布魯克三維X射線顯微鏡（3D XRM）在鋼纖維混凝土三維結構分析中的應用介紹

上世紀初，美國人提出了在混凝土中摻入鋼纖維來增強混凝土的強度和穩定性的想法，隨后幾十年鋼纖維混凝土的研究和應用得到了飛速的發展。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的抗壓強度有所提高，但是劈拉強度，抗剪強度和抗彎強度等有大幅度提升；除了力學強度的提升外，鋼纖維混凝土的韌性、抗裂性能、抗沖擊性能和耐久性等都得到了明顯提升和改善。本文將通過不同的案例來介紹布魯克三維X射線顯微鏡（3D XRM）在鋼纖維混凝土三維結構分析中的應用。

▲鋼纖維混凝土的高分辨率三維圖像

對于鋼纖維混凝土增強的機理，目前主要有基于復合材料力學的理論和基于線彈性斷裂力學的纖維間距理論。隨著CT成像技術的發展，快速高精度CT成像可為鋼纖維混凝土在組分分布，水化過程，損傷發展等不同階段開展動態的研究：

1）獲取內部纖維形貌，如纖維體積，長度，直徑以及纖維取向等。

▲內部纖維的分布

▲鋼纖維取向三維表征（不同顏色編碼表征不同的方向）

2）纖維與基體交界面形貌，以及內部裂隙孔隙分布等。

▲綠色為混凝土內部裂隙，紅色為孔隙

▲鋼纖維與裂紋三維空間分布表征

▲裂紋厚度分布三維表征

▲混凝土內部裂隙開度分布

▲混凝土內部孔隙孔徑分布

（注：本文章部分圖片及數據來源于Bruker X射線部門公眾號）