總孔隙檢測

總孔隙檢測：原理、方法與標準

總孔隙率是表征多孔材料內部結構特征的核心指標之一，它直接反映了材料中孔隙體積占材料總體積的百分比。這一參數在眾多工業和科研領域中具有至關重要的應用價值。例如，在建筑材料領域（如混凝土、磚塊、石膏板等），總孔隙率直接影響材料的強度、耐久性、保溫隔熱性能以及抗凍融能力；在地質勘探和石油工程中，巖石的總孔隙率是評估儲層儲集能力和油氣可采儲量的關鍵參數；在催化劑、過濾材料、吸附劑、陶瓷、粉末冶金制品以及生物醫學材料（如骨植入體）的生產與研究中，精確控制與測量孔隙率更是優化材料性能的基礎。因此，建立科學、準確、可靠的總孔隙檢測方法體系，選擇合適的檢測儀器，并嚴格遵循相關標準規范，對于材料的研發、生產質量控制及應用性能評估均具有不可替代的意義。

檢測項目

總孔隙檢測的核心項目是測定材料的總孔隙率 (Total Porosity, Φ_t)，通常以百分比 (%) 表示，計算公式為：Φ_t = (V_p / V_b) × 100%，其中 V_p 是孔隙的總體積，V_b 是材料的總體積（包含固體骨架和所有孔隙）。根據檢測目的和材料特性，有時還需要區分開孔孔隙率 (Open Porosity) 和閉孔孔隙率 (Closed Porosity)，但總孔隙率是兩者之和。

檢測儀器

總孔隙檢測通常需要使用精密的專用儀器，主要類型包括：

• 氦氣真密度儀 (Helium Pycnometer)： 基于理想氣體定律（波義耳定律），通過測量已知體積的樣品室在充滿氦氣（可滲入極微小孔隙）前后的壓力變化，精確計算出材料的骨架體積（或稱真實體積，V_s）。結合通過幾何尺寸或排水法測得的表觀體積 (V_b)，即可計算出總孔隙率 (Φ_t = (1 - V_s/V_b) × 100%)。該儀器精度高（可達0.1%），測量快速，是測定骨架體積的標準方法。
• 水銀孔隙儀 (Mercury Intrusion Porosimetry, MIP)： 利用水銀在高壓下強制壓入材料孔隙的原理。通過測量不同壓力下壓入水銀的體積，不僅可以得到總進汞體積（對應開孔孔隙體積），結合樣品質量可計算表觀密度和開孔率。雖然主要針對開孔結構，但在特定條件下（如已知真實密度）也可輔助評估總孔隙。特別擅長分析孔徑分布。
• 比重瓶/密度測定裝置： 利用阿基米德原理。通過測量樣品在空氣中的質量以及在已知密度液體（通常是去離子水或惰性液體）中的浮力（或排開液體的質量），可以計算出樣品的表觀體積 (V_b) 和開孔體積（吸液法），進而計算開孔率和（結合真密度）總孔隙率。操作相對簡單，成本較低，但精度和適用范圍受限。
• 真空飽和裝置： 主要用于測定開孔率。將樣品置于真空環境中抽真空，然后浸入液體（如水）中使其飽和，通過測量飽和前后樣品的質量差即可得到開孔體積。常與幾何體積測量或真密度測量配合使用來計算總孔隙率。

檢測方法

總孔隙檢測的常用方法主要有：

• 真密度-表觀密度法：
  1. 使用氦氣真密度儀精確測定材料的真實密度 (ρ_true)（骨架密度）。
  2. 測定材料的表觀密度 (ρ_apparent)。表觀密度可通過測量規則樣品的幾何尺寸計算體積（幾何法），或對不規則樣品采用排水法（基于阿基米德原理）測定其排開液體的體積來獲得。
  3. 計算總孔隙率：Φ_t = (1 - (ρ_apparent / ρ_true)) × 100%。這是目前最常用、理論上最直接可靠的總孔隙率測定方法。
• 真空飽和-浮力法 (主要測開孔率)：
  1. 稱量干燥樣品質量 (m_dry)。
  2. 將樣品抽真空后浸入液體中使其飽和，擦去表面浮液后稱量飽和樣品在空氣中的質量 (m_sat)。
  3. 稱量飽和樣品完全浸沒在液體中的表觀質量 (m_app)。
  4. 計算開孔孔隙體積：V_open = (m_sat - m_dry) / ρ_fluid。
  5. 計算表觀體積：V_b = (m_sat - m_app) / ρ_fluid。
  6. 計算開孔率：P_open = (V_open / V_b) × 100%。
  7. 若需總孔隙率，需額外使用氦氣真密度儀測量真實體積 V_s，則 Φ_t = (1 - V_s/V_b) × 100%。
• 水銀壓入法： 通過水銀孔隙儀獲得累積進汞體積曲線，在最高壓力下的總進汞體積對應開孔體積。要得到總孔隙率，仍需結合獨立測得的真實密度 (ρ_true) 和通過儀器測量的樣品裝填體積（或已知幾何體積）計算出的表觀密度 (ρ_apparent)，再按 Φ_t = (1 - ρ_apparent/ρ_true) × 100% 計算。MIP 本身對閉孔不敏感。

檢測標準

為了確保檢測結果的準確性、可比性和可靠性，必須依據相關的國際、國家或行業標準進行操作。常用的總孔隙檢測相關標準包括：

• ASTM 標準 (美國材料與試驗協會)：
  • ASTM C373: Standard Test Methods for Determination of Water Absorption and Associated Properties by Vacuum Method for Pressed Ceramic Tiles and Glass Tiles and Boil Method for Extruded Ceramic Tiles and Non-tile Fired Ceramic Whiteware Products (涉及吸水率、表觀孔隙率等)。
  • ASTM D792: Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement (密度測定，可用于計算)。
  • ASTM D2638: Standard Test Method for Real Density of Calcined Petroleum Coke by Helium Pycnometer (氦氣比重瓶測真密度的范例)。
  • ASTM D4404: Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry (針對土壤巖石的 MIP)。
  • ASTM UOP578: Automated Pore Volume and Pore Size Distribution of Porous Substances by Mercury Porosimetry (針對催化劑等的 MIP)。
• ISO 標準 (國際標準化組織)：
  • ISO 18754: Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Determination of density and apparent porosity (針對精細陶瓷)。
  • ISO 5017: Dense shaped refractory products — Determination of bulk density, apparent porosity and true porosity (針對致密定形耐火材料)。
  • ISO 15901-1: Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption — Part 1: Mercury por

    檢測機構資質證書

    

    CMA認證

    檢驗檢測機構資質認定證書

    證書編號：241520345370

    有效期至：2030年4月15日

    

    CNAS認可

    實驗室認可證書

    證書編號：CNAS L22006

    有效期至：2030年12月1日

    

    ISO認證

    質量管理體系認證證書

    證書編號：ISO9001-2024001

    有效期至：2027年12月31日
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