一种无损追踪水泥净浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法技术

本发明专利技术公开了一种无损可视化追踪水泥浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法。该方法是基于不同方向上X射线的衰减来重构图象，根据VG Studio MAX软件可视化定量表征试件内部裂缝分布。本发明专利技术借助XCT的三维和无损特性，可在不破坏样品的前提下，实现水泥浆体受硫酸盐侵蚀破坏的可视化定量表征，而且可以追踪同一个样品在硫酸盐溶液中侵蚀破坏整个过程的演化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种无损追踪水泥净浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法
本专利技术属于混凝土材料领域，尤其涉及一种无损可视化追踪水泥浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法。
技术介绍
随着我国经济快速发展和战略利益不断延伸，南海岛礁工程、渤海湾通道、港珠澳大桥、兰新高铁、川藏铁路、青藏公路等一大批重大基础工程正在我国海洋和西部严酷环境区域建设或规划中。上述区域的主要环境损伤因素包括高硫酸盐、高温差、极低湿度、浪溅冲刷、高温/冰冻等。常规的硫酸盐侵蚀主要由腐蚀产物如钙矾石和石膏形成引起的水泥基材料的体积膨胀，开裂和剥落。因此，大多数研究都是从宏观角度出发，比如通过研究混凝土受硫酸盐侵蚀后的质量变化、相对动弹模量变化以及抗压强度变化来表征混凝土受硫酸盐侵蚀破坏的程度。这些方法虽然简单方便，但是存在很多问题，这些检测指标只能够大致表征混凝土的破坏程度，并不能表征混凝土材料内部的破坏情况，无法得到空间三维的损伤破坏信息。XCT射线层析扫描技术是近年发展起来的一种利用X射线对样品进行扫描成像，进而重构出孔隙空间分布特征的分析技术。XCT技术具有很广的应用领域，混凝土的多孔、多相结构，能够使用XCT以不同灰度的图片来重构表征。在观察细微裂纹和微孔洞方面，XCT具有高分辨率的优势，在复合材料结构中可以观测出两种不同相的结构，甚至能观测到数量级在几十个微米程度上的裂纹和孔洞。另外，在混凝土领域的XCT无损检测中，XCT能够直观的观察到混凝土切片中的孔洞特征，如尺寸、数量、分布等，还能依托某些图像处理软件统计出孔隙率。区别于传统的SEM扫描图像分析，分析断层扫描技术提供了一种更为显像化的无损探测手段。用X-CT对样品进行扫描成像，获得大量分辨率较高的三维图像和数据，再基于阈值分割图像处理方法实现对夹杂百分比的定量分析，以其快速、无损和三维显示来弥补传统方法的不足。利用XCT可视化定量表征水泥浆受硫酸盐侵蚀破坏后其内部的裂缝分布及裂缝体积，能够直观的表征其内部损伤情况，因此具有很大的实用价值，该专利技术填补了这一区域的空白。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的在于提供一种无损追踪水泥净浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法。该方法能够直观的表征水泥浆受硫酸盐侵蚀破坏后的内部损伤情况，同时能够可视化定量表征裂缝体积及分布。技术方案：本专利技术具体技术方案是一种无损追踪水泥净浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法，该方法用XCT扫描仪扫描测试获取三维重构图象，具体包括如下步骤：步骤一、成型水泥净浆，48h后拆模，拆模后放在标准养护室中养护28-60d，制成水泥净浆试件样品；步骤二、将养护到期的试件样品取出，用X射线计算机断层扫描仪对试件样品进行第一次XCT测试，获得试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏前样品的三维XCT数据；步骤三、将上述试件样品放入腐蚀性硫酸盐溶液中，当浸泡龄期达到设计龄期时，采用和步骤二相同的XCT测试条件，对样品进行下一轮XCT测试，获取试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏后样品的三维CT数据；步骤四、利用公开的专业分析软件VGStudioMAX统计试件被硫酸盐腐蚀后内部的裂缝分布。其中，步骤一中，成型的试件尺寸为Φ(20-35)mm×50mm。步骤二中，所述X射线计算机断层扫描仪的管头电压为10-225KV，管头电流为0.34-0.65mA。步骤三中的腐蚀性硫酸盐溶液为质量分数为5％的硫酸钠溶液。步骤三中试样设计浸泡龄期分别为1个月、3个月、6个月、9个月。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：(1)采用本专利技术，能够得到整个净浆试块的三维孔分布、裂缝分布、体素分布以及整体灰度值变化。(2)采用本专利技术可以实现无损、连续、可视化追踪水泥浆体受硫酸盐侵蚀破坏的过程。附图说明图1试样内部裂缝在不同浸泡时间下的演变，图2试样内部裂缝体积分数与浸泡时间的关系。具体实施方式下面给出的实施例拟对本专利技术作进一步说明，但不能理解为是对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员根据本专利技术的内容作出的进一步非实质性改进和调整仍然属于本专利技术的保护范围。该方法用XCT扫描仪扫描测试获取三维重构图象，具体包括如下步骤：步骤一、成型水泥净浆，48h后拆模，拆模后放在标准养护室中养护28-60d，制成水泥净浆试件样品；步骤二、将养护到期的试件样品取出，用X射线计算机断层扫描仪对试件样品进行第一次XCT测试，获得试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏前样品的三维XCT数据；步骤三、将上述试件样品放入腐蚀性硫酸盐溶液中，当浸泡龄期达到设计龄期时，采用和步骤二相同的XCT测试条件，对样品进行下一轮XCT测试，获取试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏后样品的三维CT数据；步骤四、利用公开的专业分析软件VGStudioMAX统计试件被硫酸盐腐蚀后内部的裂缝分布。其中，试样：水泥净浆，水灰比为0.55，标准条件下养护28d，切割出的试样尺寸为混凝土试件尺寸为Φ35mm×50mm。设备与测试条件：将养护到期的试件取出，用XCT断层扫描仪获得试件在受硫酸盐侵蚀破坏前样品的三维CT数据。XCT断层扫描仪为德国YXLON公司的PrecisionS型XCT，探测器单元数为1024，样品台旋转角度为360°。然后将试样放入5％硫酸钠溶液中，分别在浸泡3和月、6个月、9个月、12个月后拿出并采用相同的CT测试条件，对样品进行下一轮CT测试，获取试件在受硫酸盐侵蚀破坏后样品的三维CT数据。结果分析、利用VGStudioMAX软件统计试件内部裂缝分布及裂缝体积，如图1所示。由图1可知，从图中能够明显看到对混凝土进行力学损伤时，其裂缝主要集中分布在混凝土的棱角和边角处，内部裂缝明显小于靠近表面的裂缝。从图中能够看出浸泡3个月时净浆靠近端面和表面处就已经开始产生了裂缝，随着浸泡时间的增加，其裂缝不断扩大并且增加。从图中还能看出裂缝在三维空间呈现板片状和网脉状分布。具体内部裂缝统计如表1所示。表1试样在不同浸泡时间下的裂缝体积。表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无损追踪水泥净浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法，其特征在于，该方法用XCT扫描仪扫描测试获取三维重构图象，具体包括如下步骤：步骤一、成型水泥净浆，48h后拆模，拆模后放在标准养护室中养护28‑60d，制成水泥净浆试件样品；步骤二、将养护到期的试件样品取出，用X射线计算机断层扫描仪对试件样品进行第一次XCT测试，获得试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏前样品的三维XCT数据；步骤三、将上述试件样品放入腐蚀性硫酸盐溶液中，当浸泡龄期达到设计龄期时，采用和步骤二相同的XCT测试条件，对样品进行下一轮XCT测试，获取试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏后样品的三维CT数据；步骤四、利用公开的专业分析软件VG Studio MAX统计试件被硫酸盐腐蚀后内部的裂缝分布。

【技术特征摘要】
1.一种无损追踪水泥净浆受硫酸盐侵蚀破坏的定量表征方法，其特征在于，该方法用XCT扫描仪扫描测试获取三维重构图象，具体包括如下步骤：步骤一、成型水泥净浆，48h后拆模，拆模后放在标准养护室中养护28-60d，制成水泥净浆试件样品；步骤二、将养护到期的试件样品取出，用X射线计算机断层扫描仪对试件样品进行第一次XCT测试，获得试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏前样品的三维XCT数据；步骤三、将上述试件样品放入腐蚀性硫酸盐溶液中，当浸泡龄期达到设计龄期时，采用和步骤二相同的XCT测试条件，对样品进行下一轮XCT测试，获取试件样品在受硫酸盐侵蚀破坏后样品的三维CT数据；步骤四、利用公开的专业分析软件VGStudioMAX统计试件被硫酸盐腐蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云升，杨永敢，刘乃东，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32