材料現(xiàn)代分析方法綜述

材料現(xiàn)代分析方法綜述

一、裂縫修補(bǔ)方法混凝土路面具有良好的路面完整性和相對(duì)簡(jiǎn)單的施工工藝特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于道路和省道等高級(jí)路面。然而，隨著應(yīng)用的增多，也存在許多問題。其中之一就是路面裂縫。隨著量子力學(xué)、電磁學(xué)、新算法和圖像處理技術(shù)的出現(xiàn),現(xiàn)代材料測(cè)試方法得以使研究者們從宏觀到微觀,乃至原子分子等多層次了解材料的組織與結(jié)構(gòu)。從而得以指導(dǎo)研究者們發(fā)現(xiàn)材料組織結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系。材料的微觀結(jié)構(gòu)決定著宏觀性能,道路混凝土也不例外。常見的混凝土裂縫修補(bǔ)方法有:混凝土置換法、表面封閉、堵漏法(化學(xué)灌漿法、嵌縫法)、堿性復(fù)原電化學(xué)法、仿生愈合法。本文從水泥混凝土裂縫修補(bǔ)材料出發(fā),簡(jiǎn)要介紹測(cè)試技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。二、檢測(cè)方法分類材料現(xiàn)代分析方法是通過利用傳感器直接檢測(cè)攜帶材料物理性能或物理化學(xué)性能的測(cè)量信號(hào)或信號(hào)與材料交互前后變化實(shí)現(xiàn)的。因而,利用不同的測(cè)量信號(hào)去檢測(cè)材料的成分組織與結(jié)構(gòu)便形成了不同的測(cè)試方法。利用電磁輻射或運(yùn)動(dòng)粒子的波動(dòng)性與物質(zhì)相互作用的測(cè)試放大業(yè)已成為現(xiàn)代分析方法最重要的一部分。這類方法包括四大類,即:光譜、衍射、電子能譜、電子顯微四大類。除此之外,通過利用材料物理性能或電化學(xué)方法建立的色譜分析、電化學(xué)分析、熱分析以及質(zhì)譜分析也成為了現(xiàn)代分析手段的重要組成部分。盡管分析方法的基本原理千差萬(wàn)別,各自都有其所對(duì)應(yīng)的專用儀器設(shè)備,而其檢測(cè)步驟卻不盡相同。各種分析過程大體上都包括發(fā)射信號(hào)。檢測(cè)信號(hào)、處理信號(hào)和讀出信號(hào)等步驟。三、試驗(yàn)方法和原則3.1x射線衍射分析晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)X射線投晶體物質(zhì)時(shí),晶體中的電子產(chǎn)生受迫振動(dòng)從而發(fā)生相干散射,原子散射波是原子內(nèi)所有電子散射波的干涉,各原子散射波相互干涉,在某些方向上一致加強(qiáng),即形成了晶體的衍射波。X射線衍射,主要應(yīng)用于晶態(tài)物質(zhì)及非晶態(tài)物質(zhì)的靜態(tài)區(qū)域的分析。借助X射線穿透晶態(tài)區(qū)域后產(chǎn)生的衍射條紋中的衍射角、晶面族間的晶面間距、衍射花樣數(shù)目與相對(duì)強(qiáng)度,可對(duì)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行反演得出結(jié)晶物質(zhì)的種類和相對(duì)含量的信息。譬如可借助該技術(shù)分析水泥水化后CH、Aft、p一C2S、CaCO3的含量。3.2x-ct成像掃描電子顯微鏡以電子代替可見光,利用電子與樣品交互后產(chǎn)生的帶有樣品信息的二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子,經(jīng)數(shù)據(jù)處理還原信息后,還原樣品表面的各種物理化學(xué)性質(zhì),譬如:表面形貌,化學(xué)組分,晶體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部存在的電場(chǎng)及磁場(chǎng)分布。通過合理選用電信號(hào),可得到最佳的成像效果。譬如,背散射電子電子信號(hào)強(qiáng)度隨原子序數(shù)的變化二次電子大得多,所以背散射電子有較好的成分襯度,可用于成分分析。3.3對(duì)水泥石及固體物質(zhì)的作用與意義常用的熱分析有差熱分析(DTA)、差示掃描量熱法(DSC)和熱重分析(TG)。差熱分析(DTA)是程序控溫條件下,測(cè)量在升溫,降溫或恒溫過程中樣品和參比物之間的溫度差。當(dāng)物質(zhì)在升溫降溫過程中發(fā)出(吸收)熱量的同時(shí),也伴隨著質(zhì)量的改變。其改變的強(qiáng)度及不同質(zhì)量損失所對(duì)應(yīng)的溫度與材料的組成與結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。因而,可利用升降溫過程中材料的質(zhì)量變化特征對(duì)不同的物質(zhì)加以區(qū)分于鑒定。通過對(duì)水泥石進(jìn)行熱重分析,即可對(duì)水泥或其他膠凝材料的水化進(jìn)程與產(chǎn)物進(jìn)行定性或定量分析。亦可借助其對(duì)熟料煅燒中所存在的干燥失水、化學(xué)分解、相變組成與機(jī)理進(jìn)行分析。亦可借助其對(duì)高硫酸鹽環(huán)境下的混凝土腐蝕進(jìn)行分析。由于大多數(shù)固體物質(zhì)與汞不潤(rùn)濕,汞-集料界面的界面能較大,二者間的接觸角大于9度。當(dāng)汞與毛細(xì)孔相互接觸時(shí),因?yàn)楣薮蟮谋砻鎻埩κ蛊浔３衷瓉?lái)的形狀而不滲入孔道產(chǎn)生顯著的毛細(xì)現(xiàn)象。只有當(dāng)在一定的外加壓力下,汞才能進(jìn)入孔道內(nèi)部,壓力越大,汞所能進(jìn)入的孔喉尺寸越小。通過實(shí)驗(yàn)擬合進(jìn)入孔道的水銀體積與所加外界壓力之間的關(guān)系,即可計(jì)算孔洞的直徑和體積分布情況。3.4.2亞微觀結(jié)構(gòu)分析光學(xué)法是指利用官學(xué)顯微鏡觀測(cè)孔洞,并拍攝圖像。由于顯微鏡的分辨率可以在一定范圍內(nèi)改變,利用所拍攝的圖像和其對(duì)應(yīng)的分辨率即可分析亞微觀孔結(jié)構(gòu)。此法由于取樣范圍小,放大倍數(shù)有限,辨認(rèn)困難而多用于大孔的分析。3.4.3脫附過程分析吸附法可用于測(cè)定孔結(jié)構(gòu)的比表面積和孔尺寸分布,其原理是把烘干脫水處理后的樣品置于液氮溫度下,并調(diào)節(jié)不同的試驗(yàn)壓力以分別測(cè)出對(duì)氮?dú)獾奈搅?根據(jù)孔對(duì)氮?dú)獾奈搅侩S著升壓和降壓的變化,用吸附量對(duì)吸附壓力作圖,并繪出吸附和脫附等溫線。四、復(fù)合材料的發(fā)展社會(huì)在進(jìn)步,材料科學(xué)不斷發(fā)展,材料分析與測(cè)試技術(shù)必然要與時(shí)俱進(jìn)來(lái)滿足材料科學(xué)發(fā)展的要求。材料現(xiàn)代分析技術(shù)是多領(lǐng)域交叉