CN109030521A - 一种x射线扫描纤维混凝土微观结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，将待测混凝土试件放入烘箱中干燥48h；将烘干处理后的试件取出通过X射线计算机断层扫描仪X‑CT进行第一次X‑CT扫描，记为原始值R0；将上述试件置于可溶性离子溶液中真空饱水2天；将试件取出，表面擦干后进行第二次X‑CT扫描，记为R1，并采用VG Studio MAX 2.0或2.1分析软件进行扫描分析。本发明针对无机纤维和有机纤维在X‑CT中与孔隙灰度区别不大的问题，将纤维混凝土经可溶性溶液真空饱水，其内部除孔隙外，灰度明显增大，提高了纤维与孔隙的灰度差；通过对比纤维混凝土饱水前后的X‑CT二维断层图，可得三维纤维分布，同时得到孔隙率及孔尺寸等微观结构信息。
Description
技术领域
本发明涉及纤维混凝土领域，尤其涉及一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法。
背景技术
近年来，纤维混凝土作为一种新型高性能混凝土建筑材料，在建筑工程领域已经达到广泛的应用。普通混凝土抗拉强度低、极限延展率小、性脆，外界环境如冻融破坏、氯盐侵蚀和碳化等导致混凝土结构耐久性降低，影响其使用寿命。为更有效地改善外部及内部环境对混凝土的侵蚀作用并延长混凝土结构的使用寿命，通过掺加抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维来改善建筑材料性能。
纤维在混凝土中的均匀分散程度，是发挥其在混凝土中抗裂及增韧效应的重要前提。然而在实际应用中，容易出现纤维在混凝土中结团或分散不均匀的情况，因此通过无损表征混凝土内部纤维的分散特性显得至关重要。
现阶段，对于钢纤维混凝土的无损表征技术已经得到广泛应用，而无机纤维(如石棉等)和有机纤维(如聚丙烯纤维，聚乙烯醇纤维等)却无法通过X射线无损扫描清晰显示纤维分布。这与X射线断层扫描仪的工作原理有关，钢纤维的原子序数大，经X射线源收集旋转物体的射线衰减信息来重构图像，并根据灰度值差异区分出纤维混凝土的钢纤维和孔隙(钢纤维亮度大)；而石棉和聚丙烯纤维等因相对原子序数小，接近孔溶液，其灰度值与孔隙相差不大，导致在CT图像中无法区分。
为了研究纤维混凝土微观结构，必须要发展一种手段，既能有效区分纤维与孔隙的灰度差，又能在不破坏试件的前提下检测原位演化过程。因此，开发一种X射线扫描无损检测纤维混凝土微观结构的方法具有很大的实用价值，该发明填补了这一区域的空白。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，解决了X射线扫描条件下纤维与混凝土孔隙之间灰度差较小的问题。
技术方案：本发明包括以下步骤：
(1)将待测混凝土试件放入烘箱中干燥48h；
(2)将烘干处理后的试件取出，通过X射线计算机断层扫描仪X-CT进行第一次X-CT扫描，记为原始值R0；
(3)将上述试件置于可溶性离子溶液中真空饱水2天；
(4)将试件取出，表面擦干后进行第二次X-CT扫描，记为R1，并采用VG Studio MAX2.0或2.1分析软件进行扫描分析。
所述步骤(1)中的烘箱干燥温度为80～100℃。
所述步骤(2)中的X射线计算机断层扫描仪的探测器类型为Y.XRD 0820，探测器单元数为1024，像素数为1024×1024。
所述步骤(3)中的可溶性离子溶液为锶、铯、铷、钡离子可溶性溶液。
所述步骤(3)中的可溶性离子溶液的浓度至少为3％。
有益效果：本发明针对无机纤维和有机纤维在X-CT中与孔隙灰度区别不大的问题，将纤维混凝土经可溶性溶液真空饱水，其内部除孔隙外，灰度明显增大，提高了纤维与孔隙的灰度差；通过对比纤维混凝土饱水前后的X-CT二维断层图，可得三维纤维分布，同时得到孔隙率及孔尺寸等微观结构信息。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的纤维未浸泡前经CT扫描所得的二维断面图像；
图3为本发明的纤维浸泡后经CT扫描所得的二维断面图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
(1)将待测混凝土试件放入烘箱中干燥48h，干燥温度为80～100℃；
(2)将烘干处理后的试件取出，通过X射线计算机断层扫描仪X-CT进行第一次X-CT扫描，记为原始值R0，X射线计算机断层扫描仪的电压和电流分别为195kV～225kV和0.3mA～0.45mA，探测器类型为Y.XRD 0820，探测器单元数为1024，像素数为1024×1024。
(3)将上述试件置于含锶、铯、铷、钡离子的可溶性离子溶液中真空饱水2天，含锶、铯、铷、钡离子的可溶性溶液浓度不低于3％；
(4)将试件取出，表面擦干后进行第二次X-CT扫描，记为R1，并采用VG Studio MAX2.0或2.1分析软件进行扫描分析，通过分析R0和R1，可对比得出混凝土内部相同位置浸泡前后二维孔隙差异，同时通过三维重建，可对比得到三维纤维分布，孔隙率，孔尺寸分布三维裂纹空间分布的演化过程。
实施例1
(1)本实施例中的纤维砂浆采用天然椰棕纤维，椰棕纤维性能参数如表1所示，纤维砂浆由以下组份组成：80份水泥，30份水，160份砂子，5份椰棕纤维，纤维砂浆的试件尺寸为40mm×40mm×160mm。
表1
(2)将养护至预定龄期的纤维砂浆在80℃下烘干48小时，采用X射线计算机断层扫描仪进行第一次扫描，如图2所示，并使用VG Studio MAX 2.0软件分析，其中X射线计算机断层扫描仪的电压和电流分别为195kV和0.31mA，探测器类型为Y.XRD 0820，探测器单元数为1024，像素数为1024×1024，将扫描信息记为R0。
(3)将上述试件置于含锶，铯，铷，钡离子的可溶性溶液中真空饱水2天，含锶，铯，铷，钡离子的可溶性溶液选择5％的氯化钡溶液。
(4)试件取出表面擦干后，采用X射线计算机断层扫描仪进行第二次X-CT扫描，记为R1，如图3所示，利用软件VG Studio MAX 2.0进行扫描分析。
通过对比图2和图3可看出，在饱水前后砂浆内部微观结构的变化，可由图3得出纤维砂浆的孔隙率及孔尺寸分布等信息，图2中扣除图3孔隙可得纤维分布。解决了纤维在计算机断层扫描条件下，与混凝土孔隙灰度差区别不大的问题。
Claims (5)
1.一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测混凝土试件放入烘箱中干燥48h；
(2)将烘干处理后的试件取出，通过X射线计算机断层扫描仪X-CT进行第一次X-CT扫描，记为原始值R0；
(3)将上述试件置于可溶性离子溶液中真空饱水2天；
(4)将试件取出，表面擦干后进行第二次X-CT扫描，记为R1，并采用VG Studio MAX 2.0或2.1分析软件进行扫描分析。
2.根据权利要求1所述的一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的烘箱干燥温度为80～100℃。
3.根据权利要求1所述的一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的X射线计算机断层扫描仪的探测器类型为Y.XRD 0820，探测器单元数为1024，像素数为1024×1024。
4.根据权利要求1所述的一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的可溶性离子溶液为锶、铯、铷、钡离子可溶性溶液。
5.根据权利要求1所述的一种X射线扫描纤维混凝土微观结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的可溶性离子溶液的浓度至少为3％。
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