水泥基材料孔隙可視化革命，蔡司 XRM 三維 CT 成像技術(shù)深度解析

更新時(shí)間：2025-09-25

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水泥基材料是建筑工程中應(yīng)用材料之一，其孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能和使用壽命具有決定性影響。如材料的力學(xué)性能、耐久性和變形性能等都直接或間接地與材料的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)，外部環(huán)境介質(zhì)對(duì)材料的作用及材料本身固有的反應(yīng)，也都會(huì)引起孔結(jié)構(gòu)的變化。因此對(duì)水泥基材料的孔隙進(jìn)行研究不僅是理解其性能劣化的核心，更是實(shí)現(xiàn)材料高性能化、功能化和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

蔡司X射線三維成像CT技術(shù)（Xradia Micro CT、Versa系列、Ultra系列）以其多尺度兼容（從幾十納米到幾十上百微米）、無(wú)損三維及大工作距離高分辨率（Raad）高襯度成像的能力，為全面三維可視化和定量分析水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)（孔隙的形態(tài)和空間分布、孔隙率、孔徑分布、球形度、迂曲度及連通性等）、追蹤水泥基材料成型或服役條件下孔隙結(jié)構(gòu)演變（不同載荷作用下、水化、凍融、腐蝕等過(guò)程中的孔隙演變）提供全面有效的解決方案。

案例一

水泥成型過(guò)程中對(duì)材料孔隙結(jié)構(gòu)演變

進(jìn)行實(shí)時(shí)原位4D追蹤

蔡司 VersaXRM 全新快速掃描模式，最快可在 1 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速掃描成像，為實(shí)時(shí)跟蹤高水灰比水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)演化提供全面有效的解決方案。

案例二

載荷作用下，對(duì)材料孔隙裂紋結(jié)構(gòu)演變

進(jìn)行4D原位研究

利用蔡司X射線顯微鏡Versa系列大工作距離高分辨率（Raad）獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，研究在壓縮載荷作用下，材料孔隙裂紋結(jié)構(gòu)的演變。

▲ 圖1：壓力位移曲線：水泥材料在壓力作用下，隨著力的增加壓縮量的變化（mm）

▲ 圖2：不同壓力下，水泥材料內(nèi)部孔隙裂紋結(jié)構(gòu)變化：隨著壓力的增加，樣品內(nèi)部孔隙裂紋的增加拓展。

▲ 圖3：不同壓力下，水泥材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化：隨著壓力的增加，樣品內(nèi)部孔隙裂紋體積占比增加，裂紋拓展。

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案例三

從納米尺度到微米尺度全面表征水泥基材料孔隙

通過(guò)結(jié)合微米級(jí)（Versa）和納米級(jí)（Ultra）X射線三維成像技術(shù)，從納米尺度到微米尺度多尺度表征浸出水泥漿的孔隙結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，揭示了其從核心到表面蝕變層的孔隙率梯度、孔隙連通性及孔徑分布變化，克服了傳統(tǒng)方法無(wú)法三維表征孔隙連通性和空間異質(zhì)性的局限性。

▲ 圖1：微米和納米級(jí)X射線三維成像CT技術(shù)樣品制備

▲ 圖2：微米CT成像結(jié)果二維切片（左圖），其中①代表核心區(qū)域的成像區(qū)域，②代表蝕變層的成像區(qū)域。紅色方塊表示選擇用于納米CT成像的區(qū)域。從核心區(qū)域到蝕變層的二維重建切片的x射線衰減演化（右圖）。

▲ 圖3.納米CT成像結(jié)果二維切片（左圖），納米CT成像結(jié)果孔隙連通性分析三維可視化展示（右圖）

▲ 圖4.微米和納米CT成像結(jié)果孔隙率和孔隙連通性分析

▲ 圖5利用微米CT成像結(jié)果，分析得到的從核心區(qū)域到蝕變層的孔隙率異質(zhì)性（左圖）；利用納米CT成像結(jié)果，分析距離樣品表面不同距離的四個(gè)蝕變區(qū)域孔隙率異質(zhì)性（右圖）。

隨著綠色建筑和智能建造的發(fā)展，孔隙結(jié)構(gòu)的精細(xì)化調(diào)控將成為突破傳統(tǒng)材料瓶頸的重要方向。

蔡司 X 射線三維成像 CT 技術(shù)，為水泥基材料多尺度、無(wú)損三維表征孔結(jié)構(gòu)及4D原位追蹤水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)演變提供全面有效的解決方案。

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