4、超高性能混凝土宏观结构可视化：基于X射线计算机断层扫描与沉浸式环境

超高性能混凝土宏观结构可视化：基于X射线计算机断层扫描与沉浸式环境

1. 引言

混凝土是世界上仅次于水的第二大消耗材料。在过去几十年里，多种类型的混凝土相继被研发出来，包括高强度混凝土、超高性能混凝土（UHPC）、早强混凝土、聚合物混凝土和纤维增强混凝土等。与传统水泥相比，这些混凝土混合物包含了诸如钢纤维或聚丙烯纤维、复杂的外加剂和树脂（聚合物）等成分。

UHPC是一种先进的水泥基复合材料，与传统混凝土相比，它具有极高的强度和耐久性。其独特之处在于，它利用粉煤灰和硅灰等回收产品作为辅助胶凝材料，可将水硬性水泥的比例降低至70%。此外，在UHPC中添加钢纤维可以增加结构的延性。

除了在桥梁等土木基础设施中的应用，核能源行业也开始关注新型材料在先进核系统（如便携式微反应堆和裂变电池）的开发和鉴定中的应用。如果UHPC能在热和辐射抗性或抗渗水性方面表现出色，那么它也可用于乏燃料处置。新型轻质屏蔽技术对于微反应堆和裂变电池而言，是核领域的重要研究方向。

混凝土材料有三种不同的层次结构：微观、细观和宏观，分别对应量子、材料和工程学科。尽管三维分析工具（如X射线计算机断层扫描，XCT）在混凝土上的应用主要集中在微观和细观尺度，但众多研究表明，微观层面的物理机制，特别是由于施工工艺和质量控制不佳导致的损伤机制传播和缺陷存在，会主导混凝土等材料的失效模式。宏观层面的脆化、开裂和空洞塌陷等问题，都可以追溯到微观层面的基本力学性能分析。

挑战在于开发一种合适的模型，实现这三个分析层面之间的信息传递。与混凝土类似，UHPC是一种非均质复合材料，其三种结构尺度的力学性能可能不同。宏观结构分析可能是捕捉由于现场施工工艺质量导致的缺陷和不确定性的最有效方法。目前，研究