X射線計算機斷層掃描技術在水泥基材料中的應用

 水泥基材料的物理力學性能，滲透性及耐久性與硬化水泥漿體的微觀結構密切相關。對微觀結構的合理表征可以有助于對水泥基材料性能的正確理解。傳統的微觀結構表征方法。如背散射電子圖像法可以對微觀結構進行二維可視化表征，氮氣吸附法或壓汞法則可以對孔結構進行統計性表征。但是這些方法無法表征水泥基材料的三維結構特征，如孔隙連通性和曲折度等。而且制樣過程中對微觀結構造成的破壞，會影響測試結果的準確性。X射線計算機斷層掃描技術(CT)利用X射線對材料進行成像表征。是一種將實驗技術和數學分析相結合以獲取材料三維微觀結構的無損、可視化表征技術。相對于其他測試方法，計算機斷層掃描技術無需對待測樣品進行預處理，對微觀結構不會產生破壞。還可以對樣品進行原位連續觀察。計算機斷層掃描技術能表征樣品的三維空間微觀結構，更符合實際的微觀結構。盡管計算機斷層掃描技術在研究孔隙結構時，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。如在研究碳化硅發泡劑對孔隙結構影響過程時。由于加入發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，且用計算機斷層掃描技術還可以研究發泡劑引起孔隙結構變化的 連續過程，因而在研究碳化硅發泡劑對孔隙結構的影響時CT比壓汞法更合適。

CT技術的誤差來源

    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、圓環等。

    設備硬件缺陷和X射線強度不合適等都是產生干擾的原因。而閃爍器、探測器等設備硬件產生的偽像遠超過由于X射線強度不合適產生的偽像。偽像會降低圖像分辨率和質量，從而影響物相識別。水泥基材料CT圖像中常出現的是環形偽像，這是信號誤差在樣品的旋轉過程中形成的。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，也可以在后續圖像重建過程中，采用相位恢復進行修正。

    分辨率是圖像上能分辨出的兩點之間的小距離。計算機斷層掃描技術的分辨率由射線源能量和儀器參數共同決定的。射線源能量越大，其有足夠的能力穿透物體，分辨率就越高，但當射線源能量過大時，透過不同組成的物相后所產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成像系統技術參數

系統硬件

系統規格

    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

    旋轉臺：nx360°

    成像速度：5min/盆

    安全電路(EN)

    門和光信號監視系統的雙面電路故障安全互鎖系統

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

    包括發電機的整體式光源

環境條件

    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 （無結露現象）

    環境防護：關鍵部位涂有額外的保護涂層，以適應比較苛刻的環境（如灰塵）。如有其它特殊防護要求請客戶提前做出說明。

輻射屏蔽

    測量室環繞鉛當量，機柜外輻射大劑量率300 nSv/h，符合歐洲安全標準。

IT硬件

PC技術參數

    64 位處理器

    8 GB 內存

    1 TB 硬盤空間

    DVD 刻錄

    NVIDIA GeForce 9400 GT

    Windows 7 (64 位)

視覺/分析/重建 PC的技術參數

    64位多核處理器

    128G內存

    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：測量和構建軟件

    標準3D CT掃描程序供線上線下數據庫的構建，自動修正減少環狀偽影、預估旋轉中心。

    軟件界面優化、易于使用。

測量分析體積 (3DCT)

    體素尺寸50μm，直徑< 114 mm，高度＜145 mm

同步圖像采集和構建

    圖像采集完成之后構建數據同步提供