X射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)在水泥基材料中的應(yīng)用

    水泥基材料的物理力學(xué)性能，滲透性及耐久性與硬化水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對微觀結(jié)構(gòu)的合理表征可以有助于對水泥基材料性能的正確理解。傳統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)表征方法。如背散射電子圖像法可以對微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維可視化表征，氮氣吸附法或壓汞法則可以對孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計性表征。但是這些方法無法表征水泥基材料的三維結(jié)構(gòu)特征，如孔隙連通性和曲折度等。而且制樣過程中對微觀結(jié)構(gòu)造成的破壞，會影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。X射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)(CT)利用X射線對材料進(jìn)行成像表征。是一種將實驗技術(shù)和數(shù)學(xué)分析相結(jié)合以獲取材料三維微觀結(jié)構(gòu)的無損、可視化表征技術(shù)。相對于其他測試方法，計算機(jī)斷層掃描技術(shù)無需對待測樣品進(jìn)行預(yù)處理，對微觀結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生破壞。還可以對樣品進(jìn)行原位連續(xù)觀察。計算機(jī)斷層掃描技術(shù)能表征樣品的三維空間微觀結(jié)構(gòu)，更符合實際的微觀結(jié)構(gòu)。盡管計算機(jī)斷層掃描技術(shù)在研究孔隙結(jié)構(gòu)時，會受圖像分辨率的限制。只能表征的孔徑為大于圖像分辨率的孔，低于圖像分辨率的孔則無法識別。如在研究碳化硅發(fā)泡劑對孔隙結(jié)構(gòu)影響過程時。由于加入發(fā)泡劑后孔徑尺寸明顯增大，多為微米級孔，超出壓汞法的主要測量范圍，且用計算機(jī)斷層掃描技術(shù)還可以研究發(fā)泡劑引起孔隙結(jié)構(gòu)變化的 連續(xù)過程，因而在研究碳化硅發(fā)泡劑對孔隙結(jié)構(gòu)的影響時CT比壓汞法更合適。

CT技術(shù)的誤差來源

    偽像是指被測樣品受到干擾的情況下，在圖像中顯示出原本不存在的影像，包括條紋、陰影、圓環(huán)等。

    設(shè)備硬件缺陷和X射線強(qiáng)度不合適等都是產(chǎn)生干擾的原因。而閃爍器、探測器等設(shè)備硬件產(chǎn)生的偽像遠(yuǎn)超過由于X射線強(qiáng)度不合適產(chǎn)生的偽像。偽像會降低圖像分辨率和質(zhì)量，從而影響物相識別。水泥基材料CT圖像中常出現(xiàn)的是環(huán)形偽像，這是信號誤差在樣品的旋轉(zhuǎn)過程中形成的。通過使用單色同步輻射光源，或使用衰減過濾器、減小樣品尺寸等可以避免此類誤差，也可以在后續(xù)圖像重建過程中，采用相位恢復(fù)進(jìn)行修正。

    分辨率是圖像上能分辨出的兩點之間的小距離。計算機(jī)斷層掃描技術(shù)的分辨率由射線源能量和儀器參數(shù)共同決定的。射線源能量越大，其有足夠的能力穿透物體，分辨率就越高，但當(dāng)射線源能量過大時，透過不同組成的物相后所產(chǎn)生的衰減度的對比則會變小。不同物相間的灰度對比差異減小，影響物相識別。

植物CT成像系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)規(guī)格

    尺寸：1800mm（寬）x 900mm（深）x 1600mm（高）

    焦點到檢測器的大距離：850mm

    視野范圍：11.4x14.5 cm

    旋轉(zhuǎn)臺：nx360°

    成像速度：5min/盆

    安全電路(EN)

    門和光信號監(jiān)視系統(tǒng)的雙面電路故障安全互鎖系統(tǒng)

X-射線檢測器

    活動面積：145 x 114 mm

    分辨率：約2940 x 2304像素

    像素間距：50μm

X-射線源

    電子管電壓：10-180 kV

    包括發(fā)電機(jī)的整體式光源

環(huán)境條件

    供電： 230V或380V，50Hz

    溫度：運行溫度10 °C–30 °C，儲藏溫度0 °C – 50 °C

    濕度：運行/儲存：10 –85%RH （無結(jié)露現(xiàn)象）

    環(huán)境防護(hù)：關(guān)鍵部位涂有額外的保護(hù)涂層，以適應(yīng)比較苛刻的環(huán)境（如灰塵）。如有其它特殊防護(hù)要求請客戶提前做出說明。

輻射屏蔽

    測量室環(huán)繞鉛當(dāng)量，機(jī)柜外輻射大劑量率300 nSv/h，符合歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)。

IT硬件

PC技術(shù)參數(shù)

    64 位處理器

    8 GB 內(nèi)存

    1 TB 硬盤空間

    DVD 刻錄

    NVIDIA GeForce 9400 GT

    Windows 7 (64 位)

視覺/分析/重建 PC的技術(shù)參數(shù)

    64位多核處理器

    128G內(nèi)存

    4 TB硬盤空間

    DVD刻錄

    NVIDIA GeForce Titan X

    Windows 7 (64 位)

    24寸TFT顯示器

3. 工作軟件

Fraunhofer Volex 6：測量和構(gòu)建軟件

    標(biāo)準(zhǔn)3D CT掃描程序供線上線下數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，自動修正減少環(huán)狀偽影、預(yù)估旋轉(zhuǎn)中心。

    軟件界面優(yōu)化、易于使用。

測量分析體積 (3DCT)

    體素尺寸50μm，直徑< 114 mm，高度＜145 mm

同步圖像采集和構(gòu)建

    圖像采集完成之后構(gòu)建數(shù)據(jù)同步提供