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基于阴影成像和等离子体成像技术研究水泥基材料中的晶粒尺寸及其对激光诱导等离子体的影响

DOI：10.1016/j.sab.2020.105772 期刊：Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 采用两种实验方法研究了不同水泥基混合物中颗粒粒径对激光诱导等离子体演化的影响：(i)通过阴影成像和二维等离子体成像技术，探究激光诱导冲击波的时空演化过程；(ii)利用二维光谱成像技术分析等离子体中元素的时空分布特征。本研究源于将激光诱导击穿光谱(LIBS)应用于混凝土化学分析的需求，进而获取桥梁、停车场地坪等结构损伤评估相关信息。土木工程领域特别关注颗粒粒径分布——制备混凝土需按筛分曲线(64毫米至0.125毫米)使用不同级配的骨料。数据集中可排除180微米以上的骨料，因此LIBS检测仅需考虑粒径小于180微米的细骨料含量。所有小于0.125毫米的混凝土组分均归属为粉料含量。测试样品包括作为基准的干硬性水泥净浆(水灰比w/z=0.5)。通过向水泥中添加不同比例(10%、30%、50%和60%)的粉料(粒径40微米)和硅灰(粒径0.1微米)，并与剩余比例的干/水化水泥混合制备骨料混合物?？墒踊峁砻鳎航鲈诘壤胱犹逍纬傻某跏冀锥危辞?微秒内），才能检测到等离子体演化与样品粒径的关联性。光谱信息揭示了等离子体中硅和钙元素（包括中性态与电离态）的分布情况，该显著效应同样出现在等离子体寿命最初1微秒内。
作者： C. Gottlieb，A. Gojani，T. V?lker，T. Günther，I. Gornushkin，G. Wilsch，J. Günster
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究不同水泥基混合物中颗粒粒径对激光诱导等离子体演化的影响，以应用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）进行混凝土化学分析及结构损伤评估。

研究成果

研究表明，水泥基材料中的颗粒粒径和混合比例会显著影响激光诱导等离子体的演化过程，尤其在初始阶段。该发现对于提升土木工程应用中激光诱导击穿光谱（LIBS）分析的准确性至关重要，特别是针对混凝土结构的损伤评估。

研究不足

由于实验限制，该研究无法评估冲击波的早期形成过程（t < 1.5 微秒）。若采用能覆盖更短门延迟时间的升级装置，将提升研究结果的重要性。

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