水泥介電常數測試設備及方法

       近年來，實驗科學對非破壞性測試青睞有加。介電常數作為基本材料特性，常被作為微波近場無損檢測技術的測量對象用以表征測試材料的性能。本文旨在研究早齡期混凝土材料介電常數的實部和虛部與試驗測試頻率的關系，為非破壞性測試的進一步發展提供理論研究思路與技術支撐。

一、概述

      應用微波近場無損檢測技術的先決條件是不同混凝土材料間介電性能的差異。譬如密實度、空隙含量、含水量等材料參數均可通過材料介電常數的測量來反映"。此外，理想的多相復合介質介電常數模型是應用微波近場無損檢測技術進行非破壞性測試的理論關鍵。介電常數作為微波近場無損檢測技術所反映的材料基本和重要性質可以表示為式(1): 

       其中,ε',是復介電常數的實部，稱為相對介電常數，它反映了介質對電磁波的存儲效應; ε",是復介電常數的虛部，稱為介質損耗因數，其反映了介質中電磁波的損耗

       針對以上研究現狀，本文著重研究了早齡期混凝土材料介電常數的實部和虛部與測量頻率之間的關系，且研究成果將為微波近場無損檢測技術的實際應用提供理論研究思路和技術層面的支撐。

二、試件的測量設計與準備

（一）測量設計

      為便于研究早齡期混凝土材料的介電常數與測量頻率的關系，試驗將制備構件尺寸為150mm x 150mm x 150mm的標準混凝土試塊。混凝土試塊配合比取水:水泥:砂子:石子=0. 5: 1: 1. 79: 3.63,水泥標號為P.042. 5。將試塊置于標準養護條件(溫度20°C+2°C、相對濕度95% RH以上)分別養護7天、14天、28天。養護結束后將不同齡期混凝土試塊將分別使用Keysight E5080A網絡分析儀進行不同頻率下的介電常數測量，在完成對測量數據的擬合工作之后，將得到早齡期混凝土材料介電常數與測量頻率的關系。

（二）試件的準備

        試驗過程中，混凝土試塊在經機械攪拌形成，振動臺振動均勻之后，置于標準條件下在固化箱中進行混凝土試塊的養護，24h后脫模,脫模后在養護室中養護7天、14 天、28天。養護結束后，取測量頻率范圍為500MHz~5GHz，分別測量混凝土試塊4個側面的介電常數值，并計算平均值作為該試塊介電常數代表值。

（三）介電常數的測定方法

         本試驗通過Keysight E5080A網絡分析儀采用同軸探頭法進行介電常數的測量工作，如圖1所示。網絡分析儀與3mm同軸傳輸電纜線相連，傳輸線末端接有同軸高溫探頭，并使用夾具固定同軸探頭，通過移動混凝土試塊實現探頭對不同測點的測量。在使用E5080A網絡分析儀測量介電常數前，需先進行空氣、短路件及25°C純水的校準工作。在完成系統誤差的校準工作后，使用反射系數計算被測材料的介電常數。

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