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SkyScan 3D-XRM 應(yīng)用 |水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)表征

來源：時間：2022-10-24 16:06:42 瀏覽：3266次

水泥基材料是指以水泥為主要凝膠材料的多相復(fù)合材料，包括水泥石、水泥凈漿以及各種混凝土。水泥基復(fù)合材料具有典型的多孔、多相和多尺度特征。水泥基材料的物理力學(xué)性能、滲透性及耐久性與硬化水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，對微觀結(jié)構(gòu)的合理表征可以有助于更好地理解水泥基材料性能。

01

1. 三維X射線顯微鏡（3D-XRM）表征水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

三維X射線顯微鏡（3D-XRM）利用X射線對材料進行成像表征，是一種將實驗技術(shù)和數(shù)學(xué)分析結(jié)合以獲取材料三維微觀結(jié)構(gòu)的無損、可視化表征技術(shù)。其技術(shù)的突出優(yōu)勢在于：

a. 無需復(fù)雜的制樣過程，試樣可在原始狀態(tài)下進行檢測，不需進行干燥或真空脫水處理

b. 無損檢測

c. 可進行原位連續(xù)觀察

d. 可提供三維空間圖像

02

1. 3D-XRM在水泥基材料研究中的應(yīng)用

a. 水泥水化過程的微結(jié)構(gòu)

b. 侵蝕性介質(zhì)傳輸過程的微結(jié)構(gòu)

c. 骨料摻量以及形貌對微結(jié)構(gòu)影響

d. 水泥基材料缺陷以及內(nèi)部裂縫演變

2. 3D-XRM在水泥基材料研究中的應(yīng)用實例

混凝土壓縮疲勞試驗中的裂紋和孔隙演化

（1）材料和儀器型號：

樣品尺寸：40×40×40 mm³

儀器型號：SkyScan 1173 micro-CT

（2）研究內(nèi)容：

使用SkyScan 1173 micro-CT從細觀力學(xué)角度實時觀測混凝土在周期性壓縮加載疲勞測試中微觀裂紋和孔隙演化。

a. 通過考慮混凝土的細觀結(jié)構(gòu)（骨料、水泥基質(zhì)、孔隙），在壓縮疲勞試驗中不同循環(huán)次數(shù)荷載下，破裂混凝土樣品的高分辨率的完整3D損傷圖：

b. 隨著疲勞損傷的增加，對裂縫和孔隙的體積以及裂縫寬度的變化進行定量估計（基于3D損傷圖）。

03

水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)及水化程度

（1）材料和儀器型號：

樣品尺寸：直徑5 mm，高度10mm 的圓柱體。

儀器型號：Skyscan 1172 micro-CT

（2）研究內(nèi)容：

進行了0.3 和0.5 兩種水灰比的水泥凈漿從1 d 到40 d 齡期的CT 掃描試驗和TGA 試驗，并基于試驗結(jié)果進行了三維重構(gòu)和水化程度分析；

a. 可以直觀反映未水化顆粒、孔隙、水化產(chǎn)物的形態(tài)演化；

b. 基于CT 掃描結(jié)果采用圖像法計算了凈漿水化程度，計算結(jié)果與常用的TGA 結(jié)果可比性好，7 d 至40 d 齡期測得的水化度最大相對誤差僅為7.6%；

c. CT 為監(jiān)測和模擬水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)的變化提供了一個有力的工具。

參考文獻：

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Santini, Maurizio. Fundamentals and recent advances in X-ray micro computed tomography (microCT) applied on thermal-fluid dynamics and multiphase flows[J]. Journal of Physics Conference, 2015, 655:012004.

吳澤弘，魏亞．基于CT 掃描技術(shù)的水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)及水化程度[J/OL]．復(fù)合材料學(xué)報.

孫國文, 張麗娟. CT技術(shù)用于水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)表征的國內(nèi)外研究進展 [J]. 混凝土, 2015, 000(012):8-12.

來源：束蘊儀器

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