【摘要】：水泥和水拌和后,水泥熟料礦物即被水化生成水化硅酸鈣、氫氧化鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物,水泥漿體經(jīng)過凝結(jié)硬化,由最初的具有流動(dòng)狀態(tài)的漿狀體變?yōu)榫哂邢喈?dāng)強(qiáng)度的石狀體。對水泥混凝土的超聲監(jiān)測是近年來超聲監(jiān)測應(yīng)用中的一個(gè)嶄新分支,主要是研究超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的參數(shù)變化,進(jìn)而研究水泥水化過程中的聲學(xué)特征參數(shù)的演變規(guī)律,如波速、首波幅值、主頻等�，F(xiàn)有的用金屬材料封裝的超聲探頭價(jià)格較貴,且主要用于混凝土的無損檢測領(lǐng)域,不適用于埋入水泥漿體中進(jìn)行監(jiān)測。本課題針對這一問題,提出開發(fā)埋入式壓電換能器的研究,并開展基于該換能器的水泥水化監(jiān)測研究。本文制備一種與水泥相容性良好的埋入式壓電換能器,其主要由壓電元件、匹配層、屏蔽層、背襯層構(gòu)成。其中,鋯鈦酸鉛陶瓷(PZT-4)因其具有良好的發(fā)射性能,使其作為發(fā)射換能器的壓電元件,鋯鈦酸鉛陶瓷(PZT-5)因其具有良好的壓電常數(shù)及較低的機(jī)械品質(zhì)因數(shù),使其作為接收換能器的壓電元件。選取厚度為2.7mm的Al_2O_3片作為匹配層,銅網(wǎng)作為屏蔽層,起到提高靈敏度和降低干擾的作用。背襯層選擇環(huán)氧樹脂:固化劑:鎢粉比例為4:1:0.25的混合物,可有效抑制反向聲振動(dòng),提高換能器的聲學(xué)衰減性能。所制作壓電超聲換能器的諧振頻率為110kHz,頻帶寬度為20kHz,信噪比為47.56dB,換能器與水泥相容性良好,且具有均一性,發(fā)射接收響應(yīng)明顯易觀察,具有良好的衰減性能,可以用來研究水泥水化進(jìn)程。在對水泥水化過程進(jìn)行超聲監(jiān)測之前,需要確定水化監(jiān)測過程中的超聲參數(shù),包括脈沖器觸發(fā)間隔,接收與發(fā)射換能器之間的合適距離,以及超聲波在換能器中的傳播時(shí)間。脈沖觸發(fā)間隔太短會(huì)引起所測試的超聲時(shí)域曲線中首波不明確,太長會(huì)使時(shí)間延遲,導(dǎo)致效率低下,實(shí)驗(yàn)確定的脈沖觸發(fā)間隔為100ms。換能器埋入水泥漿體中進(jìn)行監(jiān)測時(shí),發(fā)射與接收換能器之間的距離太大會(huì)導(dǎo)致超聲波在介質(zhì)中能量損失嚴(yán)重,太小會(huì)使首波時(shí)間難以確定,實(shí)驗(yàn)確定的發(fā)射與接收換能器之間的距離為4cm。通過對3個(gè)距離的超聲首波時(shí)間的采集,經(jīng)過計(jì)算得出,超聲波在發(fā)射換能器與接收換能器內(nèi)部之間的傳播時(shí)間為2.3×10~(-6)s。用所制得的壓電換能器分別對水灰比為0.3、0.4、0.5的普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥水化進(jìn)程進(jìn)行超聲監(jiān)測,得到超聲時(shí)域曲線,傅里葉變換后得到頻域曲線。結(jié)合水泥水化過程中的強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、水化熱曲線、XRD和SEM進(jìn)行分析。水化監(jiān)測結(jié)果表明,硫鋁酸鹽水泥的水化進(jìn)程明顯快于普通硅酸鹽水泥的水化進(jìn)程。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行,時(shí)域曲線中的幅值先增加后降低,超聲脈沖循環(huán)數(shù)增加到一定程度約在水化1天后就不再增加。壓電換能器的接收波頻譜圖中主頻率增加至換能器的諧振頻率左右便不再增加,主幅值呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。根據(jù)壓電換能器接收的超聲波形及超聲參數(shù)變化可將水泥水化反應(yīng)分為不同的階段,硫鋁酸鹽水泥超聲波形開始出現(xiàn)的時(shí)間明顯早于硅酸鹽水泥,這與凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度測試表現(xiàn)出來的規(guī)律是一致的,對比微觀結(jié)構(gòu)分析,可以獲得超聲波特征參數(shù)與水泥漿體微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ172.1
【圖文】：

壓電換能器結(jié)構(gòu)圖

壓電陶瓷元件如圖所示的壓電陶瓷圓片上下端面各燒有一層銀電極，其振動(dòng)模式主要為厚度振

壓電換能器結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2804696