[发明专利]基于X射线断层照相的溶蚀水泥基材料中固体钙分布测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于X射线断层照相的溶蚀钙溶出水泥基材料中元素组成空间分布的测试方法，主要应用于水泥基材料的溶蚀耐久性研究和应用。

背景技术

水泥基材料耐久性是当前国内外土木工程材料领域的一个研究热点,对人类可持续发展和国民经济建设具有重要意义。溶蚀是耐久性的一个范畴，指的是在软水或者酸性溶液的长期冲刷或浸泡作用下，水泥基材料中的可溶性物质(主要是CH和CSH凝胶中的钙元素)以钙离子的形式逐渐溶解迁移到环境中，从而导致材料性能劣化的一种耐久性形式。溶蚀钙溶出对水泥基材料研究具有重要的理论价值。我们知道水泥基材料主要由水化产物CSH和CH所构成，其性能也主要由CSH和CH所决定。而钙溶出恰恰是CH的溶出和CSH的分解，必然对其性能造成重要影响。溶蚀钙溶出在某些特殊的工程领域具有重要的应用意义，需要予以关注。比如随着我国核工业的发展，越来越多的核废料需要地下掩埋处理，这些工程需要用水泥基材料，且需要上千年的服役寿命，此时钙溶出问题必须予以考虑；比如在一些长寿命大坝、水利发电厂、地下管道和其它一些地下工程中，水泥基材料要耐受长期的流动软水冲刷，而流动软水会加速溶蚀进行，此时钙溶出也是一个重要的考虑因素；再比如在酸雨加速侵蚀下,现有水泥基材料结构的性能如何演化,等等。溶蚀钙溶出是一个渐进过程，它导致的组成演化也是梯度分布的，而文献中测试的这些参数大都是整个测试样品的平均数值，不能准确描述钙溶出过程及程度。虽然利用扫描电镜中的能谱分析插件可获得钙元素分布，但存在样品制备复杂且容易损伤样品、测量限于局部、耗时间长、费用高等问题。

发明内容

针对现有测试溶蚀水泥基材料元素组成方法存在样品制备复杂且容易损伤样品、测量限于局部、耗时间长、费用高等的问题，本发明提供了一种基于X射线断层照相的溶蚀水泥基材料中固体钙分布测试方法，利用部分溶蚀水泥基样品对X射线衰减差别导致的断层图像上的灰度差别。

本发明的技术方案为：一种基于X射线断层照相的溶蚀水泥基材料中固体钙分布测试方法，测试方法包括以下步骤：

步骤1：取一部分溶蚀水泥基材料样品，进行X射线断层照相测试，获得样品的三维断层图像数据；

步骤2：取三维数据中的任意一张平行于溶蚀方向的二维切片；

步骤3：将二维切片沿垂直于溶蚀方向进行灰度值加和并归一化，获得沿溶蚀方向的一维归一化灰度分布G(x)；

步骤4：利用溶蚀表面灰度值G_surf和沿溶蚀方向的归一化灰度分布G(x)计算得到归一化的固体钙一维分布S_Ca(x)，

步骤1中三维断层图像数据是可采用医用、工业、显微、纳米X射线断层照相设备获得；

所述的水泥基材料包括净浆、砂浆和混凝土。

采用数字图像处理软件数据统计软件读取溶蚀表面灰度值G_surf并进行灰度值加和和归一化。

本发明的测试方法的原理如下：

X射线断层图像利用灰度图像描述测试样品的线吸收系数分布，从而反映被测样品的组成与结构，在同样的测试条件下，图像的任意体素的灰度值G(x,y,z)正比于材料的线吸收系数μ(x,y,z)，其中xyz为空间坐标位置，k是取决于测试条件的一个参数。

G(x,y,z)＝k*μ(x,y,z)                (1)

溶出之前的水泥基材料分为CH和其它部分，溶出之前的水泥基材料的CH体积分数为溶出之前的水泥基材料的其他部分体积分数为根据线吸收系数的加和性，任意体素的吸收系数μ可用公式2计算，其中μ_CH和μ_others分别代表CH的线吸收系数和其它部分的线吸收系数。