MIP-分析与测试技术2014

2014/9/111MIPMIP分析与测试技术基础分析与测试技术基础庞超明材料学院建筑材料实验室江苏省土木工程材料重点实验室了解汞的安全了解汞的安全z在常温下易蒸发。z空气中汞浓度为1.2～8.5mg/m3时即可引起急性中毒，超过0.1mg/m3则可引起慢性中毒。z金属汞主要以蒸气形式经呼吸道侵入，皮肤也金属汞主要以蒸气形式经呼吸道侵入，皮肤也有一定吸收能力。除升汞(氯化高汞，HgCl2)由消化道吸收迅速外，胃肠道吸收金属汞甚微，尚不到摄入量0.01％，一般不致引起中毒。z无机汞盐的吸收取决于其溶解度¾如硫化汞不易溶解吸收，二氯化汞则很易吸收引起中毒，¾中毒急性或慢性中毒急性或慢性z有机汞的脂溶性较强¾可通过各种途径侵入¾急性或亚急性。预防预防z综合性措施¾尽量避免汞蒸气逸出，金属汞长期粘附在物体表面，在常温下持续蒸发，房间温度不宜超过20℃，空气中汞最高容许浓度为0.001mg/m3。作业操作台的表面应光裂隙便于清扫除毒¾作业操作台的表面应光滑无裂隙，便于清扫除毒。¾注意及时清除和回收流散残留在桌面、地面、墙壁上的汞。z应定期测定空气中汞浓度。z沾有汞的废水、废渣要放置到专用处理废料桶中，并由送至学校相应管理部门统一处理。用途用途‰测量材料中孔的多少、大小、分布等于孔有关的性能‰孔体积Porevolume‰孔径分布Poresizedistribution‰孔面积PoreArea‰孔结构Porestructure‰粒度分布Particlesizedistribution适用范围适用范围z适用范围：多孔结构，不可压缩，不发生反应所有固体。¾水泥基材料¾地质的岩石储层结构地质的岩石储层结构¾其他：如薄膜等z测量范围：依赖于仪器的压力范围、接触角¾2.5nm～400μm，宽，更适于5nm~100μm2014/9/112基本理论基本理论z浸润/非浸润Wetting/Non-wettingz接触角ContactAnglezWhb方程zWashburn方程z压力生成PressureGenerationz体积的电容测量Capacitancemeasurementofvolume浸润、非浸润浸润、非浸润z汞与固体接触角大于90℃不能润湿θ非浸润于90℃，不能润湿多孔材料表面。浸润θ90°非浸润θ90°毛细管毛细管毛细上升Capillaryriseθ90°毛细下降Capillarydepressionθ90°WashburnWashburn方程方程¾外界压力与毛细孔中液体的表面张力相等，毛细孔中液体平衡。¾液体进入孔的压力P(MPa)为：dp/cos4θγ−=Γ为表面能，水银γ＝0.483～0.485N/m=483～485Pa；θ为接触角，117º～140º，Good取130º；d为孔直径。¾一定压力P下，汞能进入的孔最小直径d：)(/7100p/cos4doAp≈−=θγ影响因素影响因素z孔形的误差：闭口孔、非圆柱形孔z接触角的误差：112°~180°¾(1)外表面粗糙度。粗糙多孔表面光滑微孔表面；¾(2)复杂几何形状；¾(3)表面化学性质，如Al2O3表面的较强极性可能造成孔分布位移；¾(4)吸附于多孔材料上的水分，可能增大接触角；¾(5)汞的洁净程度。z汞的表面张力z汞压缩性:高压，随温度变化z汞封闭间隙：膨胀计壁与样品间隙,样品间。增加接触压力测试步骤测试步骤样品制备和试验准备装样低压测孔高压测孔2014/9/113样品制备样品制备z样品大小¾2mm～5mm的颗粒¾与膨胀计(5cc，φ15*27mm)大小相近(水泥基材料：去掉两端面，端面较平整，略小于膨胀计，直径φ14mm，总高度为22mmz终止水化方法z终止水化方法¾到龄期后，用酒精或丙酮浸泡以终止水化，并脱水，浸泡时间在24h以上，如果样品较大，浸泡时间过长。z烘干样品¾50~80℃烘干或其他干燥技术，干燥器中冷却待用。不能将样品重新暴露于大气中试验准备试验准备z试验准备¾根据密度和预估孔隙率，选择膨胀计(水泥样品一般5cc，1.131v)¾烘干膨胀计：提前2h烘干，干燥器中冷却备用¾空管校核¾实验环境室温控制在18~20℃，打开排气扇；¾检查水银量Shortsamplecell(P/N74012)2mmID(P/N74014)4mmIDUpperCellHousing(shortcell)(P/N04000-6405)O-ring(P/N51001-112)CellcontactassemblyP/N01559膨胀计的选择膨胀计的选择膨胀计管的选择膨胀计管的选择z密度、可放入材料量→预估样品体积¾密度为8.9g/cc;称量样品重量为29g¾样品体积=质量/密度=29g/8.9=3.26cc;z预估空隙率和体积→毛细管体积（25%~90%）¾预估孔体积=孔隙率X样品体积=0.20¾预估孔体积孔隙率X样品体积0.20(3.26)=0.652cc¾进汞测量体积百分比：（0.652/1.131）100%=58%,z开机¾打开稳压电源→打开N2，压力检查≥0.25MPa→打开仪器和计算机2014/9/114装样装样z称取样品重量Ms/或空膨胀计套装重量M1z样品装入膨胀计中密封，称重M0：¾膨胀计头部平口密封面的外沿上抹薄薄一层真空密封酯(注意：不可太多，污染样品，易滑动，密封不严，也不可少，影响真空滑动，密封严，可少，影响真度,5cc:0.2~0.3g)¾钢密封盖压紧，套上塑料卡套，拧紧。(注意：不可过紧，否则极易拧端管子）¾称组件重M0（即为Assemblyweight）低压测试低压测试z稍微拧松大螺母，打开低压仓，在膨胀计杆的外侧涂抹约5厘米长涂抹硅密封脂，装上膨胀计(注意：不要彻底拧松大螺母，以免使内部的密封件脱落导致密封不严；硅密封脂不要涂在杆的顶部，以免堵塞毛细管；如仅测一个低压样应在不用的低压站口安装金属棒)压样，应在不用的低压站口安装金属棒)；编辑样品文件编辑样品文件z打开软件：z在菜单File→Open→Sampleinformation中编辑样品分析软件：→Sampleinformation：新建样品名(注意：不可超过8个字母)样品质量可超过8个字母)，样品质量。→Analysisconditions：水银密度，平衡时间。→Penetrameterproperties：选择膨胀计编号，核实电阻率等参数，修正选择：Blank，并Browse膨胀计编号→Report：膨胀计修正选择，报告需要数据，z选择Unit,Lowpressureanalysis低压分析z点击Start，自动，直至结束，z取出膨胀计，擦净膨胀计外面的密封脂，称重取出膨胀计，擦净膨胀计外面的密封脂，称重M2.(注意：膨胀计毛细管进汞%，25%~90%，注意汞不要撒出，)高压测试高压测试--装样装样z检查液位，装入膨胀计，（注意：排空阀顶部的玻璃腔内液面高度为一半液面高为宜）z打开通气阀，排气，不出现大气泡为止，细小气泡影响不大z关闭通气阀，选择Unit,Highpressureli高压分析“Stt”analysis高压分析，Start。2014/9/115高压测试高压测试--取出取出z确认高压站内压力返回到接近大气压力，高压站加压指示灯灭；Idle状态z松开排空阀，逆时针转动高压仓头臂，至最高松开排空阀，逆时针转动高压仓头臂，至最高端，停留几秒；然后取出膨胀计杆，在仓口停留几秒，使得膨胀计上残留的高压油，流回高压仓。清理膨胀计清理膨胀计z排汞：将膨胀计头向上，放置在废汞回收装置上，排掉汞。z清洗：膨胀计表面、金属头和卡套。三步骤¾用清洗剂和毛刷子去油，→用干净水清洗，→用乙醇溶液清洗。z干燥：烘干膨胀计和金属头干燥烘干膨胀计和金属头z注意：①要戴橡胶手套②注意要在回收容器中排汞，不要让汞滴出和掉出③不能用超声波清洗器清洗，不能用硬物(如金属、指甲等)刮擦毛细管部分的镀皮(为数据测量感应金属层)6.安全注意事项6.2汞安全‹保持室内温度低于25℃且处于良好的通风状态‹操作时要穿工作服并配戴口罩及乳胶手套‹出现汞渗漏应立即清理并洒硫磺覆盖‹废汞及被汞污染的样品应用水密封报告报告((数据处理数据处理))Reports(DataReduction)Reports(DataReduction)孔径分布孔径分布PoreSizeDistributionsPoreSizeDistributionsz压力Pressure、尺寸Size、半径/直径Radius/Diameterz累积量(积分)r736.0P=z累积量(积分)CumulativezdV/dr(微分)zdV/dlogr(对半径对数的微分)z直方图(柱状图)Histogramsz内插法Interpolation数据分析数据分析2014/9/116©2001,2002QuantachromeInstrumentsolumechange滞留entrapment可逆压缩(无迟滞或滞留)Reversiblecompression(nohysteresisorentrapment)内部孔的迟滞Hysteresisfrominternalpores曲线的总体观察GeneralObservations压力值pressure体积变化Vo滞留entrapment颗粒间的空隙可能排出其中的汞,也可能不依赖于粉末压紧后的刚性Interparticlevoidsmaygiveuptheirmercuryornotdependingontherigidityofthepowder“compact”颗粒重排Particlerearrangement(大孔/空间largepores/spaces)(小孔/空间smallpores/spaces)©2001,2002QuantachromeInstruments举例举例::三段式注汞曲线三段式注汞曲线Example:3StagesofMercury“Intrusion”Example:3StagesofMercury“Intrusion”0.210.280.35[cc/g]10nm10nm30nm30nmyp空体积填充VoidFilling51015102510351045105PoreDiameter[nm]00.070.14VolumeSACHTOPORE|23.5.2000粉末压缩PowderCompression孔填充PoreFillingz样品的表观密度、孔隙率、平均孔径、中等直径、各种孔体积与直径或对数直径或压力的曲线关系z分析还可获得临界孔径、平均孔径、最可几孔径(即出现几率最大的孔径)及孔分布等参数。即出现几率最大的孔径及孔分布等参数样品密度样品密度z样品体积：Vb=Vp-Vm。¾Vp—用户输入膨胀计体积；Vm—进汞体积，Vm=(Wpsm-Wps)/ρ(Hg)(Wpsm——膨胀计+样品+水银的质量/g；(Wps——膨胀计+样品的质量/g；(ρ(Hg)水银密度，与温度有关。z表观密度ρs¾样品质量Ws除以块体体积Vb减去所包含孔的总体积Vtot，即ρs=Ws/(Vb-Vtot)z单位质量进汞体积：Itot=Vtot/WszWcon=10-4(μm/cm)/68947.6(dynes/cm2-Psia)=0.145038PsiPpWiiconπθγ)()180/*130cos(4844145038.0cos4Di=×××−=−⋅=Washcon常量Wcon=10-4(μm/cm)/68947.6(dynes/cm2-Psia)=0.145038mPsiPiμ)(4906264.180©2001,2002QuantachromeInstruments表面积计算表面积计算SurfaceAreaCalculationSurfaceAreaCalculationθγ−=cos2PrVPAΔ=θγcosθγcosPdVdA=∫=VPdVA0cos1θγ2014/9/117z圆柱体的表面积z每个孔表面积z总表面积d4VA=θγcospVA=pVA∑∑Δ=Δz孔平均直径z中值孔径：单位质量进汞1/2体积即Itot/2时