謝凌龍 高俊杰 陳 軍（長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064）

一、緒論

水泥混凝土路面具有較好的路面整體性和施工工藝相對簡單等主要特點，其正廣泛應(yīng)用于國道、省道等高級路面，但隨著應(yīng)用的增多也出現(xiàn)了不少問題，路面裂縫就是其中之一。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[1]。本文從水泥混凝土裂縫修補材料出發(fā)，簡要介紹測試技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。

二、材料現(xiàn)代分析方法的概述

材料現(xiàn)代分析方法是通過利用傳感器直接檢測攜帶材料物理性能或物理化學(xué)性能的測量信號或信號與材料交互前后變化實現(xiàn)的。因而，利用不同的測量信號去檢測材料的成分組織與結(jié)構(gòu)便形成了不同的測試方法。

利用電磁輻射或運動粒子的波動性與物質(zhì)相互作用的測試放大業(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別，各自都有其所對應(yīng)的專用儀器設(shè)備，而其檢測步驟卻不盡相同。各種分析過程大體上都包括發(fā)射信號。檢測信號、處理信號和讀出信號等步驟[2]。

三、試驗方法、原理

3.1 粉末X—射線衍射分析(XRD)

當(dāng)X射線投晶體物質(zhì)時，晶體中的電子產(chǎn)生受迫振動從而發(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，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)目與相對強度，可對物質(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。

3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)

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)部存在的電場及磁場分布。通過合理選用電信號，可得到最佳的成像效果。譬如，背散射電子電子信號強度隨原子序數(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]

3.3 熱分析法

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，也伴隨著質(zhì)量的改變。其改變的強度及不同質(zhì)量損失所對應(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)量變化特征對不同的物質(zhì)加以區(qū)分于鑒定。

通過對水泥石進(jìn)行熱重分析，即可對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。亦可借助其對熟料煅燒中所存在的干燥失水、化學(xué)分解、相變組成與機理進(jìn)行分析。亦可借助其對高硫酸鹽環(huán)境下的混凝土腐蝕進(jìn)行分析。[4]

3.4 測孔方法

3.4.1 壓汞法

由于大多數(shù)固體物質(zhì)與汞不潤濕，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，因為汞巨大的表面張力使其保持原來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。通過實驗擬合進(jìn)入孔道的水銀體積與所加外界壓力之間的關(guān)系，即可計算孔洞的直徑和體積分布情況。

3.4.2 光學(xué)法

光學(xué)法是指利用官學(xué)顯微鏡觀測孔洞，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 吸附法

吸附法可用于測定孔結(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)不同的試驗壓力以分別測出對氮氣的吸附量，根據(jù)孔對氮氣的吸附量隨著升壓和降壓的變化，用吸附量對吸附壓力作圖，并繪出吸附和脫附等溫線。[5]

四、結(jié)語

社會在進(jìn)步，材料科學(xué)不斷發(fā)展，材料分析與測試技術(shù)必然要與時俱進(jìn)來滿足材料科學(xué)發(fā)展的要求。材料現(xiàn)代分析技術(shù)是多領(lǐng)域交叉性學(xué)科?，F(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)并將繼續(xù)在很大的程度上推進(jìn)人們對材料性能和成分結(jié)構(gòu)與微觀組織結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的理解。因此掌握一定分析技術(shù)對于深入研究或工程應(yīng)用都有重要的意義。

[1]鞠麗艷， 張雄. 混凝土裂縫防治的兩種新方法[J].施工技術(shù) ， 2002， 7： 28.

[2]羅福午 建筑結(jié)構(gòu)缺陷事故的分析及防治[M]. 清華大學(xué)出版社， 1996.

[3]申愛琴， 蔣慶華. 瀝青混合料低溫抗裂性能評價及影響因素 [J]. 長安大學(xué)學(xué)報 ： 自然科學(xué)版 ， 2004， 24(5)： 1-6.

[4]左演生. 陳文哲[J]. 梁偉. 材料現(xiàn)代分析方法，2000， 68.

[5]張中. 測試技術(shù)的新進(jìn)展及其在水泥混凝土材料研究中的應(yīng)用[J]. 中國建材科技， 1995， 12.