CT图像扫描技术详解

5.4.2.1　X射线岩石CT和方法

1972年英国EMI公司首先制成由工程师G.N.Hounsfield设计的第一台CT（Computerized Tomography，CT）扫描机。CT扫描有效地排除了无关截面对成像断面图像的干扰，彻底解决了X射线体层摄影的影像重叠问题，在医学诊断领域取得巨大成功，G.N.Hounsfield因此获得了1979年度诺贝尔生理和医学奖。CT方法的最大优点在于能无损地检测出材料和结构的内部变化，同时具有较高的分辨能力。由于CT扫描机的构造与性能各有不同，按其发展次序、构造及性能，到目前为止，可分为五代。每次CT换代，CT技术性能均有较大提高，特别是扫描速度，第五代X射线CT扫描时间已缩短到数毫秒（ms）。

Suzanne Raynaud（1989）采用CT方法给出了均质石膏、花岗岩、砂岩、白云岩在三轴压缩破裂后扫描断面的CT图像，表明CT是检验岩石内部裂纹结构的好方法。杨更社（1996）在国内最早发表岩石CT成果，分析了岩石CT图像的CT数分布特征，指出无裂纹时CT数直方图呈现单峰曲线，有裂纹或空洞发育时直方图呈现多峰曲线。葛修润（1999）采用新研制的三轴压力仪与医用CT设备配合，首次获得砂岩的实时CT图像。即在CT扫描时，压力仪对试件停止加载，但不卸载，扫描结束，继续加载，使试验技术有了新的突破。葛修润、任建喜（2000、2001）运用X射线CT在岩石疲劳、卸荷破坏试验方面进行了初步探索。仵彦卿、丁卫华（2000）根据CT物理原理提出密度损伤增量的概念用来分析CT图像，提取图像中的岩石细观裂纹信息。丁卫华（2003）根据密度损伤增量公式推导出岩石裂纹宽度公式，为在CT图像内定量分析裂纹形状进行了初步探索工作。

5.4.2.2　X射线混凝土CT研究现状(www.xing528.com)

X射线混凝土CT，即采用医用CT或工业CT扫描混凝土试件断面，获得混凝土CT图像，通过CT图像的影像特征分析混凝土细观结构及其变化过程。由于岩石和混凝土材料密度相近，岩石CT理论和图像分析方法均可用来研究混凝土材料细观结构。其基本原理与岩石CT是相同的，混凝土各组成部分物理密度不同，反映在CT图像上的各部位CT数（正比于物理密度）不同，从而形成骨料、砂浆、孔洞等灰度不同的影像图，这就是CT物理原理。混凝土试件受力产生细观裂纹后，相应的CT图像部位灰度降低（即CT数减小），形成线状或环状影像，称为CT尺度裂纹，即细观裂纹，这是混凝土CT的主要研究对象。

Lawer et al.（2001）采用数字图像关联技术（Digital Image Correlation，DIC）分析混凝土表面破裂模式，采用自行研制的X射线CT（相当于工业CT）分析裂纹内部的三维特征，发现DIC对小裂纹的宽度和位置更有效，X射线CT描述大裂纹的形态更成功，并能体现裂纹演化过程中的内部结构特征，并根据混凝土破裂后的CT图像讨论了骨料形状、裂纹形状对混凝土强度和韧性的影响。Stock（2002）和Chotard（2003）采用X射线医用CT扫描机，分别研究了硫酸对水泥砂浆的腐蚀作用和水泥水化过程中内部结构的变化，都取得了较好的效果。Goodwin（2003）研究粉煤灰的蠕变和压缩特性时采用了医用CT分析颗粒的相互作用特征。以上研究的不足之处是对混凝土CT图像分析采用了最简单的肉眼观察、定性分析方法，并且扫描样品一层获得一幅CT的时间很长。

陈厚群、丁卫华等（2006、2007）利用CT扫描技术对混凝土动态损伤破坏过程进行了研究，开展了下列工作：①研制了与医用CT配套的便携式材料试验机，解决了动态加载的几个关键技术问题，包括加载设备的便携式要求、加载波形显示、加载控制、试件黏结技术等；②基于现有的医用X射线CT扫描机，利用专门研制的与其配套的便携式材料试验机，对一、二级配混凝土试件进行了静力、动力压缩和拉伸试验，CT实时扫描，获得了各试验条件下的系列CT图像；③根据CT物理原理和图像分析，从图像中识别出细观裂纹，分析了裂纹形态特征。这些研究工作为混凝土细观损伤破坏机理研究开辟了新的途径。