基于NMR技术的孔隙结构与充填体强度关联机制

摘要

充填料浆凝固后形成的充填体中含有大量的孔隙,孔隙对充填体力学性能的影响尚不明确。为探究充填体内孔隙结构与充填体单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,UCS)的关联机制,利用十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)调节充填体内的孔隙含量,采用低场核磁共振技术(nuclear magnetic resonance,NMR)测试充填体内部孔隙的横向弛豫时间,利用压力机测试充填体的UCS,利用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)获取充填体破坏面孔隙结构的微观图像,对孔隙的孔径分布进行了分析,对孔径的分形特征进行了研究。结果表明:充填体内孔隙总量随着养护龄期的增加逐渐降低,且SDS掺量越高,样品在14与28 d时的孔隙总量越接近;多害孔隙的占比随着养护龄期的增加明显降低,且与样品的UCS呈负相关,无害孔隙、低害孔隙、有害孔隙的占比在各龄期间变化较小;SDS掺量为所用水泥质量的0.2%时对样品的UCS最有益;孔径在5~130 nm区间的孔隙数量具有较为明显的分形特征,而孔径不在该区间的孔隙数量不具有分形特征;水泥水化产物中的钙矾石呈簇状,钙矾石因生长、发育、延伸而挤占了孔隙空间是孔隙总量、多害孔隙数量随养护龄期增加不断降低的微观原因。研究结果可以为更全面地理解充填体强度提供理论支撑。