水泥基材料是建筑工程中應用材料之一,其孔隙結構對材料的性能和使用壽命具有決定性影響。如材料的力學性能、耐久性和變形性能等都直接或間接地與材料的孔結構有關,同時,外部環境介質對材料的作用及材料本身固有的反應,也都會引起孔結構的變化。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,更是實現材料高性能化、功能化和可持續發展的關鍵。
蔡司X射線三維成像CT技術(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構(孔隙的形態和空間分布、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構演變(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構演變
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 分鐘內實現快速掃描成像,為實時跟蹤高水灰比水泥基材料孔隙結構演化提供全面有效的解決方案。
案例二
載荷作用下,對材料孔隙裂紋結構演變
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)獨特優勢, 研究在壓縮載荷作用下,材料孔隙裂紋結構的演變。
▲ 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,水泥材料內部孔隙裂紋結構變化:隨著壓力的增加,樣品內部孔隙裂紋的增加拓展。
▲ 圖3:不同壓力下,水泥材料內部結構變化:隨著壓力的增加,樣品內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
通過結合微米級(Versa)和納米級(Ultra)X射線三維成像技術,從納米尺度到微米尺度多尺度表征浸出水泥漿的孔隙結構異質性,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,克服了傳統方法無法三維表征孔隙連通性和空間異質性的局限性。
▲ 圖1:微米和納米級X射線三維成像CT技術樣品制備
▲ 圖2:微米CT成像結果二維切片(左圖),其中①代表核心區域的成像區域,②代表蝕變層的成像區域。紅色方塊表示選擇用于納米CT成像的區域。從核心區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成像結果二維切片(左圖),納米CT成像結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成像結果孔隙率和孔隙連通性分析
▲ 圖5利用微米CT成像結果,分析得到的從核心區域到蝕變層的孔隙率異質性(左圖);利用納米CT成像結果,分析距離樣品表面不同距離的四個蝕變區域孔隙率異質性(右圖)。
隨著綠色建筑和智能建造的發展,孔隙結構的精細化調控將成為突破傳統材料瓶頸的重要方向。
蔡司 X 射線三維成像 CT 技術,為水泥基材料多尺度、無損三維表征孔結構及4D原位追蹤水泥基材料孔隙結構演變提供全面有效的解決方案。
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