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扫描电镜在建筑行业的应用

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概述
实验/设备条件
样品提取
实验/操作方法
实验结果/结论
仪器/耗材清单

对于大多数的我们,水泥混凝土等建筑材料,就是一堆砂,石,水泥和水等按照一定比例,在搅拌机里不停搅拌的混合物。就是这些普通的砂石,各自发挥着自己的作用。其中砂、石起到骨架的作用,我们被称之为骨料,水泥和水形成水泥浆,包裹在骨料表面并填充空隙。在硬化前,水泥浆起到润滑作用,赋予拌合物一定的和易性,便于施工。水泥浆硬化后,则将骨料胶结为一个坚实的整体。就是这样的混合物,构成了城市建筑的粘合剂,让更多的高楼大厦屹立不倒。


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借助扫描电镜的观察,我们才发现,原来这些看起来不起眼的混凝土,也曾绽放过美丽。


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观察建筑材料钙钒石结构


观察对象:钙钒石
观察难点:导电性很差,且需要较高倍数下才能观察清楚
应对方法:高分辨的飞纳台式场发射 Phenom Pharos(分辨率优于 2.2nm)
观察技巧:10kV
观察结果:获得非常清晰、不同结构的钙矾石微观图像。不同的反应时间,前驱体的加入量对钙钒石结构产生很大影响,可以清楚看到条状、块状、颗粒状的钙钒石结构。


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条状的钙矾石结构


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块状的钙矾石结构


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条状,颗粒状的钙矾石结构


分析水泥样品元素成分


观察对象:水泥
观察难点:样品大,导电性差,不希望喷金直接观察真实形貌。最关键的是混凝土样品多为大块多孔样品,放入电镜中,这些气孔会放气,而电镜的真空系统要想把这些气孔中的空气完全抽掉需要花费大量的时间,甚至真空抽不上来导致真空报错。
应对方法:飞纳大仓室台式电镜 Phenom XL(样品尺寸:100 x 100mm)
观察技巧:低真空模式
观察结果:30s 快速抽真空,获得衬度分明的图像,能谱图可以清晰看出 Ca, Na, S, Si, Al, Mg 的元素的分布,结合相关知识可以很快分析出水泥相。


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更多案例


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观察钢纤和混泥土结合


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水化 12 天的水化产物


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水化 20 天的水化产物


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干磨水泥样品


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湿磨水泥样品


湿式研磨会造成龟裂条纹增加,盐类、水合晶体相位消失,白色相外面包裹层被破坏。


随着房地产的兴起,建筑材料的研究也成为了热点。微观形貌决定了宏观性能,不论是基础理论研究,还是实际生产,扫描电子显微镜作为直接观察建筑材料微观形貌的设备,已经越来越多地应用于此行业。

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