[发明专利]一种采用CT技术研究高温损伤混凝土缺陷演化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究高温损伤混凝土缺陷演化的方法，具体涉及一种采用X射线CT技术研究高温损伤混凝土缺陷演化的方法。

背景技术

高性能混凝土火灾劣化机理及其损伤评估，是解决现代工程结构提高抗火性能及灾后损伤鉴定的瓶颈与难点，而揭示其内部微结构高温劣化演化规律及机理则是解决该难题的关键，有研究人员利用数字图像关联术对混凝土表面的破裂情况进行了分析和研究，并发现此方法对混凝土表面的小裂纹的观测更有效，之后分析了二维断层裂纹的内部特征，采用的主要是X射线CT法，并发现该方法适合于观察混凝土内部的大裂纹，把两种方法结合起来使用能有效的体现出裂纹萌生和演化过程对混凝土细观结构变化情况的影响，并利用不同骨料形成的试件在CT设备下做压缩扫描实验，对其破裂过程有一个详尽的认识，从而可以清楚的看到它们对混凝土强度的影响作用。

有研究人员在混凝土细观损伤的CT试验基础上，以密度损伤(CT数变化)变量为基础，并建立混凝土分段损伤演化方程，以此进行了混凝土试件单轴受压的细观损伤数值模拟。并从混凝土破坏图和荷载。位移曲线图两方面比较了数值模拟结果与CT试验结果，结果表明，试件破坏时裂纹扩展过程与CT观测到的相似，实现了将细观密度损伤与试件的宏观力学性能的劣化相联系，为改进试验设计提供了力学依据，并使在可靠和有效的前提下用数值方法取代部分试验成为可能。

随着近年来科技的进步和试验研究的发展，高新技术被广泛地应用于混凝土的高温性能研究中，其中X射线CT试验已成为研究混凝土材料细观结构演化过程的热点课题。

发明内容

本发明旨在提供一种采用CT技术研究高温损伤混凝土缺陷演化的方法。

本发明提供了一种采用CT技术研究高温损伤混凝土缺陷演化方法，包括以下步骤：

步骤一：实验准备

①试验原材料

水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂、自来水等；

②混凝土配合比：

根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)以及JGJ/T281-2012《高强混凝土应用技术规程》设计，试验混凝土强度等级设计为C40～C80。

③试件设计

试验混凝土强度等级设计为C40～C80。

③试件设计

制作立方体抗压强度试块，且在混凝土试块中放置一热电偶，热电偶置于试块中心。CT扫描试件通过从制作的混凝土试块中钻芯取样。

步骤二：实验方法

①混凝土搅拌成型

②加热机制

先将马弗炉炉膛温度从室温加热至目标温度，再将试件放入马弗炉，关闭炉门，这时炉膛内的温度稍有下降，当炉膛内温度再次升高到所需目标温度后，保持恒温。马弗炉平均升温速率为5℃/min～10℃/min，电阻炉配有自动控制器，可自行控制炉膛内的温度，当达到所需温度后保持恒温，通过热电偶测定试件内外温度，当炉内显示温度与热电偶外接传感器显示温度一致时，即认为烧透。取出试件，让其在自然条件下冷却。

X射线CT扫描试件经过101型电热鼓风干燥箱干燥24h至恒重，立即装入试样瓶中，干燥温度100℃。为了能真实地反应不同温度下混凝土孔隙、裂隙的发生发展规律，在CT机上固定好混凝土试样后，不再拆装，采用加热装置去直接加热，再进行CT扫描，这样就实现了不同温度下相同位置的混凝土内部裂隙的对比分析。

气氛炉在自然气氛下对同一个试块进行连续加热，每达到一个目标温度后恒温20min，然后进行X射线CT扫描，得到混凝土试块的X射线CT扫描图像。

步骤三：X射线CT扫描

采用工业CT系统，工业CT系统的计算机系统可以实现对显微CT图像的数字图像处理和CT重建，主要分两个模块：图像重建和二进制处理。

步骤四：混凝土试件的X射线CT图像重建

利用工业CT计算机系统中图像重建模块，将试件CT扫描的透视图重建成1500张横截面图像(x-y面)，将1500张横截面图像组合再进行正交切片，可生成2041张试件正交切片图像(x-z面)。考虑成像误差与混凝土的非均匀随机性，去除阴影较大的图像，在CT生成图像中利用X射线CT图像可以直接观测混凝土各层各温度下孔隙分布、孔径变化、裂隙生长、灰度变化；

步骤五：X射线CT图像二值化处理

为建立高温后混凝土内部缺陷与温度、强度等的相互关系，提出缺陷率的概念。

缺陷率即为混凝土内部缺陷面积的总和与试件表面积的比值(利用Image-Pro Plus图像分析软件可以得到混凝土内部缺陷面积的总和)。表达式如下：