過程反演 273
8.1.7 毛細吸水過程及其速率簡評 279
8.2 初始毛細吸水速率與飽和度的關系分析 281
8.2.1 毛細吸水速率與滲透率的理論關系 282
8.2.2 滲透率的動態變化 284
8.2.3 相對毛細吸水速率的解析模型 285
8.2.4 相對毛細吸水速率的模型驗證 286
8.2.5 模型簡化與推廣 288
8.3 等溫恒濕干燥過程分析 292
8.3.1 水分蒸發過程描述 293
8.3.2 等溫恒濕干燥過程描述 294
8.3.3 等溫恒濕干燥試驗方案 301
8.3.4 等溫恒濕干燥試驗結果 302
8.3.5 經典氣液耦合傳輸模型分析 306
8.3.6 修正氣液耦合傳輸模型分析 309
8.4 主要結論 312
參考文獻 314
索引 357
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