專利名稱：基于工業(yè)x射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種基于工業(yè)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(shù)：
水泥基材料的孔隙率是一項重要的技術(shù)參數(shù)，決定著材料的力學性能、傳輸性能及耐久性。如何準確表征水泥基材料的孔隙率得到了研究者們的廣泛關注?？紫堵蕼y試方法分為定量統(tǒng)計法和顯微觀測法兩大類。定量統(tǒng)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(nèi)部孔隙率的統(tǒng)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(yè)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(jù)體視學及統(tǒng)計學近似統(tǒng)計出某個范圍內(nèi)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(shù)據(jù)跟實際的三維孔隙率數(shù)據(jù)有差距；各種X射線斷層照相受觀測的空間分辨率限制，往往只能觀測、表征相對較大的孔隙，忽略了在水泥基材料中占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(nèi)部的三維孔隙率分布是一個現(xiàn)實的技術(shù)難題。本實用新型利用干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。不同于低分辨的醫(yī)用X射線斷層照相，高分辨的工業(yè)X射線斷層照相都是利用樣品的旋轉(zhuǎn)來進行斷層掃描，因而如何保證樣品在兩次掃描及干燥飽和過程中保持原位是一個技術(shù)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(shù)難題，提供了一種利用工業(yè)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(nèi)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并能夠?qū)崿F(xiàn)原位的基于工業(yè)X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置。一種基于工業(yè)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(huán)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第一開孔橡膠塞處于分離狀態(tài)。 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，采用軟連接的方式，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(tǒng)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并形成松散連接，啟動真空泵，在塑料試管內(nèi)形成負壓， 并由負壓將第二橡膠塞與第一橡膠塞密封連接于第一橡膠塞的開孔處，待樣品達到完全飽和后，停掉真空泵，等真空回復到標準大氣壓后，第二橡膠塞與第一橡膠塞之間恢復成松散連接，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采用負壓連接的方式解決了人為的擾動。采用如上方案從而解決了在旋轉(zhuǎn)的工業(yè)χ射線斷層照相平臺上實現(xiàn)兩次斷層掃描原位測試的難題，提供了一種利用工業(yè)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，通過原位測試干燥和飽和樣品的工業(yè)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，從而降低了設備的占用時間。本實用新型可用于各種混凝土、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，且具有遠高于醫(yī)用X射線斷層照相的空間分辨率。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為基于工業(yè)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1一種基于工業(yè)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(huán)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處于分離狀態(tài)。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凈漿樣品，從而保證樣品內(nèi)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干燥48小時并稱量達到恒重后，確保試樣達到完全的無水狀態(tài)；第三步取一塑料試管4，在其底部注入環(huán)氧樹脂液體及固化劑，待其固化后，用502膠將干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(yè)X射線斷層照相的旋轉(zhuǎn)樣品臺上并進行第一次X射線斷層照相，獲得完全干燥樣品的斷層灰度數(shù)據(jù)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，并將第三橡膠塞8連接于第四開口橡膠塞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并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的開孔處并形成松散連接，啟動真空泵 15，在塑料試管4內(nèi)形成負壓，并由負壓將第二橡膠塞7與第一橡膠塞6密封連接于第一橡膠塞6的開孔處；待真空度達到750毫米汞柱負壓并保持兩小時以上，樣品達到完全飽和， 然后停掉真空泵15，等真空回復到標準大氣壓后，第二橡膠塞7與第一橡膠塞6之間恢復成松散連接，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(shù)據(jù)；第五步用下列公式對每一個體素的灰度數(shù)據(jù)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)是干燥樣品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(yè)X射線斷層照相三維重建灰度數(shù)據(jù)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(qū)域的灰度值即可。為了簡化數(shù)據(jù)，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(jié)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(jīng)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，對應于溶蝕導致的裂紋(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范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本實用新型專利申請范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種基于工業(yè)X射線斷層照相的水泥基材料孔隙率分布測試裝置，其特征在于，包括塑料軟管(5)、底部固定有環(huán)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)處于分離狀態(tài)。
專利摘要一種基于工業(yè)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(huán)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于分離狀態(tài)。
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(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者萬克樹, 王國偉 申請人:東南大學