X射线计算机断层扫描技术在水泥基材料中的应用

 水泥基材料的物理力学性能，渗透性及耐久性与硬化水泥浆体的微观结构密切相关。对微观结构的合理表征可以有助于对水泥基材料性能的正确理解。传统的微观结构表征方法。如背散射电子图像法可以对微观结构进行二维可视化表征，氮气吸附法或压汞法则可以对孔结构进行统计性表征。但是这些方法无法表征水泥基材料的三维结构特征，如孔隙连通性和曲折度等。而且制样过程中对微观结构造成的破坏，会影响测试结果的准确性。X射线计算机断层扫描技术(CT)利用X射线对材料进行成像表征。是一种将实验技术和数学分析相结合以获取材料三维微观结构的无损、可视化表征技术。相对于其他测试方法，计算机断层扫描技术无需对待测样品进行预处理，对微观结构不会产生破坏。还可以对样品进行原位连续观察。计算机断层扫描技术能表征样品的三维空间微观结构，更符合实际的微观结构。尽管计算机断层扫描技术在研究孔隙结构时，会受图像分辨率的限制。只能表征的孔径为大于图像分辨率的孔，低于图像分辨率的孔则无法识别。如在研究碳化硅发泡剂对孔隙结构影响过程时。由于加入发泡剂后孔径尺寸明显增大，多为微米级孔，超出压汞法的主要测量范围，且用计算机断层扫描技术还可以研究发泡剂引起孔隙结构变化的 连续过程，因而在研究碳化硅发泡剂对孔隙结构的影响时CT比压汞法更合适。

CT技术的误差来源

    伪像是指被测样品受到干扰的情况下，在图像中显示出原本不存在的影像，包括条纹、阴影、圆环等。

    设备硬件缺陷和X射线强度不合适等都是产生干扰的原因。而闪烁器、探测器等设备硬件产生的伪像远超过由于X射线强度不合适产生的伪像。伪像会降低图像分辨率和质量，从而影响物相识别。水泥基材料CT图像中常出现的是环形伪像，这是信号误差在样品的旋转过程中形成的。通过使用单色同步辐射光源，或使用衰减过滤器、减小样品尺寸等可以避免此类误差，也可以在后续图像重建过程中，采用相位恢复进行修正。

    分辨率是图像上能分辨出的两点之间的小距离。计算机断层扫描技术的分辨率由射线源能量和仪器参数共同决定的。射线源能量越大，其有足够的能力穿透物体，分辨率就越高，但当射线源能量过大时，透过不同组成的物相后所产生的衰减度的对比则会变小。不同物相间的灰度对比差异减小，影响物相识别。

植物CT成像系统技术参数

系统硬件

系统规格

    尺寸：1800mm（宽）x 900mm（深）x 1600mm（高）

    焦点到检测器的大距离：850mm

    视野范围：11.4x14.5 cm

    旋转台：nx360°

    成像速度：5min/盆

    安全电路(EN)

    门和光信号监视系统的双面电路故障安全互锁系统

X-射线检测器

    活动面积：145 x 114 mm

    分辨率：约2940 x 2304像素

    像素间距：50μm

X-射线源

    电子管电压：10-180 kV

    包括发电机的整体式光源

环境条件

    供电： 230V或380V，50Hz

    温度：运行温度10 °C–30 °C，储藏温度0 °C – 50 °C

    湿度：运行/储存：10 –85%RH （无结露现象）

    环境防护：关键部位涂有额外的保护涂层，以适应比较苛刻的环境（如灰尘）。如有其它特殊防护要求请客户提前做出说明。

辐射屏蔽

    测量室环绕铅当量，机柜外辐射大剂量率300 nSv/h，符合欧洲安全标准。

IT硬件

PC技术参数

    64 位处理器

    8 GB 内存

    1 TB 硬盘空间

    DVD 刻录

    NVIDIA GeForce 9400 GT

    Windows 7 (64 位)

视觉/分析/重建 PC的技术参数

    64位多核处理器

    128G内存

    4 TB硬盘空间

    DVD刻录

    NVIDIA GeForce Titan X

    Windows 7 (64 位)

    24寸TFT显示器

3. 工作软件

Fraunhofer Volex 6：测量和构建软件

    标准3D CT扫描程序供线上线下数据库的构建，自动修正减少环状伪影、预估旋转中心。

    软件界面优化、易于使用。

测量分析体积 (3DCT)

    体素尺寸50μm，直径< 114 mm，高度＜145 mm

同步图像采集和构建

    图像采集完成之后构建数据同步提供