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Constr Build Mater：基于X射线计算机断层扫描的铁路路基泡沫混凝土孔隙结构分析
题目
题目：Analysis of foamed concrete pore structure of railway roadbed based on X-ray computed tomography
基于X射线计算机断层扫描的铁路路基泡沫混凝土孔隙结构分析
关键字
关键字：泡沫混凝、孔隙结构、X射线计算机断层成像、球形度、分形维数
来源
出版年份：2021
来源：Construction and Building Materials
课题组：河海大学土木与交通工程学院陈徐东课题组
研究背景
泡沫混凝土是将水泥和水混合成水泥浆，并与一定比例的发泡剂混合而成的多孔材料。因其流动性好、重量轻、保温、隔声性能好以及具备一定的力学强度，在建筑工程和地下工程中得到了广泛的应用。近年来，关于泡沫混凝土孔隙特性的研究报道很多，包括孔隙率对泡沫混凝土力学性能的影响、泡沫混凝土的孔径分布、微观结构的表征和模拟。很明显，泡沫混凝土的孔隙率对其强度的影响最大。然而，一些研究表明，仅通过调节孔隙率不能很好地控制泡沫混凝土的特性，孔隙的大小和分布也对其力学性能有显著影响。因此，为了更好地解释泡沫混凝土内部孔隙结构对其性能的影响，有必要研究其孔隙特征，如孔隙形态、球形度和水泥基体平均厚度等。
研究出发点
目前，相关学者主要关注不同密度泡沫混凝土的宏观力学性能。关于泡沫混凝土孔隙结构特征与基本性能关系的研究较少。此外，所研究的发泡混凝土试件大多来自实验室，泡沫混凝土的材料性能在很大程度上取决于试件制备的方法。因此，有必要对施工现场大型机械生产的泡沫混凝土的孔隙结构和基本性能进行研究。
研究内容
本研究以铁路路基工程施工现场实际使用的泡沫混凝土作为研究对象，基于X射线计算机断层扫描技术（X-CT）对泡沫混凝土的孔隙结构进行了分析，并讨论了孔隙结构对泡沫混凝土基本性能的影响。
图1 二维切片的灰色分析和分割阈值（a）灰度分布；（b）阈值分析
图2 CT图像的三维重建
图3 泡沫混凝土的二维孔隙度和分形维数分析
图4 泡沫混凝土的球形度-孔径散点图
图5 不同球形程度泡沫混凝土的孔隙形态
图6 泡沫混凝土孔隙参数与强度的关系
主要结论
本研究采用X射线计算机层析成像技术分析了3种泡沫混凝土的孔隙结构，并对孔隙形态进行了定量分析。通过分析，得出以下结论:
（1）不同密度的泡沫混凝土不仅孔隙率不同，而且孔径分布也有明显差异。同时，孔隙率是平均值，由于基质中孔隙的不均匀分布，泡沫混凝土的不同位置可能存在明显差异；
（2）在这项研究中，泡沫混凝土中孔隙的球形度与孔径密切相关。孔隙球形度表现出小孔球形度好、大孔球形度差的特点，这也与孔隙的堆积有关。因此，为了使泡沫混凝土的孔隙球形度更好，可以通过调整适当的孔隙率和孔径来实现；
（3）泡沫混凝土中不同球形度的孔隙具有明显的形态特征，这为从孔隙的形态特征判断孔隙的球形度提供了可能；
（4）孔隙率不仅影响泡沫混凝土的力学性能，其他孔隙参数如平均孔径和平均孔表面积也在一定程度上影响其力学性能。
本期编者简介
翻译：
罗盛禹 硕士生 深圳大学
审核：
程博远 博士生 深圳大学
排版：
唐 杰 硕士生 深圳大学
本期学术指导
何 闯 博士后 深圳大学
龙武剑 教 授 深圳大学
文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121773
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