本發(fā)明涉及一種抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型與方法，具體涉及基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型與方法，屬于建筑材料。

背景技術(shù)：

1、砂漿由膠凝材料(水泥、石灰、石膏、黏土等)與砂按一定比例搭配并加水拌合而成，不含砂時(shí)也稱作灰漿。按膠凝材料種類不同，砂漿主要分為水泥砂漿、石灰砂漿、石膏砂漿、黏土砂漿和混合砂漿等，是建筑材料的重要組成，常用于砌筑、抹灰和勾縫等材料。以石灰、黃土等為膠凝材料的傳統(tǒng)灰漿在我國(guó)古建筑中的應(yīng)用非常廣泛，歷經(jīng)千百年的風(fēng)吹雨蝕仍然堅(jiān)硬完整。現(xiàn)代砂漿及傳統(tǒng)灰漿的強(qiáng)度及耐久性等性能，深刻影響著砂漿/灰漿在砌體結(jié)構(gòu)建造和古建修復(fù)等各種工程場(chǎng)景下的應(yīng)用效果。在施工及使用過程中，受施工工藝、環(huán)境作用及人為因素等影響，砂漿的抗壓強(qiáng)度往往會(huì)出現(xiàn)顯著差異。此外，在建筑的長(zhǎng)期服役過程中，砂漿逐漸與環(huán)境間發(fā)生物質(zhì)和能量的交換，自身的礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)等也會(huì)逐漸發(fā)生變化，抗壓強(qiáng)度和耐久性能也均隨時(shí)間演化甚至發(fā)生明顯降低，嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。

2、目前，砂漿抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法主要包括：利用特定尺寸的棱柱體或圓柱體試件(如邊長(zhǎng)70.7mm的立方體)進(jìn)行破壞性抗壓強(qiáng)度測(cè)試、微損的拔出法和針貫入法、無損的超聲回彈法等進(jìn)行檢測(cè)。在長(zhǎng)期服役的重要建/構(gòu)筑物以及重點(diǎn)保護(hù)的古建筑中，以上檢測(cè)評(píng)估方法尚存在很大技術(shù)難題，仍需進(jìn)行有針對(duì)性地研發(fā)與完善。例如，若采用砂漿試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，需對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆芯取樣制備試件進(jìn)行抗壓測(cè)試，對(duì)結(jié)構(gòu)整體性與安全性會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重負(fù)面影響，可行性較差；而對(duì)拔出法、貫入法和回彈法等其它檢測(cè)方法而言，測(cè)試點(diǎn)面需平整、光潔，測(cè)試結(jié)果依賴測(cè)強(qiáng)曲線，應(yīng)用范圍與結(jié)果準(zhǔn)確性均有提升空間。因此，研發(fā)適用于長(zhǎng)期服役的重要建/構(gòu)筑物以及重點(diǎn)保護(hù)的古建筑中砂漿抗壓強(qiáng)度的新型測(cè)試評(píng)估方法，既滿足實(shí)際的工程需求，又具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決提升測(cè)試長(zhǎng)期服役的重要建/構(gòu)筑物以及重點(diǎn)保護(hù)的古建筑的砂漿抗壓強(qiáng)度的可行性與結(jié)果準(zhǔn)確性的問題，進(jìn)而提出一種基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型與方法。

2、本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：

3、基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型構(gòu)建方法，所述基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型構(gòu)建方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

4、s1：標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件制備、養(yǎng)護(hù)和飽水處理，選用確定類型的膠結(jié)材料制備標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件，水膠比與膠砂比自定，待所有標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件脫模后，在應(yīng)用環(huán)境中養(yǎng)護(hù)28天以上，之后將所有標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件置于飽水設(shè)備中，飽水1天以上；

5、s2：標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試分析，包括測(cè)試準(zhǔn)備、設(shè)定參數(shù)、低場(chǎng)磁共振弛豫信號(hào)采集、標(biāo)定水測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件孔徑分布確定；

6、s3：標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試，利用壓折試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件的抗壓強(qiáng)度；

7、s4：確定標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件與孔結(jié)構(gòu)關(guān)系模型，包括計(jì)算分級(jí)孔隙率、模型構(gòu)建和擬合參數(shù)確定。

8、進(jìn)一步的，s2中所述標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試分析具體包括：

9、s2.1：測(cè)試準(zhǔn)備：將標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件用保鮮膜嚴(yán)密包裹，再放入低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試設(shè)備的樣品倉中；

10、s2.2：設(shè)定參數(shù)：利用cpmg脈沖序列進(jìn)行低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試，設(shè)置測(cè)試參數(shù)；

11、s2.3：低場(chǎng)磁共振弛豫信號(hào)采集：利用cpmg脈沖序列對(duì)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件進(jìn)行低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試，獲得脈沖回波信號(hào)m(τ)，m(τ)表達(dá)式如下：

12、

13、式(1)中，砂漿內(nèi)部孔隙細(xì)分為j組，t2i是第i(i＝1,2,...,j)組孔隙水的橫向弛豫時(shí)間，單位是s，fi是第i組孔隙水的體積分?jǐn)?shù)，無量綱，vi是第i組孔隙水的體積，單位是m3，v0是所有孔隙水的總體積，單位是m3，m0是利用常用的低場(chǎng)磁共振弛豫信號(hào)多指數(shù)反演(multi-exponential?fitting)算法得到的孔隙水的總信號(hào)量，單位是μv.，fi(t2i)是利用多指數(shù)反演算法得到的各組孔隙水橫向弛豫時(shí)間譜；

14、s2.4：標(biāo)定水測(cè)試：采用相同的cpmg測(cè)試方法，對(duì)濃度為1％wt、含水量為mwb的硫酸銅溶液進(jìn)行低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試并分析，獲得其弛豫信號(hào)量mwb，因弛豫總信號(hào)量與水分質(zhì)量嚴(yán)格成正比，則標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件孔隙水含量mw的表達(dá)式如下：

15、

16、s2.5：標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件孔徑分布確定：另取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件，在23％相對(duì)濕度下放置28天以上，利用hahn自旋回波序列的低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試獲得砂漿試件的表面弛豫強(qiáng)度ρ2，根據(jù)快速弛豫理論將標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件的橫向弛豫時(shí)間t2i轉(zhuǎn)換為圓柱形孔隙等效半徑ri。

17、進(jìn)一步的，所述快速弛豫理論為第i組孔隙的等效半徑ri與其內(nèi)部水分的橫向弛豫時(shí)間t2i成正比，表達(dá)式如下：

18、ri＝2ρ2t2i?(3)

19、進(jìn)一步的，s4中所述確定標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件與孔結(jié)構(gòu)關(guān)系模型具體包括：

20、s4.1：計(jì)算分級(jí)孔隙率：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件孔徑分布，分別計(jì)算r＞10nm和r＜10nm孔隙的分級(jí)孔隙率p＞10與p＜10；

21、s4.2：模型構(gòu)建：當(dāng)r＞10nm時(shí)，孔隙對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度σ的影響根據(jù)griffith斷裂理論表達(dá)，并考慮僅有p＞10對(duì)砂漿的彈性模量e0與斷裂表面能γ0產(chǎn)生影響，抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式如下：

22、

23、式(4)中，rb是砂漿破壞時(shí)的裂縫半寬度，單位是m，n是p＞10對(duì)斷裂表面能γ0的影響參數(shù)；

24、當(dāng)r＜10nm時(shí)，孔隙僅對(duì)砂漿基體強(qiáng)度產(chǎn)生影響，且與1-p＜10的3次方有關(guān)，抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式修正如下：

25、

26、式(5)中，含p＞10與p＜10共2個(gè)變量，以及n、e0、γ0、rb共4個(gè)擬合參數(shù)。但對(duì)不同砂漿試件，這4個(gè)擬合參數(shù)中的后3個(gè)可視為1個(gè)擬合參數(shù)，即e0γ0/rb。將擬合參數(shù)e0γ0/rb組合為擬合參數(shù)x，擬合參數(shù)n以擬合參數(shù)y代替；

27、s4.3：擬合參數(shù)確定：根據(jù)實(shí)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件抗壓強(qiáng)度與分級(jí)孔隙率p＞10、p＜10，擬合得到模型中的x與y值，保證相關(guān)系數(shù)的平方r2＞0.99。

28、進(jìn)一步的，s4.2中當(dāng)r＜10nm時(shí)所述抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型可優(yōu)化為：

29、

30、進(jìn)一步的，s2.2中所述測(cè)試參數(shù)包括：回波間隔、回波個(gè)數(shù)、等待時(shí)間、掃描次數(shù)、采樣時(shí)間間隔、采集點(diǎn)數(shù)。

31、進(jìn)一步的，s1中所述標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件的尺寸為20mm×20mm×50mm。

32、進(jìn)一步的，s1中所述應(yīng)用環(huán)境為干燥環(huán)境、高濕環(huán)境或水中環(huán)境。

33、基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，先對(duì)待測(cè)砂漿試件進(jìn)行低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試分析，再通過基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型構(gòu)建方法獲得的抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型對(duì)待測(cè)砂漿試件抗壓強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

34、進(jìn)一步的，所述待測(cè)砂漿試件低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試分析是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

35、s1a：待測(cè)砂漿試件鉆?。簭拇龣z測(cè)建筑物、構(gòu)筑物的各部位，鉆取尺寸小于等于標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件尺寸的待測(cè)砂漿試件；

36、s2a：待測(cè)砂漿試件飽水處理：將待測(cè)砂漿試件置于飽水設(shè)備中，飽水1天以上；

37、s3a：待測(cè)砂漿試件低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試：將待測(cè)砂漿試件用保鮮膜嚴(yán)密包裹，再放入低場(chǎng)核磁共振弛豫測(cè)試設(shè)備的樣品倉中測(cè)試，測(cè)試參數(shù)與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件時(shí)保持一致；

38、s4a：低場(chǎng)磁共振弛豫信號(hào)采集：利用cpmg脈沖序列對(duì)各個(gè)待測(cè)砂漿試件進(jìn)行低場(chǎng)磁共振弛豫測(cè)試，可獲得其脈沖回波信號(hào)m(τ)測(cè)；

39、s5a：待測(cè)砂漿試件孔徑分布確定：利用快速弛豫理論將各個(gè)待測(cè)砂漿試件的弛豫時(shí)間譜fi(t2i)測(cè)轉(zhuǎn)換為孔徑分布fi(ri)測(cè)，表面弛豫強(qiáng)度ρ2與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件時(shí)保持一致；

40、s6a：計(jì)算待測(cè)砂漿試件分級(jí)孔隙率：根據(jù)待測(cè)砂漿試件孔徑分布，計(jì)算r＞10nm和r＜10nm孔隙的分級(jí)孔隙率p＞10測(cè)與p＜10測(cè)。

41、本發(fā)明的有益效果是：

42、本發(fā)明針對(duì)長(zhǎng)期服役的重要建/構(gòu)筑物以及重點(diǎn)保護(hù)的古建筑中，不同砂漿抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法存在的不同問題，提出一種低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)快速測(cè)試表征砂漿孔結(jié)構(gòu)特征并精準(zhǔn)預(yù)測(cè)其抗壓強(qiáng)度的模型與方法，基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型適用性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，擬合精度極高；基于低場(chǎng)磁共振弛豫技術(shù)的砂漿抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法在精準(zhǔn)預(yù)測(cè)砂漿抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，最小化對(duì)建筑物的損害，滿足快速、簡(jiǎn)單、大量、準(zhǔn)確的檢測(cè)需求，實(shí)現(xiàn)降本增效的技術(shù)目標(biāo)。既滿足實(shí)際的工程需求，又具有重要的應(yīng)用價(jià)值。