基於工業x射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置的製作方法

2023-05-23 06:30:21

專利名稱：基於工業x射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置，特別是針對混凝土、砂漿及其它水泥基材料試塊三維孔隙率分布的檢測裝置。
背景技術：
水泥基材料的孔隙率是一項重要的技術參數，決定著材料的力學性能、傳輸性能及耐久性。如何準確表徵水泥基材料的孔隙率得到了研究者們的廣泛關注。孔隙率測試方法分為定量統計法和顯微觀測法兩大類。定量統計法包括壓汞法、氣體吸附法、煮沸吸水法、保溫吸油法等，該類方法只能給出某個樣品內部孔隙率的統計平均值，無法得到孔隙率隨空間的分布。金相顯微鏡、電子顯微鏡及工業X射線斷層照相等顯微觀測法可以直觀的看到孔隙所在，也可以根據體視學及統計學近似統計出某個範圍內的孔隙率，但很難給出孔隙率隨空間的具體分布。另外金相顯微鏡、電子顯微鏡只能看到一個斷切面，從一個段切面推得的孔隙率數據跟實際的三維孔隙率數據有差距；各種X射線斷層照相受觀測的空間解析度限制，往往只能觀測、表徵相對較大的孔隙，忽略了在水泥基材料中佔很大比例的凝膠孔和較小的毛細孔。因而如何準確的給出水泥基材料內部的三維孔隙率分布是一個現實的技術難題。本實用新型利用乾燥水泥基樣品和原位飽和水泥基樣品對X射線衰減差別來計算三維孔隙率分布。不同於低分辨的醫用X射線斷層照相，高分辨的工業X射線斷層照相都是利用樣品的旋轉來進行斷層掃描，因而如何保證樣品在兩次掃描及乾燥飽和過程中保持原位是一個技術難題。本實用新型通過在樣品部分和抽真空部分用負壓及軟管連接的方法解決了該技術難題，提供了一種利用工業X射線斷層照相對水泥基材料三維孔隙率分布進行測試的方法。

實用新型內容本實用新型提供了一種能夠保持測試過程中X射線斷層照相條件不變並能夠實現原位的基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置。一種基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置，包括塑料軟管、底部固定有環氧樹脂的塑料試管和真空抽吸裝置；在塑料軟管的兩端分別連接有第二橡膠塞和第三橡膠塞；在所述塑料試管的試管孔上設有第一開孔橡膠塞；所述的真空抽吸裝置包括錐形瓶，在錐形瓶的瓶口上設有橡膠塞，在錐形瓶上連接有真空計，同時在錐形瓶上通過第一真空管連接有真空泵，在錐形瓶上還連接有第二真空管且錐形瓶與第二真空管的一端連接，在第二真空管的另一端連接有第四開口橡膠塞；所述塑料軟管上的第三橡膠塞與所述第四開口橡膠塞連接，所述第二橡膠塞在真空泵工作時與所述第一開孔橡膠塞形成負壓連接，第二橡膠塞在真空泵停止工作時與所述
3第一開孔橡膠塞處於分離狀態。 有益效果本實用新型通過在樣品及其容器和真空泵及真空管之間弓I入錐形瓶和塑料軟管，採用軟連接的方式，隔斷了真空泵的震動影響。本實用新型在抽真空飽和過程中將樣品容器和真空抽吸系統連接，在斷層照相過程中斷開連接，具體操作如下連接時將第二橡膠塞放在第一橡膠塞的開孔處並形成鬆散連接，啟動真空泵，在塑料試管內形成負壓， 並由負壓將第二橡膠塞與第一橡膠塞密封連接於第一橡膠塞的開孔處，待樣品達到完全飽和後，停掉真空泵，等真空回復到標準大氣壓後，第二橡膠塞與第一橡膠塞之間恢復成鬆散連接，將第二橡膠塞從第一橡膠塞上取下，通過在兩個橡膠塞之間採用負壓連接的方式解決了人為的擾動。採用如上方案從而解決了在旋轉的工業χ射線斷層照相平臺上實現兩次斷層掃描原位測試的難題，提供了一種利用工業X射線斷層照相對水泥基材料三維孔隙率分布進行測試的方法，通過原位測試乾燥和飽和樣品的工業X射線斷層照相灰度計算可得到三維孔隙率分布。本實用新型用抽真空的方法達到原位飽和過程，從而降低了設備的佔用時間。本實用新型可用於各種混凝土、砂漿等各種水泥基材料的孔隙率分布測定，解決了水泥基材料孔隙率分布測量困難的問題，且具有遠高於醫用X射線斷層照相的空間解析度。

圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試方法流程。
具體實施方式
實施例1一種基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置，包括塑料軟管5、底部固定有環氧樹脂的塑料試管4和真空抽吸裝置，在塑料軟管5的兩端分別連接有第二橡膠塞7和第三橡膠塞8，在所述塑料試管4的試管孔上設有第一開孔橡膠塞6，所述的真空抽吸裝置包括錐形瓶12，在錐形瓶12的瓶口上設有橡膠塞11，在錐形瓶12上連接有真空計14，同時在錐形瓶12上通過第一真空管13連接有真空泵15，在錐形瓶12上還連接有第二真空管10且錐形瓶12與第二真空管10的一端連接，在第二真空管 10的另一端連接有第四開口橡膠塞9，所述塑料軟管5上的第三橡膠塞8與所述第四開口橡膠塞9連接，所述第二橡膠塞7在真空泵15工作時與所述第一開孔橡膠塞6形成負壓連接，第二橡膠塞7在真空泵15 停止工作時與所述第一開孔橡膠塞6處於分離狀態。實施例2:第一步選擇樣品，為了驗證本方法的可靠性，特選擇了一定溶蝕程度的鈣溶出水泥淨漿樣品，從而保證樣品內部存在孔隙率梯度。第二步把待測試樣在真空烘箱中抽真空乾燥48小時並稱量達到恆重後，確保試樣達到完全的無水狀態；第三步取一塑料試管4，在其底部注入環氧樹脂液體及固化劑，待其固化後，用502膠將乾燥完全的水泥基材料2固定到固化樹脂1上，塑料試管用第一開孔橡膠塞6密封；把塑料試管4固定到工業X射線斷層照相的旋轉樣品臺上並進行第一次X射線斷層照相，獲得完全乾燥樣品的斷層灰度數據第四步取一用橡膠塞11密封的錐形瓶12，在密封的錐形瓶12上連接有真空計14，同時在密封的錐形瓶12上通過第一真空管13連接真空泵15，在密封的錐形瓶12上還連接第二真空管10且密封的錐形瓶12與第二真空管10的一端連接，在第二真空管10的另一端連接有第四開口橡膠塞9 ；取一塑料軟管5，在塑料軟管5的兩端分別連接第二橡膠塞7和第三橡膠塞8，並將第三橡膠塞8連接於第四開口橡膠塞9 ；從第一橡膠塞6的開孔中往塑料試管4中注5%碘化鉀溶液3並使其超過水泥基材料樣品5毫米以上；將第二橡膠塞7放在第一橡膠塞6的開孔處並形成鬆散連接，啟動真空泵 15，在塑料試管4內形成負壓，並由負壓將第二橡膠塞7與第一橡膠塞6密封連接於第一橡膠塞6的開孔處；待真空度達到750毫米汞柱負壓並保持兩小時以上，樣品達到完全飽和， 然後停掉真空泵15，等真空回復到標準大氣壓後，第二橡膠塞7與第一橡膠塞6之間恢復成鬆散連接，將第二橡膠塞7從第一橡膠塞6上取下；保持與第一次斷層照相同樣的測試條件，原位進行第二次X射線斷層照相，獲得完全飽和樣品的斷層灰度數據；第五步用下列公式對每一個體素的灰度數據進行計算即可得到樣品中的三維孔隙率分布圖像
「 η , 、 Gsatu^ z)~Gdry^z)p(x,兄 ζ) =----
Lr ^ — Lr . water airx,y, ζ是空間坐標位置；ρ (x, y, ζ)是 x，y，ζ 處的孔隙率；Gsatu(X，y，ζ)是飽水樣品x，y，ζ處的灰度值；Gdry (X，y，ζ)是乾燥樣品x，y，ζ處的灰度值；Gwater是水或者水溶液的灰度值；Gair是空氣的灰度值。公式中所需要的水溶液和空氣的灰度值可以從工業X射線斷層照相三維重建灰度數據中得到，只要分別選取完全被碘化鉀溶液和完全被空氣所填充的區域的灰度值即可。為了簡化數據，本實施例只取了三維斷層照相圖像中的一個二維斷面來進行運算，計算結果如圖3灰度圖像所示圖中不同的灰度代表不同的孔隙率，最白的代表孔隙率為100%，最黑的代表孔隙率為0。從圖中可見試樣中間孔隙率最低，越向兩邊孔隙率越高， 這與圖像中間是未經溶蝕的部分，越向兩邊溶蝕越嚴重是對應的。另外在溶蝕前沿出有孔隙率為1的曲線，對應於溶蝕導致的裂紋(裂紋處的孔隙率為1)。以上所述僅是本實用新型的實施例之一，故凡依本實用新型專利申請範圍所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均包括於本實用新型專利申請範圍內。
權利要求1. 一種基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置，其特徵在於，包括塑料軟管(5)、底部固定有環氧樹脂的塑料試管(4)和真空抽吸裝置， 在塑料軟管(5)的兩端分別連接有第二橡膠塞(7)和第三橡膠塞(8)， 在所述塑料試管(4)的試管孔上設有第一開孔橡膠塞(6)，所述的真空抽吸裝置包括錐形瓶(12)，在錐形瓶(1 的瓶口上設有橡膠塞(11)，在錐形瓶(12)上連接有真空計(14)，同時在錐形瓶(12)上通過第一真空管(13)連接有真空泵 (15)，在錐形瓶(1 上還連接有第二真空管(10)且錐形瓶(1 與第二真空管(10)的一端連接，在第二真空管(10)的另一端連接有第四開口橡膠塞(9)，所述塑料軟管( 上的第三橡膠塞(8)與所述第四開口橡膠塞(9)連接，所述第二橡膠塞(7)在真空泵(1 工作時與所述第一開孔橡膠塞(6)形成負壓連接，第二橡膠塞(7) 在真空泵(15)停止工作時與所述第一開孔橡膠塞(6)處於分離狀態。
專利摘要一種基於工業X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置，包括塑料軟管、底部固定有環氧樹脂的塑料試管和真空抽吸裝置；在塑料軟管的兩端分別連接有第二橡膠塞和第三橡膠塞；在塑料試管的試管孔上設有第一開孔橡膠塞；真空抽吸裝置包括錐形瓶，在錐形瓶的瓶口上設有橡膠塞，在錐形瓶上連接有真空計，在錐形瓶上通過第一真空管連接有真空泵，在錐形瓶上還連接有第二真空管且錐形瓶與第二真空管的一端連接，在第二真空管的另一端連接有第四開口橡膠塞；塑料軟管上的第三橡膠塞與所述第四開口橡膠塞連接，第二橡膠塞在真空泵工作時與所述第一開孔橡膠塞形成負壓連接，第二橡膠塞在真空泵停止工作時與第一開孔橡膠塞處於分離狀態。
文檔編號G01N15/08GK202230007SQ20112020512
公開日2012年5月23日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者萬克樹, 王國偉 申請人:東南大學