DVS儀器在建筑材料領域中的應用

現在所見的許多種類的建筑材料，其類別包括隨處可見的水泥和混凝土一直到基于天然材料的復合物形成新型材料。先進的水蒸氣吸附方法能夠提高對這些材料吸附行為的理解，從而為預測其實際使用性能提供幫助。

1 水泥

動態水吸附（DVS）提供了在相對濕度變化時水泥和混泥土發生反應的基本信息，還能夠提供變化對性能所造成哪些影響，如耐久性、壽命、對添加物的反應。DVS提供的信息能幫助提升水泥與混凝土上述及其他方面的性能。

2 預水化

所謂的預水化是水泥暴露在濕氣下吸水的過程。水泥的預水化是制造商和使用者所密切關注的現象。它會導致一些不利的后果，如增加固化時間、降低壓縮強度、改變流變性能和對高效增塑添加劑反應降低。預水化涉及與氣態水分子界面作用和顆粒間的毛細管凝聚。

在室溫條件下，預水化發生在環境濕度超過了水吸附開始發生的閾值（起始點）。這說明如果在此關鍵的相對濕度值下存儲水泥灰可以阻止預水化并延長器壽命。

DVS設備特別適合測試水泥的水吸附行為。其中吸附平衡是以預水化開始發生的相對濕度水平和吸水速率為基礎而建立起來的。

3 儲存

就影響水泥的儲存時間或壽命的因此而言，吸水量是需要著重考慮的。吸水量受到一些參數的影響，如溫度、放置時間、相對濕度和材料的特殊性質。水泥在運送給客戶時就已發生預水化也會影響其性能 。預水化與水泥制造和儲存過程相關，能夠顯著的改變水泥的性質。在DVS的幫助下，可在不同的濕度和溫度下模擬真實情況，計算出水泥的使用壽命。

4 孔尺寸

孔尺寸與混凝土的壽命和耐久性有直接關系。顆粒大小影響混凝土的吸水量，也影響毛細管凝聚所能利用的孔的比表面積。在多孔的水泥中，水蒸氣分子的傳輸受凝結和汽化影響，而凝結和汽化又是發生在孔表面及其內空氣之間的水分子交換過程。

孔徑分布與水泥的通透性有關，大孔的存在會導致更大的通透性。孔徑分布的精確表征有助于更為先進和持久的混凝土的發展。采用SMS公司提供的分析軟件，可用從水吸附和脫附過程得到數據表征孔徑分布。

5 擴散

水蒸氣的擴散取決于孔隙率、混凝土中孔的幾何形狀、孔中液體水的含量。對于長期使用的混凝土必須能夠抵抗因諸多因素所致的破壞，如其中的冰凍-解凍循環、風化和硫酸鹽侵蝕。這些因素作用的機理或多或少受控于混凝土抗水汽侵入性能。采用DVS能夠得到水蒸氣進入水泥和混凝土材料的擴散常數。

6 吸附/脫附等溫線

由吸附和脫附等溫線可得到水泥和混凝土的重要信息，水蒸氣吸附等溫線常用于孔徑分布和比表面積的計算，除此之外，也可以從等溫線中的遲滯效應獲得很有用的信息。例如，對遲滯的解釋可認為是相互連通的小孔的存在限制了內部中大孔獲得外部水蒸氣分子的能力。采用DVS儀器，測試為精確的全自動的過程、僅需數日即可獲得吸附和脫附等溫線，將不再是數周或數月的易出錯且費力的勞作。

7 復合材料

當經受環境的沖擊時，如相對濕度的波動，水分子就會擴散到復合物的基質中。這將對基材-增強材料之間的連接造成不利影響。通常對復合材料而言，長期暴露在潮濕環境中會造成因高分子基質水解或形成微裂紋所致的不可逆破壞，高溫能加劇此過程。同時，水汽擴散到基質中會致使玻璃化轉變溫度降低并軟化基質，導致強度的下降。因此，水含量和在復合材料上的影響對結構設計者是非常重要的。DVS設備可用于獲得不同溫度下的復合物中水吸附數據。這有助于此類材料的表征并預測其在使用中的性能。

在木-塑復合物中，由于其中存在的木材的膨脹，水汽的吸附直接影響復合物的尺寸和耐久性。同時也增加了真菌或其他微生物的侵蝕的可能性。水的吸附量取決于木材、高分子的量及在復合物制造前的木材的處理工藝。

8 木材

木材是一種吸水性材料，這是因為其細胞壁上含有大量的吸水位點，位點主要由極性的羥基基團構成。當木材作為建筑材料時其大部分性能，如尺寸不穩定性、耐久性和真菌侵蝕，與木材的水吸附行為密切相關。水吸附行為由于受到木材的主要成分的影響而變的復雜，其內的細胞和纖維素構成了錯綜復雜的內部細胞壁構象，吸水使其結構發生持續的改變，導致了細胞壁尺寸的變化。

9 修復材料

在修復材料中，新舊材料的兼容性是關注的重點。因此探究陳舊結構中所用建筑材料的水汽侵入性能是非常重要的。建筑的外層結構的水汽滲入能對材料的熱行為、室內空氣質量和空調負載有重大影響。當增加/降低相對濕度時用作兼容的材料具有相近的保濕、抗濕性能，及相似的熱膨脹率，則材料的復合就會有良好的抗水合和潤濕性能。DVS儀器能用于測試這些水蒸氣吸附性能。

10 與其他儀器的聯用

DVS設備可與其他儀器如拉曼、XRD等聯用測試在相對濕度變化時樣品的性能變化。

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