振动对水泥基材料颗粒分布的影响及可视化研究

研究得出，在基于水泥的材料中，振动加速水泥颗粒的水化和溶解，导致水泥基质的快速形成。这个过程增强了水泥基材料的强度，但也可能导致微裂纹的形成。具体而言，振动可以轻易影响微观结构的发展，并增加微缺陷的可能性 [2,7,10]。另一个广为接受的观点是，振动会导致基于水泥的材料的屈服应力显著降低，因为水泥基材料在振动引起的运动中打破了粗骨料的互锁，破坏了水泥与其他微观颗粒之间的吸引力，并减少了水泥糊浆的内摩擦 [4]。振动改善机械性能通常归因于水泥基材料内颗粒的重新排列。广泛认可的是，材料的组成和结构决定了其性能 [11,12]。特别是对于振动下水泥基材料的颗粒分布特性，颗粒的重新排列极大地决定了水泥基材料的性能 [13]。水泥基材料紧密度的改善可以通过检测振动处理后的水泥基材料的孔隙率来确认，通常使用汞入侵孔隙度测试（MIP）进行测试。

目前，目测观察振动后水泥基材料的颗粒分布变化仍然是一个具有挑战性的问题。许多学者研究了振动过程中骨料和纤维在水泥基材料中的运动特性。在钢纤维增强混凝土（SFRC）中，研究人员通常通过统计分析不同横截面区域中纤维的面积、方向或数量来评估纤维的分布 [15,16]。通过在振动后通过洗涤混凝土的不同部分进行称重和统计计算，Mohammad得出了不同振动强度和混凝土粘度下粗骨料分布特性，并提出了一种控制新鲜高流动性混凝土以保持均匀性和可加工性的振动策略 [17,18]。Petrou使用放射性金属球作为标记骨料，并使用闪烁摄像机跟踪它们在振动下的位置，实时模拟了混凝土基材料中骨料在振动下的运动 [4]。

与粗骨料和纤维相比，水泥颗粒要小得多，表征它们的分布更具挑战性。由于测试方法和检测手段的限制，振动后水泥基材料中小颗粒（如水泥颗粒和矿物掺合料）的分布变化通常被忽视。通过检测水泥试块的各个层的强度、孔隙度和元素分布，Ling能够检测和表征各种微粒的非均匀分布，并确认这种非均匀性与硬化水泥糊浆的机械性能有关 [2]。这意味着微粒的分布对水泥基材料的性能至关重要。目前，数值计算模拟通常无法完全模拟实际操作条件或实验条件，而同位素标记的使用成本较高。需要一种简单且可量化的方法来表征振动下水泥基材料中颗粒的运动。

在本文中，使用‘标记’材料来模拟水泥颗粒和混合糊浆中的其他颗粒 [4]。这些材料在水中不溶解，并且具有与水泥颗粒相似的粒径。振动后，通过用水洗涤和筛分将标记材料从水泥块的不同部分分离出来，从而可以观察水泥糊浆中的颗粒分布。评估了使用标记材料来探索振动下水泥颗粒的分布和运动模式的可行性，并讨论了振动过程（时间和频率）与水泥糊浆性能之间的相关性，这对于优化水泥基材料的设计和性能至关重要。