基于MRI探究冷却方式和骨料粒径对水泥砂浆微观结构的影响

摘要

为研究冷却方式和骨料粒径（AS）对水泥砂浆试样的微观孔隙分布特征以及损伤的影响，将AS分别为0.63～1.25 mm、1.25～2.5 mm、2.5～5.0 mm、5.0～10.0 mm的水泥砂浆试样加热到400℃后分别放置在空气和水中冷却.采用低场核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）和数字声波仪分别测试了T₂谱、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）和纵波波速，研究了冷却方式和AS对水泥砂浆试样孔径分布及几何平均孔隙半径、孔隙体积、纵波及损伤程度的影响，并深入探究了MRI像素特征值（均值ω、标准差δ和熵?）与损伤度之间的联系.结果表明：高温作用后孔隙几何平均半径、孔隙体积、ω、δ、?均增大，但受冷却方式及AS影响，变化幅值有所区别：一方面，水冷对试验样损伤度大于气冷，高温水冷后毛细孔T₂峰面积、孔隙几何平均半径、孔隙体积、ω的增加幅值均大于气冷；另一方面，水冷作用下胶凝孔T₂峰面积减少，而气冷下的孔隙几何平均半径和初始情况下的δ几乎不受AS影响.同时，AS与毛细孔T₂峰面积、水冷下的孔隙几何平均半径、孔隙体积的增加量呈负相关，与ω、气冷作用下的?成正相关.试样高温后MRI的亮斑在既有光斑上扩展、联通形成更亮更大的光斑，并且MRI像素值服从正态分布.损伤度与ω和?存在指数函数关系（R²为0.91和0.76）,可用ω来表征多孔介质的损伤程度.

关键词

核磁共振成像(MRI) / 骨料粒径 / 冷却方式 / 孔径分布 / 损伤度 / 水泥砂浆

基金资助

国家自然科学基金项目（52164001）; 云南省科技厅重点研发计划项目（202103AA080013）