[發(fā)明專利]X射線掃描無損檢測水泥基材料三維碳化深度的演化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210017713.X
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102590242A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓建德;孫偉;潘鋼華
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N1/28;G01N1/44
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明結(jié)合X射線計算機斷層掃描技術(shù)，提出一種新的無損檢測方法，可以在不破壞試件的條件下，檢測出水泥基材料內(nèi)部的三維碳化深度隨時間推移的演化過程。該方法基于X射線計算機斷層掃描的灰度值差異，可以明顯區(qū)分出水泥基材料的已碳化區(qū)域和未碳化區(qū)域，同時，該方法還可以得出碳化過程所產(chǎn)生的裂紋的空間分布，裂紋體積，裂紋閉合面積，孔隙率和孔尺度分布演化規(guī)律，以及孔的拓撲性能，如連通性，曲折度等，該發(fā)明屬于水泥和混凝土基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多年來，水泥基材料碳化深度的測試方法非常單一，最常用的方法是酚酞酒精溶液法，即將水泥基材料的試件碳化到一定齡期后，在測試面處劈開試件，將劈裂所得的試件部分刮去斷面上殘余的粉末，隨即噴上(或滴上)濃度為1％的酚酞酒精溶液(酒精溶液含20％的蒸餾水)。約經(jīng)30s后，按原先標劃的每10mm一個測量點用鋼板尺測出各點的碳化深度，最后取平均值即為碳化深度。該方法簡單方便，但也存在很多問題。首先，酚酞酒精溶液由粉紅色變?yōu)闊o色的pH值為9.0，而碳化過渡區(qū)處的pH值為10.5-12，因此，該方法不能檢測出碳化過渡區(qū)。同時，該方法不能得出碳化速率大小，以及水泥基材料中氫氧化鈣消耗的比例。最后，該方法得出的碳化信息都是2維平面信息，不能得出空間3維的碳化信息。

水泥基材料碳化反應(yīng)是一個復(fù)雜的物理化學反應(yīng)過程，該過程涉及到二氧化碳氣體在水泥基多孔材料中的傳輸，二氧化碳氣體溶解在孔溶液中形成碳酸，水泥基材料中的堿性物質(zhì)溶解在孔溶液中，孔溶液內(nèi)溶解的碳酸和堿性物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)生成碳酸鈣，碳酸鈣的沉淀，隨著堿性物質(zhì)的降低，孔溶液的pH下降等等。

為了準確研究水泥基材料的碳化反應(yīng)，建立準確的碳化反應(yīng)的損傷模型和壽命預(yù)測模型，必須要發(fā)展一種新型的檢測手段，既能檢測出水泥基材料碳化深度的三維信息，又能在不破壞試件的前提下檢測不同碳化時間的原位演化過程。目前尚未見國內(nèi)外公開報道。因此，開發(fā)X射線計算機斷層掃描無損檢測水泥基材料三維碳化深度演化的檢測方法的具有很大的實用價值，該發(fā)明填補了這一區(qū)域的空白。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種X射線掃描無損檢測水泥基材料三維碳化深度的演化方法，該方法可以原位監(jiān)測水泥基材料三維碳化深度的演化。

技術(shù)方案：本發(fā)明的X射線掃描無損檢測水泥基材料三維碳化深度的演化方法包括：

步驟1：根據(jù)設(shè)計好的配合比成型圓柱體或長方體形狀的凈漿、砂漿、混凝土或鋼筋混凝土待測試件，成型3天后脫模，在溫度20±3℃，濕度90％以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護28天；

步驟2：將養(yǎng)護到期的試件放在烘箱中干燥48小時，凈漿或砂漿試件的干燥溫度為50℃，混凝土和鋼筋混凝土試件的干燥溫度為60℃；

步驟3：經(jīng)烘干處理后的圓柱體試件，用加熱的石蠟密封住試件的上下平面，留下側(cè)面進行碳化，經(jīng)烘干處理后的長方體試件，除留下一個或相對的兩個側(cè)面外，其余表面用加熱的石蠟予以密封；

步驟4：將上述試件放入碳化箱的鐵架上，各試件的間距應(yīng)不少于50毫米，開啟碳化箱的溫度控制器和相對濕度控制器，溫度控制在20±5℃，濕度控制在70±5％，將碳化箱蓋嚴密封，7天后取出試件，進行第一輪X射線計算機斷層掃描，記作碳化0天的信息；

步驟5：將上述試件再放回碳化箱中，開啟溫度控制器和相對濕度控制器，通入二氧化碳氣體，進行加速碳化反應(yīng)，并分別在碳化3天，7天，14天和28天后取出試件，進行第二輪、第三輪、第四輪和第五輪的X射線計算機斷層掃描，分別記作加速碳化3天，7天，14天和28天內(nèi)的信息；

步驟6：利用軟件VG?Studio?MAX?2.0或2.1對上述斷層掃描信息進行分析，得出三維碳化深度，孔隙率，孔尺度分布，三維裂紋空間分布的演化過程。

X射線計算機斷層掃描儀的電壓和電流分別為195kV和0.41mA，探測器類型為Y.XRD?0820，探測器單元數(shù)為1024，像素數(shù)為1024×1024；采用VG?Stuodio?MAX?2.0或VGStuodio?MAX?2.1分析軟件進行數(shù)據(jù)處理。

所述的加速碳化反應(yīng)，二氧化碳濃度為20±3％，相對濕度為70±5％，溫度為20±5℃。

有益效果：

1)本發(fā)明可以無損檢測出水泥基材料的碳化深度，可以保證測試試樣的完整性，原位檢測碳化反應(yīng)導(dǎo)致的水泥基材料微結(jié)構(gòu)的演變。同時，避免了劈裂試件所引入的損傷，保證了測試結(jié)果的準確性。