一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土界面区厚度测量方法，通过能谱面扫描获得元素分布图后确定能谱线扫描区域，再基于能谱线扫描的元素计数率变化图确定微观界面区的范围，进而计算得到微观界面区的厚度。相比于传统测量方法，本发明专利技术具有测试方便、可重复测量、识别结果精确、不会损伤试样的优势，为混凝土与修复材料的界面区测量提供了一种新的方法。新的方法。新的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法


[0001]本专利技术属于混凝土缺陷修复效果评价
，具体涉及一种评基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法。

技术介绍

[0002]水利工程采用的主要材料为混凝土，混凝土在长期服役后，会出现表面剥落、贯穿裂缝等病害，若不及时加以修复，将会持续扩大并引起结构的崩塌。对水利工程混凝土病害修复的常用方法是在混凝土破损面涂覆修复材料，如硅酸盐水泥、聚脲、环氧树脂等各类有机和无机材料。这些修复材料在凝结硬化后与混凝土之间形成粘结强度，以保护混凝土免受侵蚀。
[0003]从微观角度上看，粘结强度的形成机理与两种材料间微观界面区特征密切相关。界面区通常是两种材料体系最薄弱的部分，尤其是微观界面区厚度，直接影响着修复材料与混凝土复合体系的宏观性能。这是因为在外荷载作用下，微裂纹最先在界面区萌发，并沿薄弱面扩展，最终形成宏观破坏。
[0004]界面区的研究开始于混凝土中，通常指的是骨料与砂浆的过渡区域，也叫界面过渡区。为了准确识别界面过渡区厚度，中国专利技术专利(授权公告号：CN 108956349B)公开了一种测量沥青混合料微观界面过渡区特征参数的试验方法，该专利是通过纳米压痕实验识别界面过渡区厚度的；中国专利技术专利(公布号：CN 111638103A)公开了一种再生骨料沥青混合料微观界面过渡区识别方法，该专利也是利用纳米压痕仪识别界面过渡区的；中国专利技术专利(公布号：CN 113155042B)提供了一种混凝土内界面过渡区厚度测量方法，该专利通过获取混凝土试块受压位移变形情况确定界面过渡区的。可以看到，上述专利识别界面过渡区厚度的方法均属于间接测试，测试过程中会造成试样的损伤破坏，无法重复测试。

技术实现思路

[0005]为解决上述微观界面区厚度测量问题，本专利技术提出了一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法。本专利技术具有测试方便，测量结果精确的优势，弥补了修复材料与混凝土微观界面区厚度无损识别方面的不足。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、在混凝土基体表面涂覆修复材料，放入养护室进行养护，待修复材料与混凝土粘结牢固后取出；
[0009]步骤二、垂直于修复材料与混凝土方向进行切片，切片后的试样包括修复材料和混凝土；然后对试样进行打磨、抛光，制备出能谱扫描的试样；
[0010]步骤三、将步骤二制备的试样置于带有X
‑
射线能量色谱仪的扫描电子显微镜下，
找到修复材料与混凝土的界面区，并将显微镜的放大倍数调到200倍，使得修复材料与混凝土的胶结位置处于视野中央。
[0011]步骤四、将扫描电子显微镜切换到能谱模式，对步骤三的界面区进行面扫描，获得界面区内元素分布特征。基于元素分布特征，确定修复材料与混凝土基体砂浆、修复材料与混凝土基体骨料的位置。
[0012]步骤五、对步骤四最后确定的位置进行能谱线扫描，线扫描的方向为修复材料至混凝土基体，线扫描的长度不小于300μm；
[0013]步骤六、绘制能谱线扫描获得的元素计数率随扫描长度的变化图，图中元素计数率稳定段之间的过渡段即为微观界面区范围，那么假设元素计数率过渡段的起始位置对应的扫描长度为L0，元素计数率过渡段的结束位置对应的扫描长度为L1，则微观界面区厚度L则为：
[0014]L＝L1‑
L0[0015]步骤四中能谱面扫描和步骤五中能谱线扫描包含的元素种类为C、O、Mg、Al、Si、Ca。
[0016]步骤六中所绘制的元素计数率遵循以下原则：若修复材料种类属于有机类修复材料，则绘制C元素计数率随扫描长度的变化图；若修复材料种类属于无机类修复材料，则绘制Si和Ca元素计数率随扫描长度的变化图。
[0017]步骤六中元素计数率稳定段的判断原则为在平均元素计数率的上下20％区间内波动，元素计数率变化段为元素计数率超过平均元素计数率的20％。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0019]本专利技术提供了一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法，通过能谱面扫描获得元素分布图确定能谱线扫描区域，再基于能谱线扫描的元素计数率变化图确定微观界面区的范围，进而计算得到微观界面区的厚度。相比于传统测量方法，本专利技术具有测试方便、可重复测量、识别结果精确、不会损伤试样的优势，为相关界面研究提供了一种新的方法。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的流程图；
[0021]图2为制备的修复材料与混凝土能谱扫描试样；
[0022]图3为200倍视野下环氧胶泥修复材料与混凝土的形貌图；
[0023]图4为图3的能谱面扫描元素分布；
[0024]图5为能谱线扫描位置；
[0025]图6为C元素计数率随扫描长度的变化图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0027]实施例1：
[0028]本实施例提供一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法，
下面说明使用该方法的步骤：
[0029]步骤一、在混凝土基体表面涂覆修复材料，放入养护室进行养护，待修复材料与混凝土粘结牢固后取出；
[0030]步骤二、垂直于修复材料与混凝土方向进行切片，切片后的试样包括修复材料和混凝土；然后对试样进行打磨、抛光，制备出能谱扫描的试样；
[0031]步骤三、将步骤二制备的试样置于带有X
‑
射线能量色谱仪的扫描电子显微镜下，找到修复材料与混凝土的界面区，并将显微镜的放大倍数调到200倍，使得修复材料与混凝土的胶结位置处于视野中央。
[0032]步骤四、将扫描电子显微镜切换到能谱模式，对步骤三的界面区进行面扫描，获得界面区内元素分布特征。基于元素分布特征，确定修复材料与混凝土基体砂浆、修复材料与混凝土基体粗骨料的位置。
[0033]步骤五、对步骤四最后确定的位置进行能谱线扫描，线扫描的方向为修复材料至混凝土基体，线扫描的长度不小于300μm；
[0034]步骤六、绘制能谱线扫描获得的元素计数率随扫描长度的变化图，图中元素计数率稳定段之间的过渡段即为微观界面区范围。那么假设元素计数率过渡段的起始位置对应的扫描长度为L0，元素计数率过渡段的结束位置对应的扫描长度为L1，则微观界面区厚度L则为：L＝L1‑
L0[0035]步骤四中能谱面扫描和步骤五中能谱线扫描包含的元素种类为C、O、Mg、Al、Si、Ca。
[0036]步骤六中所绘制的元素计数率遵循以下原则：若修复材料种类属于有机类修复材料，则绘制C元素计数率随扫描长度的变化图；若修复材料种类属于无机类修复材料，则绘制Si和Ca元素计数率随扫描长度的变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能谱扫描的修复材料与混凝土微观界面区厚度测量方法，包括以下步骤：步骤一、在混凝土基体表面涂覆修复材料，放入养护室进行养护，待修复材料与混凝土粘结牢固后取出；步骤二、垂直于修复材料与混凝土方向进行切片，切片后的试样包括修复材料和混凝土；然后对试样进行打磨、抛光，制备出能谱扫描的试样；步骤三、将步骤二制备的试样置于带有X
‑
射线能量色谱仪的扫描电子显微镜下，找到修复材料与混凝土的界面区，调大放大倍数，使得修复材料与混凝土的胶结位置处于视野中央；步骤四、将扫描电子显微镜切换到能谱模式，对步骤三的界面区进行面扫描，获得界面区内元素分布特征；基于元素分布特征，确定修复材料与混凝土基体砂浆、修复材料与混凝土基体骨料的位置；步骤五、对步骤四最后确定的位置进行能谱线扫描，线扫描的方向为修复材料至混凝土基体；步骤六、绘制能谱线扫描获得的元素计数率随扫描长度的变化图，图中元素计数率稳定段之间的过渡段即为微观界面区范围；那么假设元素计数率过渡段的起始位置对应的扫描长度为L0，元素计数率过渡段的结束位置对应的扫描长度为L1，则微观界面区厚度L则为：L＝L...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建辉，钱文勋，白银，崔德浩，张丰，张伟，吕乐乐，梁建文，白延杰，李洁，祁义卿，马豪达，葛龙甄，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：