水泥基材料是建筑工程中應(yīng)用材料之一,其孔隙結(jié)構(gòu)對材料的性能和使用壽命具有決定性影響。如材料的力學(xué)性能、耐久性和變形性能等都直接或間接地與材料的孔結(jié)構(gòu)有關(guān),同時,外部環(huán)境介質(zhì)對材料的作用及材料本身固有的反應(yīng),也都會引起孔結(jié)構(gòu)的變化。因此對水泥基材料的孔隙進行研究不僅是理解其性能劣化的核心,更是實現(xiàn)材料高性能化、功能化和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
蔡司X射線三維成像CT技術(shù)(Xradia Micro CT、Versa系列、Ultra系列)以其多尺度兼容(從幾十納米到幾十上百微米)、無損三維及大工作距離高分辨率(Raad)高襯度成像的能力,為全面三維可視化和定量分析水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)(孔隙的形態(tài)和空間分布、孔隙率、孔徑分布、球形度、迂曲度及連通性等)、追蹤水泥基材料成型或服役條件下孔隙結(jié)構(gòu)演變(不同載荷作用下、水化、凍融、腐蝕等過程中的孔隙演變)提供全面有效的解決方案。
案例一
水泥成型過程中對材料孔隙結(jié)構(gòu)演變
進行實時原位4D追蹤
蔡司 VersaXRM 全新快速掃描模式,最快可在 1 分鐘內(nèi)實現(xiàn)快速掃描成像,為實時跟蹤高水灰比水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)演化提供全面有效的解決方案。
案例二
載荷作用下,對材料孔隙裂紋結(jié)構(gòu)演變
進行4D原位研究
利用蔡司X射線顯微鏡Versa系列大工作距離高分辨率(Raad)獨特優(yōu)勢, 研究在壓縮載荷作用下,材料孔隙裂紋結(jié)構(gòu)的演變。
▲ 圖1:壓力位移曲線:水泥材料在壓力作用下,隨著力的增加壓縮量的變化(mm)
▲ 圖2:不同壓力下,水泥材料內(nèi)部孔隙裂紋結(jié)構(gòu)變化:隨著壓力的增加,樣品內(nèi)部孔隙裂紋的增加拓展。
▲ 圖3:不同壓力下,水泥材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化:隨著壓力的增加,樣品內(nèi)部孔隙裂紋體積占比增加,裂紋拓展。
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案例三
從納米尺度到微米尺度全面表征水泥基材料孔隙
通過結(jié)合微米級(Versa)和納米級(Ultra)X射線三維成像技術(shù),從納米尺度到微米尺度多尺度表征浸出水泥漿的孔隙結(jié)構(gòu)異質(zhì)性,揭示了其從核心到表面蝕變層的孔隙率梯度、孔隙連通性及孔徑分布變化,克服了傳統(tǒng)方法無法三維表征孔隙連通性和空間異質(zhì)性的局限性。
▲ 圖1:微米和納米級X射線三維成像CT技術(shù)樣品制備
▲ 圖2:微米CT成像結(jié)果二維切片(左圖),其中①代表核心區(qū)域的成像區(qū)域,②代表蝕變層的成像區(qū)域。紅色方塊表示選擇用于納米CT成像的區(qū)域。從核心區(qū)域到蝕變層的二維重建切片的x射線衰減演化(右圖)。
▲ 圖3.納米CT成像結(jié)果二維切片(左圖),納米CT成像結(jié)果孔隙連通性分析三維可視化展示(右圖)
▲ 圖4.微米和納米CT成像結(jié)果孔隙率和孔隙連通性分析
▲ 圖5利用微米CT成像結(jié)果,分析得到的從核心區(qū)域到蝕變層的孔隙率異質(zhì)性(左圖);利用納米CT成像結(jié)果,分析距離樣品表面不同距離的四個蝕變區(qū)域孔隙率異質(zhì)性(右圖)。
隨著綠色建筑和智能建造的發(fā)展,孔隙結(jié)構(gòu)的精細化調(diào)控將成為突破傳統(tǒng)材料瓶頸的重要方向。
蔡司 X 射線三維成像 CT 技術(shù),為水泥基材料多尺度、無損三維表征孔結(jié)構(gòu)及4D原位追蹤水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)演變提供全面有效的解決方案。
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