• 關(guān)鍵詞： 基恩士　顯微鏡VHX-600E　應(yīng)用　混凝土　觀測效果
• 摘要：KEYENCE基恩士-『顯微鏡VHX-600E』應(yīng)用于提升混凝土的形貌觀測效果

　　尋找混凝土專家李克非教授的實驗室破費周折，我們一行四人在清華大學(xué)土木工程系擺設(shè)的起重機等各種大型儀器、樓層模型、混凝土實驗材料等之間走了幾個來回，終于找到這座位于文科圖書館旁邊的兩層半小樓。
　　引子
　　李克非教授是從法國回來的，他說話簡潔、精辟，是個謙虛、溫和的儒雅學(xué)者。
　　他談到在對混凝土進行物相研究時，要識別礦物、物質(zhì)的化學(xué)成分，追蹤化學(xué)反應(yīng)過程，多使用電鏡。因為具有較高的分辨率和電子成像原理，電鏡比較適合混凝土材料微觀、亞微觀表面形貌的觀察。然而，因為電鏡設(shè)備體積很大，樣品制備復(fù)雜，且不易攜帶等特點，所以在土木工程中，他們多用光鏡追蹤裂縫，觀察開裂表面的形貌，觀測材料裂縫的發(fā)展等。
　　光學(xué)顯微鏡有很多種，而基恩士顯微鏡VHX-600E因為有以下特點，進入李教授的視野：
　　1、 所要檢測的裂縫在1um左右，此時的精度正好在VHX-600E觀察的范圍。
　　2、 VHX-600E具有高景深的特點，新鮮打開的材料表面，可以用它進行三維掃描、三維重建
　　3、VHX-600E可以對特定范圍內(nèi)表面進行三維重建、展示，以及起伏度的測定
　　4、拍圖方便，可以追蹤材料表面幾何圖形的變化，輕松對比實驗處理前后的圖像
　　5、放大倍數(shù)從200-5000倍，可以部分替代電鏡的功能
　　6、便攜性好，可以攜帶到工程現(xiàn)場觀察混凝土材料。比較容易的手持鏡頭觀察，方便對目標物進行各種角度的觀察。
　　已取得的成果：
　　李克非教授課題組在混凝土材料最高水平期刊Cement and Concrete Research上已經(jīng)發(fā)表數(shù)篇論文，其中一篇論文《混凝土材料裂隙幾何特征與物理特征的關(guān)系》。論文談到混凝土材料是典型的多孔工程材料，在外部環(huán)境作用下自身性質(zhì)會發(fā)生演變，從而引起結(jié)構(gòu)長期性能的改變，即耐久性問題。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力在材料內(nèi)部產(chǎn)生裂隙（裂紋）進而改變了材料原有的孔隙結(jié)構(gòu)，在實驗中他們利用VHX-600E對材料裂隙進行拍攝，并研究了裂隙的形貌特征。

基恩士VHX-600E下裂隙形貌的展示和分析

做高分子實驗的老師對混凝土用高吸水樹脂形態(tài)的實驗圖像

　　未來實驗的拓展
　　1、混凝土材料普遍具有自愈合能力，開裂以后，材料里面進去水，里面的礦物再次水化，即材料的自愈合能力。某些行業(yè)非常倚重材料的自愈合能力，如采油行業(yè)，如果材料所處位置很深，材料發(fā)生開裂后很難人工修復(fù)，需要材料發(fā)揮自愈合能力。李克非實驗室希望能在表面材料裂開之后，有水流過自愈合發(fā)生時，追蹤到材料形貌的演變過程?？床牧闲蚊沧兓荲HX-600E的強項。
　　2、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程的實驗?zāi)繕顺叽缫话愣己艽?，一如觀察像柱子等的破壞過程，很難用到顯微鏡；現(xiàn)在的土木工程實驗可以很做到精細，如某種為增強材料韌性的金屬或非金屬纖維，像頭發(fā)絲一樣細，這種材料的破壞過程是目前土木工程材料領(lǐng)域的研究熱點之一。其中很簡單的應(yīng)用是將嵌入材料中的纖維快速拔出，看材料中纖維脫離基體的破壞過程，此時需要能觀察到直徑不到1um的顯微鏡運用到實驗中，同時又要看動態(tài)的基體破壞過程，能實現(xiàn)高速成像的VHX-600E一定會在這個實驗中發(fā)揮出巨大作用。
問題與建議：
　　1、某博士生觀測拋光的混凝土表面，需要把整個表面拓下來。區(qū)域較大，要保證觀測精度，目前只能用VHX-600E將表面一小塊一小塊地掃描下來，再實現(xiàn)手動拼接，拼成全部清楚的表面。這個通過手動可以解決，但是實驗非常辛苦，效率不高，容易有誤差。
　　2、希望顯微鏡除了拍照功能，還能進行圖像處理，如進行裂縫尺寸大小的測量，能夠扣除背景，進行某些圖像的識別和過濾過程。
　　解決方法：
　　有了基恩士新上市的超景深三維立體顯微鏡VHX-2000系列，以上兩個問題都能迎刃而解，配備XY電動掃描臺之后，VHX-2000可以實現(xiàn)自動拼接，拼接的速度快，效率高，且誤差小。這樣，就能將實驗人員從繁瑣的重復(fù)性勞動中解脫出來，有更多的實驗去從事科學(xué)研究。
　　另外，VHX-2000的圖像處理功能更加強大，可以進行背景扣除，圖像識別和過濾功能，完全滿足李教授實驗的要求。
　　VHX-2000還配備了5400 萬像素 3CCD 手持式攝像機，能進行快速的景深合成，是高分辨率和超大景深兼而有之大景深觀測的理想儀器。

站在VHX-600E前的李克非教授

　　李克非教授的個人簡介：
　　李克非，教授，清華大學(xué)土木工程系建筑材料研究所副所長，博士生導(dǎo)師。RILEM Senior member，亞洲混凝土模式規(guī)范委員會(ICCMC) 委員。研究領(lǐng)域為孔隙材料物理與力學(xué)過程、材料與結(jié)構(gòu)耐久性及結(jié)構(gòu)行為評估。

　　教育背景
　　1989.9 - 1993.6 同濟大學(xué)（橋梁工程專業(yè)） 工學(xué)學(xué)士
　　1993.9 - 1996.3 同濟大學(xué)（橋梁工程專業(yè)） 工學(xué)碩士
　　1996.9 - 2000.9 同濟大學(xué)（橋梁工程專業(yè)） 工學(xué)博士
　　1999.9 - 2002.9 法國橋路工程師學(xué)院（材料與結(jié)構(gòu)專業(yè)） 科學(xué)博士

　　工作履歷
　　1998.9 - 1999.6 法國橋路中心研究院，訪問學(xué)者 　
　　2002.10 - 2004.9 法國OXAND土木工程咨詢公司，研發(fā)工程師
　　2004.10 - 今 清華大學(xué)土木工程系，副教授，博士生導(dǎo)師（2006），教授（2012）

　　社會兼職
　　[1] RILEM Senior member，（2008-），TAC member  ( 2011-)
　　[2] IABSE member (2011-)
　　[3] 亞洲混凝土模式規(guī)范委員會(ICCMC) 委員，(2007-)
　　[4] 土木工程學(xué)會高強高性能混凝土學(xué)會會員，(2010-)

　　研究領(lǐng)域
　　研究生課程：工程結(jié)構(gòu)耐久性與行為評估
　　本科生課程：建筑材料
　　研究領(lǐng)域：孔隙材料物理與力學(xué)過程，材料與結(jié)構(gòu)耐久性，結(jié)構(gòu)行為評估

　　研究概況
　　[1] 大氣與凍融環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及其對策的基礎(chǔ)研究，國家自然科學(xué)基金重點項目，2006.1-2009.12
　　[2] 水泥基材料開裂界面流體傳輸與物質(zhì)交換，國家自然科學(xué)基金項目，2007.1-2009.12

　　[3] 混凝土橋梁耐久性指標體系、檢測方法與評價標準的研究，交通部西部科技項目，2006.12-2010.9
　　[4] 混凝土橋梁合理耐用結(jié)構(gòu)構(gòu)造的研究，交通部西部科技項目，2006.12-2010.9
　　[5] 港珠澳大橋工程耐久性設(shè)計與評估，橫向課題，2009.1-10
　　[6] 港口工程結(jié)構(gòu)全壽命周期設(shè)計理論方法研究，交通部西部科技項目，2008.6-2010.6
　　[7] 水泥基材料孔隙結(jié)構(gòu)與傳輸機制，973課題專題，2009.1-2013.12
　　[8] 核素在非飽和工程屏障材料中傳輸過程研究，國家自然科學(xué)基金項目，2010.1-2012.12
　　[9] 跨海集群工程混凝土結(jié)構(gòu)120年使用壽命保障關(guān)鍵技術(shù)，“十一五”支撐項目，2010.7-2015.6

　　學(xué)術(shù)成果
　　1.Ulm, F.J., Coussy, O., Li, K.F., Larive, C. (2000). Thermo-chemo-Mechanics of ASR-expansion in concrete structures, J. Engrg. Mech., ASCE, 126(3):233-242.
　　2.Li, K.F., Coussy, O. (2002). Concrete ASR degradation: from material modeling to structure assessment, Concrete Science and Engineering, 4, 35-46.
　　3.Li, K.F., Coussy, O. (2002). Evaluation structurelle des ouvrages atteints par l'acali-r?action, Revue Fran?aise de G?nie Civil (French Journal of Civil Engineering)}, 6(5):835-851 (in french).
　　4. Li, K.F., Capra, B. (2003). Contribution of the modelling to the appraisal of infrastructures affected by alkali silice reaction, Revue de M?canique et Industrie (Journal of Mechanics and Industry), 4(5):491-496 (in french).
　　5. Li, K.F., Coussy, O. (2004). Numerical assessment and prediction method for the chemico-mechanical deterioration of ASR-affected structures, Canadian Journal of Civil Engineering, 31: 432-439.
　　6. 陳肇元，廉惠珍，李克非，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南，CCES01-2004，2005年修訂版，2005，北京
　　7.許超，李克非，(2006) 水泥基材料裂縫對鋼筋銹蝕過程的影響，東南大學(xué)學(xué)報，36卷，增刊II，135-138
　　8.李克非，陳肇元，(2006) 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計中鋼筋保護層的規(guī)定與建議，東南大學(xué)學(xué)報，36卷，增刊II，23-26
　　9.國家標準GB/T 50476，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范，主要編寫人，建筑工業(yè)出版社，2009
　　10. Li, C.Q., Li, K.F., Chen, Z.Y. (2008) Numerical Analysis of Moisture Influential Depth of Concrete under Drying-Wetting Cycles, Tsinghua Science and Technology, 13(5)(2008): 696-701
　　11. Li,K.F., Chen, Z.Y. and Lian, H.Z. (2008). Concepts and requirements of durability design for concrete structures: An extensive review of CCES01, Materials and Structures, 41(4)(2008):717-731
　　12.曾強，李克非，(2008) 凍融情況下降溫速率對水泥基材料變形和損傷的影響，清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），48卷9期，1390-1394
　　13.李春秋，李克非，陳肇元 (2008) 混凝土中水分傳輸?shù)倪吔鐥l件研究，工程力學(xué)，26(8)(2009):74-81
　　14.Li C.Q., Li K.F., Chen Z.Y. (2008) Numerical Analysis of Moisture Influential Depth in Concrete and Its Application in Durability Design, Tsinghua Science and Technology, 13(s1)(2008): 7-12
　　15.巨玉文，李克非，韓建國 (2008) 混凝土早齡拉伸徐變的試驗與理論研究，工程力學(xué)，26(9)(2009):43-49
　　16.Li K.F., Ju Y.W., Han J.G., Zhou C.S. (2009) Early-age stress analysis of a concrete diaphragm wall through tensile creep modeling, Materials and Structures, 42(7):923-935
　　17.Li K.F., Zeng Q. (2009) Influence of freezing rate on cryo-damage of cementitious material, Journal of Zhejiang University- Science A, 10(1):17-21
　　18. Li K.F., Li C.Q., Chen Z.Y. (2009) Influential depth of moisture transport in concrete subject to drying-wetting cycles, Cement and Concrete Composites, 31: 693-698
　　19. Zeng Q., Li K.F., Fen-chong T., Dangla P.(2010), Surface fractal analysis of pore structure of high-volume fly-ash cement pastes, Applied Surface Science, 257(3):762-768
　　20. Zhou C.S., Li, K.F.(2010), Numerical and statistical analysis of permeability of concrete as a random heterogeneous composites, Computers and Concrete, 7(5):469-482
　　21. 李克非，馬明軍，王曉梅(2010)，水泥基材料裂隙水流動規(guī)律的試驗研究，工程力學(xué)，27(11): 229-233
　　22.李春秋，李克非(2010)，干濕交替下表層混凝土中氯離子傳輸：原理、試驗和模擬，硅酸鹽學(xué)報，38(4):581-589
　　23.李春秋，李克非，（2010），干濕交替下表層混凝土中水分傳輸：理論、試驗和模擬，硅酸鹽學(xué)報，38(7):1151-1159
　　24 王曉梅，李克非 (2011), 水泥基材料裂隙表面離子吸附過程，硅酸鹽學(xué)報，39(1):1-6
　　25 王曉梅，李克非 (2011), 水泥基材料裂隙表面溶蝕過程，硅酸鹽學(xué)報，39(3):525-530
　　26 Zhou C.S, Li K.F., Pang X.Y. (2011), Effect of crack density and connectivity on the permeability of microcracked solids, Mechanics of Materials, 43:969-978
　　27 Li K.F., Ma M.J., Wang X.M. (2011), Experimental study of water flow behaviour in narrow fractures of cementitious materials, Cement & Concrete Composites, 33(10):1009-1013.
　　28 Zeng, Q.; Fen-Chong T., Dangla P., Li, K.F.(2011), A study of freezing behavior of cementitious materials by poromechanical approach, International Journal of Solids and Structures, 48(22-23):3267-3273

　　關(guān)于超景深三維立體顯微鏡VHX-2000
　　建立在VHX平臺上，VHX-2000整合了幾個新特點。增加的彩色濾色片輪可以使用戶選擇特定的波長成像（紅、綠或藍）。結(jié)合了藍色濾片和KEYENCE像素漂移技術(shù)的超高分辨率模式，能夠提高圖像分辨率25%。
要改善操作性和易用性，VHX-2000可以配置電動XY載物臺、電動Z軸控制。用戶可以通過使用控制腳踏板調(diào)整在三個軸上的移動，結(jié)合Double鏡頭的放大識別功能，VHX-2000可以為XY載物臺自動提供理想的移動速度，確保一鍵自動對焦和校準。現(xiàn)在可以通過點按鈕進行圖像拼接功能，速度更快的得到20000x20000像素圖像，擴大了可視面積200倍。
　　自動檢測功能簡化了最難的檢測任務(wù)，幫助減少了由于不同用戶引起的波動。這個系統(tǒng)可以儲存圖像/測量結(jié)果的一部分作為模板，點擊鼠標就能用于將來樣本的測量。
　　更多數(shù)碼顯微鏡的應(yīng)用，請訪問：http://www.digitalmicroscope.cn（轉(zhuǎn)載自顯微鏡圖像網(wǎng)）