工业CT技术在北方机场道面抗盐冻性能中的应用

工业CT技术在北方机场道面抗盐冻性能中的应用

余国祝

余国祝

北京中企卓创科技发展有限公司北京100621

摘要：北方机场道面抗盐冻性能是一项非常重要的指标，水泥混凝土细观气泡结构对抗冻性能有显著影响。本文明确了工业CT技术是测定混凝土内部气泡结构的有效方法，同时分析了工业CT技术的工作原理；通过具体的应用案例表明工业CT技术可高效快速地分析机场水泥混凝土抗盐冻性能，对机场道面的管理养护具有一定的借鉴作用。

关键词：工业CT技术；机场道面；抗盐冻

引言

北方地区机场为保障冰雪天气下的正常运行，需要喷洒大量的道面除冰液和飞机除冰液来达到自然消除冰雪的目的。对于运输繁忙的机场，如首都机场，在2015年11月1日至2016年3月17日之期间共经历了21个除雪日，仅跑道T3区域就使用I型除冰液约3187吨、II型除冰液237吨[1]；除冰液在机场道面积聚并渗透进入混凝土内部，在持续反复严寒天气的冰冻下造成混凝土严重的盐冻破坏，导致水泥混凝土表面砂浆剥落脱皮，骨料暴露，形成麻面，影响飞机滑跑的稳定性和舒适性。

大量学者研究发现，水泥混凝土细观气泡结构对抗冻性能有显著影响。科学合理地定量分析水泥混凝土细观气泡结构，是研究北方机场道面抗冻性能的关键。本文在总结常用的混凝土内部气泡结构测定方法的基础上，明确了工业CT技术的优越性；分析了工业CT技术的工作原理，并通过具体的应用案例表明工业CT技术可高效快速地分析机场水泥混凝土抗盐冻性能。

1混凝土内部气泡结构测定方法

目前混凝土内部孔隙结构测定的主要方法是压汞法和光学观察法。压汞法具有原理简单、试验速度快、测量孔隙半径范围广等优点，但是由于压汞法是采用施加压力使汞进入混凝土孔隙中，会对混凝土孔结构造成一定的破坏，导致测试结果的偏差[2]。光学观察法在观察前需要对混凝土进行切割研磨以暴露内部的气泡结构，而试件制备过程对混凝土的气泡结构会有一定破坏，且同样只能观察混凝土截面的二维气泡分布状况。而利用工业CT技术对混凝土进行扫描可得到内部细观结构组成情况，通过三维重建分析混凝土中气泡的分布状况，并且工业CT技术属于无损检测，可实现对混凝土试块连续观测的目的[3]。

2工业CT技术的工作原理

工业CT技术是计算机断层扫描成像技术的简称，是在传统CT技术基础上将核成像技术用于工业分析中发展起来的。它运用多角度投影、全方位扫描、探测设备接收以及图像重建技术等，以获取检测层面的清晰图像。工业CT系统一般包括射线源、机械扫描系统、探测器系统、计算机系统、辅助电源和屏蔽设施等部分。射线源提供CT扫描成像的能量线束可以穿透试件，根据射线在试件内的衰减情况实现以各点衰减系数表征的CT图像重建。探测器系统用来测量穿过试件的射线信号，经放大和模数转换后送入计算机系统进行图像重建[4]。

3工业CT技术扫描混凝土细观孔隙结构

工业CT技术在水泥混凝土中的研究在内部损伤探测方面已较为成熟，而在混凝土细观孔隙结构的分析仍处于起步阶段，针对孔隙结构空间三维分布状态的描述及其对混凝土宏观性能的影响研究较少。因此，本文依托某重点实验室配备的高精度工业CT设备，对混凝土的细观结构进行扫描分析。

3.1实验仪器

该设备为德国依科视朗国际射线有限公司生产的Y.CTPrecision型高精度计算机层析扫描系统，采用微焦点射线源进行锥束扫描，像素分辨率可达到um级。混凝土孔隙结构的可视化观察分析利用系统配套的VGStudioMax2.2软件，根据CT扫描得到的试件正面、立面和侧面三个角度的二维切片图像，通过重建算法实现将MRI数据生成扫描试件的3D模型。

3.2实验过程

试验采用玄武岩碎石作为粗集料，分别成型含有引气剂和未含有引气剂的混凝土试件，对比分析掺引气剂的试件对北方机场道面抗盐冻性能的影响。将成型的10×10×10cm的混凝土抗压试块按图1所示的方式进行切割，得到大小为10×10×5cm混凝土试块。

图1冻融循坏试验试块制作示意图

3.3实验结果

扫描结果如下图2所示，非引气混凝土和引气混凝土的气泡密度、气泡大小分布都不一样，很显然气泡在使用引气剂后的百分比显著提高。因此，通过工业CT技术可高效快速地分析水泥混凝土掺引气剂和不惨引气剂对抗冻性能的影响，这给北方机场水泥混凝土抗盐冻性能的研究提供了很方便的手段。

a)非引气混凝土b)引气混凝土

图2混凝土内部气泡分布

4结语

北方机场道面抗盐冻性能可通过研究水泥混凝土细观气泡结构来表征。从技术上来看，工业CT扫描技术在混凝土内部气泡结构测定方法上具有显著的优越性。具体的应用案例也表明工业CT技术可高效快速地分析机场水泥混凝土抗盐冻性能。

参考文献

[1]历时121天Ameco北京完成除冰季保障工作[OL].http://news.hexun.com/2016-03-17/182816844.html..

[2][14].OlsonRA,NeubauerCM,JenningsHM.DamagetothePoreStructureofHardenedPortlandCementPastebyMercuryIntrusion[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,1997,80(9):2454-2458.

[3]毛灵涛,刘永亮,薛茹.混凝土三维细观数值模拟与CT试验研究[J].混凝土,2015(11):7-11.

[4]卢艳平,王珏,喻洪麟.工业CT三维图像处理与分析系统[J].仪器仪表学报,2009,30(2):444-448.