一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法技术

本发明专利技术属于土木工程材料参数测量技术领域，具体涉及一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法，工艺过程包括试块预处理、图像获取以及参数获取和分析三个步骤，经过多次试验确认，通过自主研发的主体结构包括框体、剪式加压器、凹槽和自动平衡云台的混凝土试块加压装置，采用对压力做出显色反应的超级低压感压纸和自制的混凝土试块加压装置获得最佳效果的多孔混凝土孔结构平面图像，实现快速得出多孔混凝土孔结构参数的目的，具有精度高、效率高、要求低、便于使用、测量成本低和成像速度快的功效；其原理科学可靠，具有准确度和效率高以及成本低的优势，能够准确地识别出孔隙结构，同样适用于其它平面上孔的分析和统计。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法
：本专利技术属于土木工程材料参数测量
，涉及一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法，将基于感压纸获取的多孔混凝土孔结构平面图像导入图像分析软件进行多孔混凝土孔结构参数的分析和统计。
技术介绍
：多孔混凝土又称无砂大孔混凝土，是不含细集料(砂)的混凝土，由水泥、粗集料和水按照一定的比例拌合而成，其结构特征是粗骨料作为骨架，水泥、水和外加剂的混合体作为胶凝材料包裹在粗骨料外围，形成骨架—孔隙结构。由于不使用细集料(砂)，故其中存在大量较大的孔洞，孔洞的大小一般与粗集料的粒径大致相等，由于孔洞的存在，使无砂大孔混凝土的物理力学特性与普通混凝土相差很大，具有透水性好，自重小，吸声，隔热等特点，广泛应用在透水路面材料、植被生长基材和河堤等多个方面。孔结构是多孔混凝土的重要参数，直接影响到多孔混凝土的透水、透气及其它各种功能。以往的多孔材料研究时，一般多假定孔隙具有各向同性特点，即不失一般性地以多孔混凝土表面(或切削出的表面)孔隙图像特征的研究结果代表整个多孔材料孔隙特征，所以，所获取孔隙平面图像的质量及准确性直接影响孔隙参数的分析结果。孔隙平面图像的精确获取是进行孔隙参数分析的重要前提。在现有技术中，获取多孔混凝土孔结构平面图像的方法主要包括以下几种：一、拓印法。主要步骤为：1、在试件测试表面涂抹有色汁液；2、取普通纸张按压在涂抹有色汁液试件的表面；3、一段时间后取下纸张即得到多孔混凝土的拓印图像；4、进行拓印图像分析，获得孔结构参数。拓印法实施工艺较简单，但存在以下几个缺点：1、在按压过程中，按压力量必须保证适宜，过大或者过小都会导致得到的拓印图像不准确；2、拓印过程中，色汁的用量不易控制。由于纸张接触有色汁液后容易产生破洞，进而导致拓印失败；3、实际使用过程中的精度较低，且操作步骤繁琐，不利于控制拓印图像的质量。二、CT扫描法。以中国专利201310408977.2公开的一种基于CT技术的多孔混凝土孔结构表征方法为例，其包括以下具体步骤：(1)利用φ110mm×150mm的PVC管制备多孔混凝土试件，养护至规定龄期后脱模；(2)采用CT扫描仪获取多孔混凝土的二维断层图像；(3)通过计算机对图像进行黑白二值化处理得到清晰的孔隙分布图，其中黑色代表孔隙，白色代表骨料,然后利用图像处理软件分别算出黑色区域的面积，得到多孔混凝土的平面孔隙率；(4)将黑色区域转化为若干个等面积的圆，取其直径作为孔径大小代表值。可以看出，CT扫描法虽然能够较为迅速地获得试件剖面图像并进行孔隙特征分析，但存在以下缺点：1、费用较高，由于CT设备价格较高，进行CT扫描的费用也较高；2、二维DICOM格式图像是根据密度计算的重建图像，且是扫描层厚度范围的密度平均值，与实际孔结构有较大误差。三、图像分析法。以中国专利200810218446.6公开的一种多孔混凝土表面孔径的测定方法为例，其包括以下具体步骤：(1)多孔混凝土表面设置标尺，采用数码照相或摄像机的CCD成像技术获取附标尺的多孔混凝土的数字图像；(2)将拍摄的图片用图像分析软件进行灰度处理，得到黑白二值化图像后计算等效孔径；(3)对获得的孔径数据进行过滤处理，对直径<1.0mm的微孔数据一律舍弃；(4)将经过滤处理后获得的表面孔径数据导入统计分析软件中，获得该种规格的表面等效孔径的频数分布与正态曲线图，由此计算平均孔径。可以看出，图像分析法的主要缺点为：1、由于混凝土的胶凝材料、骨料与孔隙色彩等较为接近，因此在对图像进行二值化处理，分割孔隙区域时的效果较差，达不到对孔隙的准确分割；2、为了进行二值化图像分割，需要进行对比度增强、滤波去噪等一系列预处理步骤，使得分析步骤较为繁琐，对图像处理技术要求较高。由于目前多孔混凝土孔结构平面图像获取方面存在的弊端，因此，研发一种基于感压纸获取的多孔混凝土孔结构平面图像进行多孔混凝土孔结构参数的分析和统计的方法，用于分析和研究多孔混凝土的细观结构，具有社会价值和经济效益。感压纸是能够精确的测量压力、压力分布和压力平衡的神奇胶片，开创了压力测量的新纪元，感压纸按其显色方式可分为单片型和多片型，感压纸的工作原理为：对感压纸施加压力，当压力超过其所承受范围时，感压纸内部微囊破裂，其中的生色物质与显色物质相互反应，并在感压纸上显色，感压纸根据受压敏感度分为超级低压(LLLW)、超低压(LLW)、低压(LW)、中压(MS)、高压(HS)和超高压(HHS)等等级。感压纸目前在工业领域得到了广泛的应用，如：1、检测汽车刹车片。具体检验方法为在刹车片、摩擦片和驱动系统间放入感压纸，运转刹车，运转后取出感压纸，观看其颜色分布，就可以判断其受力分布。2、碰撞实验。具体检验方法为在碰撞的两物体上分别贴上感压纸，碰撞实验后，观察感压纸颜色，就能较好的判断碰撞试验中的受力分布。3、测定包装的密封性。在包装的密封口放入感压纸，充分结合后按规定大小施压，然后取出感压纸观看其颜色分布，就可以判断其密封性。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有多孔混凝土孔结构参数测量技术存在的不足，提供一种基于感压纸获取多孔混凝土孔结构平面图像，并根据多孔混凝土孔结构平面图像分析和统计多孔混凝土孔结构参数的方法。为了实现上述目的，本专利技术涉及的多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法的具体工艺过程包括试块预处理、图像获取以及参数获取和分析三个步骤：(1)试块预处理：用切割机切削多孔混凝土试块，或用打磨机打磨多孔混凝土试块，得到平整的多孔混凝土试块测试面，对测试面进行清扫使测试面干净无杂物，将多孔混凝土试块放置于混凝土试块加压装置的云台上，并使测试面朝上，云台通过自动倾斜的调整方式使试块的上表面处于同一水平面，完成试块的预处理；(2)图像获取：根据测试面的尺寸裁剪感压纸，并保证感压纸的边界齐平，无毛边，将裁剪好的感压纸中的生色感压纸粘贴在测试面上，粘贴时将生色感压纸的外侧与测试面的外侧粘贴，含有生色物质的表面向上，将感压纸中的显色感压纸放置在生色感压纸上，使生色感压纸与显色感压纸完全重合接触，手动或电动转动混凝土试块加压装置的摇柄，剪式加压器2下运动，加圧板对感压纸进行均匀加压5-10秒，随后逆向转动混凝土试块加压装置的摇柄卸载压力，待加圧板离开感压纸后，取出显色感压纸，放置平整，对显色感压纸进行拍摄，获得多孔混凝土试块孔结构的白色和红色双色图像，其中孔隙部分为白色，骨料与胶凝材料部分受到挤压为红色，完成多孔混凝土试块孔结构平面图像的获取；(3)参数获取和分析：将获取的多孔混凝土试块孔结构平面图像用数码相机拍摄转换为数字图像，把数字图像导入图像分析软件中，对导入的数字图像进行对比度增强，进一步增加孔隙区域与非孔隙区域的区分度，数字图像上呈粒子状分布的点为噪声，采用中值滤波的滤镜对噪声进行消除，避免噪声在数字图像分析中产生误差，增加分析和统计的准确性，对数字图像进行分析和统计，获得孔隙的质心、最大和最小等效半径、周长、面积以及数量的参数，参数的单位为像素，根据感压纸的尺寸与数字图像的实际大小，计算出图像比例尺，根据图像比例尺计算出每个参数的实际值，完成多孔混凝土试块孔结构平面图像的分析。本专利技术步骤(一)涉及的混凝土试块加压装置的主体结构包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法，其特征在于具体工艺过程包括试块预处理、图像获取以及参数获取和分析三个步骤：(1)试块预处理：用切割机切削多孔混凝土试块，或用打磨机打磨多孔混凝土试块，得到平整的多孔混凝土试块测试面，对测试面进行清扫使测试面干净无杂物，将多孔混凝土试块放置于混凝土试块加压装置的云台上，并使测试面朝上，云台通过自动倾斜的调整方式使试块的上表面处于同一水平面，完成试块的预处理；(2)图像获取：根据测试面的尺寸裁剪感压纸，并保证感压纸的边界齐平，无毛边，将裁剪好的感压纸中的生色感压纸粘贴在测试面上，粘贴时将生色感压纸的外侧与测试面的外侧粘贴，含有生色物质的表面向上，将感压纸中的显色感压纸放置在生色感压纸上，使生色感压纸与显色感压纸完全重合接触，手动或电动转动混凝土试块加压装置的摇柄，剪式加压器下运动，加圧板对感压纸进行均匀加压5‑10秒，随后逆向转动混凝土试块加压装置的摇柄卸载压力，待加圧板离开感压纸后，取出显色感压纸，放置平整，对显色感压纸进行拍摄，获得多孔混凝土试块孔结构的白色和红色双色图像，其中孔隙部分为白色，骨料与胶凝材料部分受到挤压为红色，完成多孔混凝土试块孔结构平面图像的获取；(3)参数获取和分析：将获取的多孔混凝土试块孔结构平面图像用数码相机拍摄转换为数字图像，把数字图像导入图像分析软件中，对导入的数字图像进行对比度增强，进一步增加孔隙区域与非孔隙区域的区分度，数字图像上呈粒子状分布的点为噪声，采用中值滤波的滤镜对噪声进行消除，避免噪声在数字图像分析中产生误差，增加分析和统计的准确性，对数字图像进行分析和统计，获得孔隙的质心、最大和最小等效半径、周长、面积以及数量的参数，参数的单位为像素，根据感压纸的尺寸与数字图像的实际大小，计算出图像比例尺，根据图像比例尺计算出每个参数的实际值，完成多孔混凝土试块孔结构平面图像的分析。...

【技术特征摘要】
1.一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法，其特征在于具体工艺过程包括试块预处理、图像获取以及参数获取和分析三个步骤：(1)试块预处理：用切割机切削多孔混凝土试块，或用打磨机打磨多孔混凝土试块，得到平整的多孔混凝土试块测试面，对测试面进行清扫使测试面干净无杂物，将多孔混凝土试块放置于混凝土试块加压装置的云台上，并使测试面朝上，云台通过自动倾斜的调整方式使试块的上表面处于同一水平面，完成试块的预处理；(2)图像获取：根据测试面的尺寸裁剪感压纸，并保证感压纸的边界齐平，无毛边，将裁剪好的感压纸中的生色感压纸粘贴在测试面上，粘贴时将生色感压纸的外侧与测试面的外侧粘贴，含有生色物质的表面向上，将感压纸中的显色感压纸放置在生色感压纸上，使生色感压纸与显色感压纸完全重合接触，手动或电动转动混凝土试块加压装置的摇柄，剪式加压器下运动，加圧板对感压纸进行均匀加压5-10秒，随后逆向转动混凝土试块加压装置的摇柄卸载压力，待加圧板离开感压纸后，取出显色感压纸，放置平整，对显色感压纸进行拍摄，获得多孔混凝土试块孔结构的白色和红色双色图像，其中孔隙部分为白色，骨料与胶凝材料部分受到挤压为红色，完成多孔混凝土试块孔结构平面图像的获取；(3)参数获取和分析：将获取的多孔混凝土试块孔结构平面图像用数码相机拍摄转换为数字图像，把数字图像导入图像分析软件中，对导入的数字图像进行对比度增强，进一步增加孔隙区域与非孔隙区域的区分度，数字图像上呈粒子状分布的点为噪声，采用中值滤波的滤镜对噪声进行消除，避免噪声在数字图像分析中产生误差，增加分析和统计的准确性，对数字图像进行分析和统计，获得孔隙的质心、最大和最小等效半径、周长、面积以及数量的参数，参数的单位为像素，根据感压纸的尺寸与数字图像的实际大小，计算出图像比例尺，根据图像比例尺计算出每个参数的实际值，完成多孔混凝土试块孔结构平面图像的分析。2.根据权利要求1所述的多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法，其特征在于所述步骤(一)涉及的混凝土试块加压装置的主体结构包括框体、剪式加压器、凹槽和自动平衡云台；矩形结构的框体为前后镂空的半封闭式箱体，框体的内部上部设置有剪式加压器，框体的内部底部设置有半球形结构的凹槽，凹槽中设置有自动平衡云台；剪式加压器的主体结构包括加圧板、橡胶垫、连接块、左力臂、右力臂、左套筒、右套筒、螺栓杆、固定器和摇柄；矩形板状结构的加圧板的下表面粘贴有矩形片状结构的橡胶垫，加圧板的上表面设置有矩形块状结构的连接块，连接块上...

【专利技术属性】
技术研发人员：范宏，任鹏庚，赵铁军，张鹏，王鹏刚，金祖权，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37