圖像分析技術(shù)在混凝土材料中的應(yīng)用

圖像分析技術(shù)在混凝土材料中的應(yīng)用青島理工大學(xué)范宏報(bào)告內(nèi)容一、圖像分析技術(shù)二、應(yīng)用一——混凝土骨料分布三、應(yīng)用二——混凝土空隙分布四、應(yīng)用三——細(xì)度模數(shù)計(jì)算五、圖像分析技術(shù)應(yīng)用展望一、圖像分析技術(shù)圖像分析就是通過(guò)分析圖片的方法來(lái)測(cè)量圖片上測(cè)量對(duì)象的測(cè)量數(shù)值。圖像分析是一種間接的測(cè)量方法，在許多情況下，無(wú)法進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量時(shí)，使用圖像分析的方法能有效地完成準(zhǔn)確的測(cè)量。圖像處理的流程拍出一張客觀(guān)真實(shí)的照片一般從特征尺寸和研究方法的側(cè)重點(diǎn)不同將混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層次(1)微觀(guān)層次(Micro-level)。材料的結(jié)構(gòu)單元尺度在原子、分子量級(jí)，即從小于10-7cm～10-4cm?？捎秒娮语@微鏡觀(guān)察；(2)細(xì)觀(guān)層次(Meso-level)。從分子尺度到宏觀(guān)尺度，其結(jié)構(gòu)單元尺度變化范圍在10-4厘米至幾厘米，或更大些。在這個(gè)層次上，混凝土被認(rèn)為是一種由粗骨料、硬化水泥砂漿和它們之間的過(guò)渡區(qū)(粘結(jié)帶)組成的三相材料。(3)宏觀(guān)層次(Macro-level)。特征尺寸大于幾厘米，混凝土作為非均質(zhì)材料存在著一種特征體積，一般認(rèn)為是相當(dāng)于3～4倍的最大骨料體積。當(dāng)大于特征體積時(shí)，材料假定為均質(zhì)?；炷恋膶哟谓Y(jié)構(gòu)從孔結(jié)構(gòu)上看混凝土也是由不同尺度和類(lèi)型的孔隙構(gòu)成的多孔體系，可以包括粗大孔(100μm~10mm)、毛細(xì)孔(0.05μm~100μm)及凝膠孔(小于50nm)等層次，流體在毛細(xì)孔中傳輸比在凝膠孔中要容易得多，硬化水泥槳體的傳輸性能土要由毛細(xì)孔孔隙率和毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)控制，孔連通性對(duì)混凝土傳輸性能及長(zhǎng)期耐久性有很大影響。骨料是構(gòu)成混凝土多相復(fù)合體系的重要條件，混凝土中骨料的滲透性較低，這主要由于巖石較致密且內(nèi)部具有不連通的孔結(jié)構(gòu)以及骨料被水泥漿體包裹的原因。由于混凝土材料的一個(gè)顯著特征是存在界面過(guò)渡區(qū)，它是在水泥漿與骨料界面處存在的厚度約10~40微米的區(qū)域，由于界面處水泥漿體與骨料的性質(zhì)有很大差異以及水化產(chǎn)物氫氧化鈣等晶體顯著的取向作用，使得這個(gè)區(qū)域的孔隙率較大，因而使混凝土過(guò)渡區(qū)的傳輸能力大幅度提高，也就是當(dāng)骨料體積分?jǐn)?shù)較大時(shí)界面過(guò)渡區(qū)很容易形成高滲透性的傳輸路徑。細(xì)觀(guān)層次的混凝土結(jié)構(gòu)氣泡參數(shù)參數(shù)描述ACI201.2/ACI211.1氣泡頻率單位長(zhǎng)度上的氣泡數(shù)量氣泡比表面積氣泡面積除氣泡體積600-1100IN2/IN3鏈長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度上的氣泡長(zhǎng)度0.0036-0.0067IN空間因子膠凝材料中氣泡外圍最大長(zhǎng)度0.004-0.008IN膠孔比膠凝材料與氣泡的體積比4-10混凝土孔隙的后期處理目前的研究方法：（1）對(duì)混凝土進(jìn)行切片壓碎后分離出集料，然后測(cè)定集料在每個(gè)截面內(nèi)的分布密度。（2）借助圖像分析技術(shù)研究混凝土邊界效應(yīng)層中粗集料的分布特征。（3）離散元算法模擬三維球形集料動(dòng)態(tài)堆積的混凝土邊界效應(yīng)。（4）借助于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)將集料模擬成二維圓盤(pán)，利用圓盤(pán)的有序隨機(jī)分布模型研究骨料分布。（5）通過(guò)試驗(yàn)確定三相組成材料的力學(xué)性質(zhì)(包括彈性模量、強(qiáng)度、本構(gòu)關(guān)系等)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行混凝土試樣的斷裂過(guò)程模擬?；炷良?xì)觀(guān)力學(xué)的研究方法

二、混凝土骨料分布試塊配合比

199-自然養(yǎng)護(hù)Pb199-標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)201-自然養(yǎng)護(hù)Pb201-標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)201的骨料分布圖

Pb201的骨料分布圖

199的骨料分布圖

Pb199的骨料分布圖

骨料累積百分?jǐn)?shù)對(duì)比圖

201的空隙分布圖

Pb

201的空隙分布圖199的空隙分布圖Pb199的空隙分布圖三、混凝土空隙分布空隙累計(jì)百分?jǐn)?shù)對(duì)比圖

空隙沿深度變化對(duì)比圖

混凝土的孔隙率由外到內(nèi)逐漸降低，這主要是由于富漿造成。

砂子細(xì)度模數(shù)計(jì)算式的分析四、細(xì)度模數(shù)計(jì)算GB/T14684-2011建設(shè)用砂試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)方孔篩圖像分析方法序號(hào)個(gè)數(shù)百分?jǐn)?shù)平均直徑(mm)M=3.831五、圖像分析技術(shù)應(yīng)用展望圖像分析,粉末樣品采集混凝土粉末打磨機(jī)(DRB-H1

)剖面磨削機(jī)(DRB-P1

)制取粉末用于化學(xué)分析靜電吸附收集粉末試樣歸位圖像采集1.圖像分析基礎(chǔ)工具2.混凝土剖面成分分布的全信息，獲得精確的化學(xué)分析結(jié)果

骨料分布孔隙分布膠凝材料分布(氯離子示蹤法)一種利用碳酸鈣含量測(cè)定裝置測(cè)量氫氧化鈣含量的方法混凝土粉末碳化試驗(yàn)容器(DRB-C1配套)原裝置與方法擋浪壩中的氯離子分布

預(yù)制混凝土扭工字塊中的氯離子分布

3.建立混凝土各組分的空間分布模型,與混凝土性能建立聯(lián)系（尺寸效應(yīng)、邊界效應(yīng)、彈性模量、徐變等）

混凝土隨機(jī)骨料模型：圓型、橢圓型、多邊形4.硬化混凝土原始組分測(cè)定熒光顯微圖像法1999年的挪威標(biāo)準(zhǔn)描述了使用熒光顯微鏡法分析W／C的方法。背散射電子圖像法2004年SAHUS等介紹了一種使用背散射電子圖像法(BEI)確定硬化混凝土W／C的技術(shù)方法。數(shù)字圖像法2005年ZHANGShuqiang等使用圖像分析軟件處理照片，然后計(jì)算隨機(jī)提取的樣本基礎(chǔ)色調(diào)強(qiáng)度值和標(biāo)準(zhǔn)差，建立不同樣本的基礎(chǔ)色調(diào)值與設(shè)計(jì)試樣W／C的關(guān)系作為標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，最后用于評(píng)估其他待測(cè)混凝土的W／C。綜合微觀(guān)數(shù)字圖像分析法燒失量法等其他確定混凝土水灰比的方法(1)硬化混凝土中自由水含量和水灰比的測(cè)定（2）硬化混凝土水泥用量的確定方法化學(xué)分析法水泥溶解法

CaO、SiO2溶解法圖像分析法機(jī)械篩分法數(shù)字圖像分析法酸溶解法XRD法（3）硬化混凝土中集料的確定方法顯微鏡法自動(dòng)測(cè)試法自動(dòng)計(jì)算含氣量、氣泡間距系數(shù)、氣泡比表面積等氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。顯微鏡法與壓汞儀結(jié)合可獲得混凝土氣孔的全面資料?；炷疗拭婺ハ鞴ぞ攉@得的三維信息結(jié)合圖像分析技術(shù)可獲得混凝土氣孔的全面、準(zhǔn)確資料。（4）硬化混凝土中含氣量的測(cè)定定義曲折因子或連續(xù)性指數(shù)評(píng)價(jià)混凝土滲透性在描述流體在多孔材料中的滲透時(shí)，認(rèn)為有效擴(kuò)散系數(shù)Deff不同于理論擴(kuò)散系數(shù)Db，通常受反映多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)因子的影響。其中θc是孔與膠凝材料體積分?jǐn)?shù)，τ是曲折因子，反映孔、膠凝材料與骨料的交織程度。從試件的特定位置開(kāi)始對(duì)膠凝材料進(jìn)行豎向的追蹤,通過(guò)對(duì)每一個(gè)橫斷面薄片進(jìn)行觀(guān)察來(lái)完成對(duì)膠凝材料的追蹤,使得各個(gè)方向的膠凝材料分枝都能夠被追蹤到,所得到的結(jié)果用膠凝材料連續(xù)性指數(shù)來(lái)表示,這個(gè)指數(shù)可以表征膠凝材料是否徑向(水平)相通或豎向相通,以及從中央橫斷面連續(xù)傳播的方向。 混凝土斷裂過(guò)程的細(xì)觀(guān)力學(xué)模型最具典型的有格構(gòu)模型(Latticemodel)、隨機(jī)粒子模型(Randomparticlemodel)、MohamedAR等提出的細(xì)觀(guān)模型、隨機(jī)骨料模型(Randomaggregatemodel)及唐春安等人提出的隨機(jī)力學(xué)特性模型等。(5)其他應(yīng)用混凝土細(xì)觀(guān)層次界面初始缺陷的初步判斷混凝土材料的破壞開(kāi)始于其結(jié)構(gòu)在加載前就有的內(nèi)部不可