[發(fā)明專利]基于圖像處理的透水混凝土集料粒徑測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611114431.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106596358A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張炯;李莉;馬國(guó)棟;明瑞平;崔新壯;王忠嘯;崔社強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/02
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 黃海麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于圖像處理的透水混凝土集料粒徑測(cè)量方法。

背景技術(shù)

與普通混凝土相比，透水混凝土具有透氣、透水、吸聲降噪、凈化水體、改善地表土壤的生態(tài)環(huán)境、緩解地表徑流和城市熱島效應(yīng)等優(yōu)良的使用性能。因此，在可持續(xù)發(fā)展與維護(hù)生態(tài)平衡等思想的指導(dǎo)下，歐美、日韓等一些發(fā)達(dá)國(guó)家在50多年前就開(kāi)始研究和應(yīng)用透水混凝土。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)透水混凝土的研究和應(yīng)用越來(lái)越廣泛。透水混凝土，又稱多孔混凝土，是由粗骨料、水和水泥等組成，采用粗骨料作為骨架，粗骨料的粒徑大小以及不均勻系數(shù)對(duì)透水混凝土的滲透性能有著重要的影響。

常用的顆粒粒徑的測(cè)量方法是篩分法。通過(guò)篩分試驗(yàn)，可以得到顆粒粒徑分布，通過(guò)使用體積、面積或者顆粒數(shù)量分析得到級(jí)配曲線。傳統(tǒng)的篩分法測(cè)量準(zhǔn)確性較差、工作量大，并且由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《建筑用砂》(GB/T14684-2011)規(guī)定的篩分孔徑大小包括0.15，0.3，0.6，1.18，2.36，4.75和9.5mm，沒(méi)有4.75和9.5毫米之間的孔徑，而透水混凝土試件試驗(yàn)中常用的是4.75～9.5mm的石灰?guī)r碎石，只通過(guò)篩分試驗(yàn)無(wú)法得到集料-堵塞材料尺寸比，因此無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

現(xiàn)有技術(shù)往往都沒(méi)有考慮水化產(chǎn)物引起的集料體積膨脹率，造成測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種基于圖像處理的透水混凝土集料粒徑測(cè)量方法，它具有操作簡(jiǎn)單，處理方便，而且最終結(jié)果穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于圖像處理的透水混凝土集料粒徑測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟(1)：選取設(shè)定數(shù)量的透水混凝土集料放置在白紙上，保證集料顆粒間不發(fā)生重疊，放置一把有刻度的直尺，所述直尺作為標(biāo)尺用于在圖像處理過(guò)程中像素值與距離值的轉(zhuǎn)換；

步驟(2)：采用像素不低于300萬(wàn)的數(shù)碼相機(jī)，拍攝正方形區(qū)域，獲得數(shù)碼相片；

步驟(3)：利用ImageJ圖像處理軟件對(duì)步驟(2)的數(shù)碼相片進(jìn)行處理，通過(guò)相片中直尺上的毫米距離值與像素值之間的關(guān)系，完成像素值與毫米距離值的轉(zhuǎn)換；

步驟(4)：將步驟(3)獲得的相片進(jìn)行黑白化處理；

步驟(5)：利用ImageJ圖像處理軟件輸出每個(gè)顆粒粒徑面積，將集料顆粒假設(shè)為圓，計(jì)算出粒徑大小；

步驟(6)：重復(fù)步驟(1)-(5)計(jì)算出不同拍攝角度下每個(gè)集料顆粒粒徑的大小，對(duì)不同拍攝角度下每個(gè)集料顆粒粒徑求平均，獲得透水混凝土第i個(gè)集料顆粒的初始粒徑d_i0；

步驟(7)：先計(jì)算水化產(chǎn)物引起的集料體積膨脹率，利用集料體積膨脹率計(jì)算集料直徑擴(kuò)大率，通過(guò)集料直徑擴(kuò)大率進(jìn)一步計(jì)算得到集料等效粒徑，從而完成對(duì)透水混凝土第i個(gè)集料顆粒的初始粒徑d_i0進(jìn)行修正，最終得到第i個(gè)集料顆粒的等效粒徑D_i。

所述水化產(chǎn)物引起的集料體積膨脹率的計(jì)算過(guò)程為：

式中：R_V為體積膨脹率，如果集料上沒(méi)有水化產(chǎn)物覆蓋層，則R_V取1；V_a為每立方米透水混凝土中集料的體積；m_a為每立方米透水混凝土中集料的質(zhì)量；ρ_a為集料的密度；P為透水混凝土的孔隙率。

所述集料直徑擴(kuò)大率的計(jì)算過(guò)程為：

R_d集料直徑擴(kuò)大率。

所述集料等效粒徑的計(jì)算過(guò)程為：

D_i＝R_d*d_i0(3)。

本發(fā)明的有益效果：

1隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，圖像分析技術(shù)在材料領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注，圖像分析技術(shù)也在多孔混凝土內(nèi)部孔隙特征研究中得到了應(yīng)用，但是當(dāng)前國(guó)內(nèi)利用圖像處理技術(shù)分析透水混凝土集料級(jí)配對(duì)透水混凝土堵塞的影響研究甚少。

鑒于此，本專利提出采用圖像處理技術(shù)來(lái)分析集料的最大、最小粒徑以及粒徑大小，同時(shí)本專利創(chuàng)新性的考慮集料(碎石)被水泥水化產(chǎn)物覆蓋，固體顆粒尺寸有所“增加”，對(duì)透水混凝土中固體顆粒(有水化產(chǎn)物覆蓋層的集料)的等效特征尺寸進(jìn)行修正，計(jì)算集料-堵塞材料尺寸比。

2通過(guò)篩分試驗(yàn)無(wú)法得到集料-堵塞材料尺寸比，故而需要借助圖像分析處理技術(shù)，相比于篩分試驗(yàn)得到的級(jí)配曲線，圖像處理可以很好的并且準(zhǔn)確得到連續(xù)的級(jí)配曲線，幫助進(jìn)一步研究顆粒級(jí)配對(duì)透水混凝土孔隙堵塞的研究。