硬化混凝土原始组份的分析原理与方法

测定硬化混凝土的原始组份的关键参数在工程事故的分析、混凝土的质量及耐久性的诊断方面具有重要的意义， 课题对不同配合比、不同龄期的硬化混凝土进行原始水灰比、水泥用量、粗细集料用量、矿渣（或粉煤灰）掺量、孔结构以及外加剂种类的测定方法进行探索研究，研究内容和结果如下：（1）测定原始水灰比：采用扫描电镜背散射法（BEI法）研究了龄期、水灰比和毛细孔率三者关系。采用热重分析法研究了水灰比、水化产物氢氧化钙的质量分数和龄期的关系。结果表明BEI法的结果更加精确。采用BP神经网络法基于测定的粗细集料用量、钙元素含量和不同龄期时混凝土抗压强度对硬化混凝土水胶比进行了预测｡（2）测定水泥用量：采用碳化深度计算法测试不同龄期混凝土的碳化深度和抗压强度，利用已有的混凝土碳化深度计算模型，进行变量和参数的调整与优化，得到水泥用量的计算公式｡CaO法、SiO2法试验操作水平相对热重法要求较高，XRD法对样品的制样要求最高。五种测定方法的结果精度依次为：CaO法>碳化深度计算法>SiO2法>XRD>热重法｡（3）测定粗细集料用量：采用物理分离法明确了样品破碎、高温灼烧等测试步骤。图像分析法和DIP方法均通过获取混凝土表面的照片后，利用图形处理软件分析粗细集料的面积占有率计算出粗细集料的原始用量，结果表明物理分离法简便，DIP方法比图像分析法准确度高。（4）矿物掺合料的测定：采用选择性溶解法选择性地溶解溶质。采用BEI法获取矿渣的面积率再计算出矿渣的掺量。结果表明BEI法的测试结果更加精确。XRF分析法通过测定元素含量确定浆体中粉煤灰掺量｡采用新型研究方法—交流阻抗谱方法，分析了矿物掺合料的水化历程，并应用了新型矿物掺合料重钙粉，探讨了其对于新型建材的影响，及其掺量的判断方法。（6）采用真空饱水法和压汞法对硬化混凝土的孔结构进行测试，并建立了二者的关系｡基于混凝土微观孔结构和毛细孔理论，建立了混凝土早期自收缩预测方法。（7）采用红外光谱和核磁共振测定外加剂种类，通过不同外加剂的特征峰出现位置不同进行判定｡（8）进一步探讨了矿物掺合料的种类和掺量对影响混凝土性能最为显著的氯离子传输的影响机制和方法。 课题成果为：发表论文17篇，其中SCI收录7篇，EI收录5篇。申请发明专利5项，授权2项；培养研究生5人，编制出国内首部《硬化混凝土组份分析技术规程》初稿。

混凝土原始组份对硬化混凝土的长期性能影响显著，但是混凝土凝结硬化后，再评价其原始组份非常困难，目前国内在此领域的研究工作处于空白，因此开展此项工作对于工程事故分析、混凝土质量及耐久性诊断具有重要的意义。本项目拟提出硬化混凝土微观结构的特征表象技术、变化规律及作用机理，建立表现特征关键参数的方法。提出硬化混凝土各组成相的特效分析手段，能够准确分析硬化混凝土各组成相的质量或体积分数。建立各组成相的质量/体积分数与硬化混凝土原始组份目标值之间的多种关系式，基于各组份单独的分析及检测结果，提出整体协同分析硬化后混凝土原始组份的理论与方法。并经大量工程验证后，编制国内首部《硬化混凝土组份分析技术规程》初稿。

抽样调查取得的各项群落属性的观测数据，由于属性的数据类型不同，量纲不一，数值大小悬殊，而各种分析方法对原始数据又各有一定要求，所以对原始数据要进行适当处理。首先要求类型统一，即把二元数据转化成数量数据，或者反之，因多数方法只适合于分析同一类型的数据。其次，要对原始数据的数值进行转换，以求更合理地体现它们的数量关系，使其具有一定的分布形式（如正态分布），或一定的数据结构（如线性结构）。第三，将原始数据标准化或中心化。原始数据的标准化，即用属性或实体的总和、或最大值、或极差、或模来除该属性的某个数据，实际上是把某个数值标准化为属性总和的比值，取值在0与1之间。例如群落分析中将种群绝对多度换算为相对多度。样方数据经标准化后，其几何意义是各样方点都从原来位置沿径向投影到单位弦上，成为线性序列（图2）。中心化主要是用平均值或离差来标准化各个原始数据。例如，平均值中心化是从属性或样方的各个原始数据中分别减去其平均值。中心化的几何意义在使坐标原点移到样方点的形心，由此给数值运算带来很大方便，第四，原始数据的缩减，指去掉一些代表性不好或数据不完整的样方，或者删去各样方中仅出现一次的孤种、或罕见种、或者生态学意义不大的常见种。缩减种数应当适当，不应影响研究结果。