《现代水泥基材料测试分析方法》针对水泥基材料研究过程中常用的现代分析测试方法进行了系统介绍，内容涵盖了水泥基原材料表征、新拌水泥基浆体以及硬化水泥基材料的各种分析测试技术，如颗粒尺寸测试、水化热测试、核磁共振氢谱测试、自收缩测试、流变性能测试、压汞测孔分析、微观形貌分析、X射线计算机断层成像分析、X射线衍射分析、物相热分析、压痕测试、红外光谱分析、交流阻抗谱测试、氯离子迁移测试、钢筋锈蚀测试等。着重从测试方法及原理、取样/样品制备、测试过程及注意事项、数据采集与结果处理、结果的解释与应用、与其它测试方法的比较等几个方面对测试技术进行全面阐述。
本书可作材料科学与工程、土木工程、无机非金属材料工程等专业高年级本科生及研究生教材，也可供土木工程材料技术人员参考。
史才军，湖南大学，教授，博士生导师，国家第二批特聘专家、湖南省特聘专家、亚洲混凝土联合会副主席、湖南大学985工程创新平台首席科学家、特聘教授、博士生导师，中国建筑材料科学研究总院特聘教授、博士生导师。中国硅酸盐学会理事，美国混凝土学会 (ACI)、美国材料与试验学会 (ASTM)、国际材料与结构联合会（RILEM）及加拿大标准协会(CSA)中多个专业委员会的会员、加拿大安大略省注册职业工程师。史才军教授在水泥和混凝土材料的设计、测试、耐久性、智能防渗漏材料及废物的利用和处置方面做了广泛深入的研究工作，已获4项美国专利、18项中国发明专利授权。已发表高水平学术论文390余篇,出版英文著作7部,中文著作3部,合编国际会议英文论文集7本，Google引用次数15500次，H因子60 ( 2020年2月15号)，组织和主持了8个国际学术会议和3次专题研讨会及3个全国性会议，120多次在国际学术会议应邀担任专家委员会委员或分会主席、70多次大会主题报告
第1章水泥基材科学基础
1.1引言 1
1.2水泥的主要品种 2
1.3混凝土的原材料 4
1.3.1硅酸盐水泥 5
1.3.2骨料 7
1.3.3外加剂 8
1.3.4矿物掺和料 10
1.4新拌水泥基材料 12
1.4.1水泥的水化 12
1.4.2新拌水泥基材料的流变 14
1.4.3新拌水泥基材料的收缩 16
1.5硬化水泥基材料 16
1.5.1微观结构 16
1.5.2力学性能 19
1.5.3耐久性 20
1.6小结 23
参考文献 23
第2章颗粒材料颗粒尺寸测试分析
2.1引言 25
2.2颗粒尺寸测试方法 28
2.2.1颗粒粒径测试方法 28
2.2.2比表面积测试方法 31
2.3测试原理 31
2.3.1激光粒度分析法 31
2.3.2动态光散射法 32
2.3.3小角度X射线散射法 32
2.3.4透气法 33
2.3.5BET比表面积测试法 33
2.4取样 样品制备 33
2.4.1取样 33
2.4.2激光粒度分析法的分析样品制备 34
2.4.3动态光散射法的分析样品制备 34
2.4.4小角度X射线散射法的分析样品制备 34
2.4.5透气法的分析样品制备 34
2.4.6BET比表面积测试法的分析样品制备 35
2.5测试过程及注意事项 35
2.5.1激光粒度分析法 35
2.5.2动态光散射法 35
2.5.3小角度X射线散射法 36
2.5.4透气法 36
2.5.5BET比表面积测试法 38
2.6数据采集和结果处理 39
2.6.1激光粒度分析法 39
2.6.2动态光散射法 39
2.6.3小角度X射线散射法 40
2.6.4透气法 41
2.6.5BET比表面积测试法 42
2.7结果的解释和应用 43
2.8与其他测试方法的比较 43
2.9小结 45
参考文献 46
第3章水泥的水化测试技术
3.1引言 48
3.2测试方法及原理 48
3.2.1等温量热法 48
3.2.2（半）绝热水化温升法 49
3.2.3溶解热法 50
3.2.4水化热测试方法的比较 50
3.3取样 样品制备 51
3.3.1等温量热法 51
3.3.2（半）绝热水化温升法 52
3.4测试过程及注意事项 52
3.4.1测试过程 52
3.4.2注意事项 53
3.5数据采集和结果处理 54
3.5.1等温量热法 54
3.5.2（半）绝热水化温升法 55
3.6结果的解释和应用 55
3.6.1水化程度 55
3.6.2温度对水化的影响 57
3.6.3水灰比对水化的影响 57
3.6.4水化热和凝结时间及强度间的关系 58
3.6.5石膏对硅酸盐水泥的影响及石膏掺量的优化 59
3.6.6辅助性胶凝材料的活性 60
3.6.7表征晶核效应 60
3.6.8表征稀释效应 61
3.6.9外加剂对水泥水化的影响 62
3.6.10干混砂浆 63
3.6.11监测水泥的长期水化 64
3.6.12碱激发材料的水化 65
3.6.13磷酸镁水泥水化 68
3.7小结 71
参考文献 71
第4章水泥基材料核磁共振氢谱测试分析
4.1引言 76
4.2测试方法及原理 76
4.2.1核磁共振基本原理 76
4.2.2弛豫现象 77
4.2.3弛豫时间的测量 78
4.2.4多孔介质中流体的弛豫 79
4.2.5弛豫理论与机理 80
4.2.6多孔道的弛豫与反演 82
4.2.7实验仪器 83
4.3取样 样品制备 84
4.4测试过程及注意事项 84
4.5数据采集和结果处理 84
4.6结果的解释和应用 85
4.6.1氢质子弛豫谱与新拌浆体中水的状态与分布 85
4.6.2氢质子弛豫时间与水化过程的关系 87
4.6.3氢质子弛豫信号量与水化过程中物理结合水的演变关系 91
4.7与其它测试方法的比较 92
4.8小结 92
参考文献 93
第5章水泥基材料自收缩测试
5.1引言 94
5.2测试方法及原理 95
5.2.1体积测试法 95
5.2.2长度测试法 96
5.2.3间接测试法 99
5.3取样 样品制备 100
5.3.1体积测试法 100
5.3.2长度测试法 100
5.4测试过程及注意事项 101
5.4.1体积测试法 101
5.4.2长度测试法 101
5.5数据采集和结果处理 102
5.5.1自收缩零点的测试和确定 102
5.5.2结果处理 103
5.6结果的解释和应用 104
5.6.1水泥矿物组成对自收缩的影响 104
5.6.2水灰比对自收缩的影响 105
5.6.3辅助胶凝材料对自收缩的影响 105
5.6.4其它因素对自收缩的影响 105
5.7与其它测试方法的比较 106
5.8小结 107
参考文献 107
第6章水泥基材料流变性能测试
6.1引言 112
6.2测试方法及原理 115
6.2.1ICAR流变仪工作原理 116
6.2.2ConTec Visco 5流变仪工作原理 120
6.3样品制备 120
6.4测试过程及注意事项 120
6.4.1ICAR流变仪 121
6.4.2ConTec Visco 5流变仪 122
6.5数据采集与结果处理 124
6.6结果的解释和应用 126
6.7与其它测试方法的比较 128
6.8小结 131
参考文献 131
第7章水泥基材料压汞测孔分析
7.1引言 133
7.2压汞法测孔的基本理论 133
7.3压汞测孔方法 135
7.3.1电容法 135
7.3.2高度法 135
7.3.3电阻法 135
7.4压汞法测孔对样品要求和处理 136
7.4.1样品制备 136
7.4.2试样处理 136
7.5测试过程及注意事项 137
7.5.1操作方法 137
7.5.2注意事项 138
7.6压汞法测孔的误差问题 138
7.6.1孔形的误差 138
7.6.2接触角的误差 139
7.6.3汞的表面张力 139
7.7压汞法分析水泥基材料常用的表征参数 140
7.7.1孔隙率 140
7.7.2孔径分布 140
7.7.3比表面积 140
7.7.4孔隙体积分形维数 141
7.8MIP在建筑材料中的应用 142
7.8.1MIP获得孔结构信息在水泥基材料中的应用 142
7.8.2MIP研究水泥基材料的有效孔隙 143
7.9与其它测孔方法的比较 145
7.9.1显微观察法 146
7.9.2等温吸附法 146
7.9.3小角度X射线散射法 148
7.10小结 149
参考文献 149
第8章水泥基材料微观形貌分析
8.1引言 151
8.2测试方法及原理 151
8.2.1扫描电子显微镜 151
8.2.2环境扫描电镜 154
8.3取样 样品制备 155
8.3.1取样 155
8.3.2SEM的样品制备 155
8.3.3BSE的样品制备 156
8.3.4喷涂处理 159
8.3.5试样储存 159
8.4测试过程及注意事项 159
8.4.1试验参数 159
8.4.2图像采集 160
8.4.3物相识别 161
8.4.4微区成分分析 164
8.4.5图像分析 166
8.5小结 172
参考文献 172
第9章水泥基材料X射线计算机断层成像分析
9.1引言 175
9.2基本理论 175
9.2.1基本工作原理 175
9.2.2与X射线CT有关的物理问题 177
9.3X射线CT设备的分类 179
9.4X射线CT技术指标与测试要求 180
9.4.1技术指标 180
9.4.2样品尺寸 180
9.4.3样品的放置 181
9.4.4测试参数设置 181
9.5X射线CT在建筑材料中的应用 182
9.5.1X射线CT在水泥基材料孔结构测试中的应用 182
9.5.2X射线CT连续可视化追踪硬化水泥浆体的碳化过程 184
9.5.3X射线CT原位连续追踪水泥基材料水分传输 185
9.5.4X射线CT测试纤维增强水泥基材料中纤维的空间分布 187
9.5.5X射线CT定量可视化表征水泥基材料中侵蚀性离子的传输 189
9.6小结 190
参考文献 190
第10章水泥基材料的X射线衍射分析
10.1引言 193
10.2X射线衍射测试方法及原理 193
10.2.1X射线的产生 193
10.2.2X射线粉末衍射 194
10.2.3物相定性分析简介 195
10.2.4物相定量分析简介 195
10.2.5Rietveld全谱拟合法 196
10.3取样 样品制备 197
10.3.1颗粒尺寸 198
10.3.2装载方式 199
10.3.3终止水化方式 199
10.3.4样品的碳化 200
10.4XRD测试过程及注意事项 201
10.4.1测试参数设置 201
10.4.2数据分析软件及常用数据库 201
10.5XRD定性与定量分析 203
10.5.1XRD定性分析 203
10.5.2XRD定量分析 208
10.6PONKCS方法 214
10.7与其它方法的比较 219
10.7.1水化程度测试比较 219
10.7.2氢氧化钙 220
10.7.3钙矾石 221
10.7.4无定形物相 222
10.8小结 222
参考文献 222
第11章水泥基材料物相的热分析
11.1引言 224
11.2测试方法及原理 225
11.3取样 样品制备 225
11.4测试过程及注意事项 227
11.4.1浮力及对流的影响 227
11.4.2升温速率 227
11.4.3试验气氛 227
11.4.4坩埚的影响 227
11.4.5测试过程中注意避免试样变化 228
11.5结果处理 228
11.5.1基线校正 228
11.5.2数据处理 228
11.6结果的解释和应用 229
11.6.1常见水化物相的TG-DTG曲线 229
11.6.2定量分析 230
11.6.3试样处理对TGA结果的影响 232
11.7小结 233
参考文献 234
第12章水泥基材料纳米压痕测试
12.1引言 235
12.2测试方法及原理 235
12.2.1压痕测试基本原理 235
12.2.2划痕测试基本原理 237
12.2.3压头的类型 237
12.3样品制备 238
12.4测试过程及注意事项 239
12.4.1仪器的校准 239
12.4.2样品测试 240
12.5数据的采集和结果处理 240
12.5.1压痕曲线分析 240
12.5.2SPM原位成像测试分析 241
12.5.3划痕测试分析 241
12.6结果的解释和应用 242
12.6.1纳米压痕统计学分析方法 242
12.6.2基于物相精准判定的分析方法 243
12.6.3性能-化学-结构耦合分析方法 243
12.6.4水泥基材料的断裂韧性表征 245
12.7小结 246
参考文献 246
第13章水泥基材料红外光谱分析
13.1引言 249
13.2测试方法及原理 250
13.2.1红外吸收的基本原理 250
13.2.2FTIR原理 254
13.3取样 样品制备 257
13.3.1样品和溴化钾 257
13.3.2研磨 257
13.3.3压片 257
13.4测试参数 258
13.4.1分辨率 258
13.4.2信噪比 258
13.4.3扫描次数 258
13.5数据和结果处理 259
13.5.1坐标的变换 259
13.5.2基线校正 259
13.5.3光谱平滑 260
13.5.4光谱差减 260
13.5.5导数光谱 261
13.5.6定量分析 262
13.6结果的解释和应用 264
13.6.1水泥熟料 265
13.6.2水化过程 265
13.6.3水化产物 267
13.6.4碳化水泥基材料 271
13.6.5水泥基材料中的外加剂 273
13.6.6碱激发水泥基材料 275
13.7与其它测试方法的比较 277
13.8小结 278
参考文献 278
第14章水泥基材料交流阻抗谱测试
14.1引言 282
14.2交流阻抗谱的测试原理 283
14.2.1ACIS上的容抗弧 283
14.2.2ACIS测试的工作假定 284
14.2.3ACIS中的参数意义 284
14.3取样 样品制备 285
14.3.1样品的形状 285
14.3.2样品的尺寸 285
14.4测试过程及注意事项 286
14.4.1测试过程中的参数选择 286
14.4.2测试过程中的注意事项 290
14.5阻抗数据采集和结果处理 291
14.5.1阻抗数据采集 291
14.5.2阻抗测试结果的处理 291
14.6水泥基材料ACIS测试结果的解析和应用 295
14.6.1用于水泥基材料ACIS解析的微观结构模型 296
14.6.2水泥基材料介电常数的测量 299
14.6.3混凝土长期及耐久性的测量 300
14.7与其他测试方法的比较 303
14.7.1用其他测试方法验证交流阻抗测试的微观结构变化规律 304
14.7.2ACIS解析参数与孔溶液浓度及孔隙率之间的关系 304
14.8小结 305
参考文献 306
第15章水泥基材料氯离子迁移测试
15.1引言 314
15.2测试方法及原理 319
15.2.1电通量法 319
15.2.2自然浸泡法 319
15.2.3快速电迁移法 320
15.3样品制备 321
15.3.1电通量法 321
15.3.2自然浸泡法 321
15.3.3快速电迁移法 322
15.4测试过程及注意事项 322
15.4.1电通量法 322
15.4.2自然浸泡法 322
15.4.3快速电迁移法 324
15.5数据采集与结果处理 326
15.5.1电通量法 326
15.5.2自然浸泡法 327
15.5.3快速电迁移法 327
15.6结果的解释和应用 327
15.6.1电通量法 327
15.6.2自然浸泡法 328
15.6.3快速电迁移法 328
15.7几种方法测试结果的比较 329
15.8小结 331
参考文献 332
第16章混凝土钢筋锈蚀测试
16.1引言 335
16.1.1破损检测法 336
16.1.2非破损检测法 337
16.2物理检测法 338
16.2.1公式分析法 338
16.2.2裂缝观察法 339
16.2.3钢筋锈蚀失重率试验法 339
16.2.4红外线扫描检测法 340
16.2.5声发射法 341
16.2.6基于磁场的检测法 342
16.2.7钢筋的雷达检测法 343
16.2.8光纤传感技术 344
16.2.9射线法 345
16.3电化学检测法 346
16.3.1半电池电位法 346
16.3.2线性极化法 355
16.3.3极化曲线法 363
16.3.4其他方法 372
16.4混凝土中钢筋锈蚀的修复技术 376
16.4.1物理修复法 376
16.4.2电化学修复法 376
参考文献 380
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