一种通过图像分析评价混凝土稳定性的方法与流程

本发明涉及混凝土材料性能的评价方法领域，具体涉及一种通过图像分析评价混凝土稳定性的方法。
背景技术：
：混凝土是土木工程领域最主要的材料之一，因为其生产成本低廉、原材料来源广泛，具有良好的工作性能以及耐久性能，在土工民建、交通基础设施建设、海洋工程等领域中具有广泛的应用。但混凝土在实际施工中会出现离析这样的稳定性问题，混凝土稳定性受到破坏，造成离析，对于混凝土的工作性能以及耐久性都有很大的影响。在新拌状态下，较差的稳定性会导致混凝土的变形能力差，遇到钢筋等结构容易受到阻塞，泵送过程中发生堵管。硬化之后，离析程度较高的混凝土造成更高的干缩开裂风险，破坏结构的完整性，同时造成混凝土的抗压强度不均匀。用于直接评价混凝土稳定性的方法很少，特别是经过振捣后混凝土稳定性的评价方法。目前，国内外常用的评价混凝土稳定性的方法是坍落扩展度法、筛洗法和圆柱筒法，但这些方法不能反应混凝土经过振捣后内部骨料的分布情况。虽然现有的图像分析法在一定程度上可以反应骨料的分布情况，但是不能反应真实的骨料粒径分布，存在明显不足。技术实现要素：本发明的主要目的在于，提供一种通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，所要解决的技术问题是克服了传统图像分析法不能真实反应骨料粒径的缺点，可准确、全面、可靠地评价混凝土离析程度以及骨料粒径的分布情况。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，包括：s1、配制等效混凝土：将待测混凝土中的骨料按照粒径大小进行分段，用不同颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中不同粒径段的骨料，即用同一种颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中同一个粒径段的骨料，且所述同一种颜色的天然骨料的粒径大小处于所述待测混凝土中被等量取代的同一个粒径段的骨料的粒径段范围以内；s2、制备等效混凝土试样：对所述等效混凝土进行拌合，将其竖直浇筑到竖直放置的长条形模具中，施加指定时长的振捣或不振捣，静置，成型，得到长条形的等效混凝土试样，对所述等效混凝土试样进行标准养护7-28天；s3、对所述等效混凝土试样进行图像分析：s31、将所述等效混凝土试样沿浇筑方向剖开，采集剖面图像；s32、设置指定的阙值，对所述剖面图像进行分割，得到不同颜色的天然骨料的二进制图像和浆体的二进制图像；s33、将所述不同颜色的天然骨料的二进制图像沿浇筑方向从一端到另一端分成n等份，其中，n为5-15的整数，计算每等份中各种颜色的天然骨料在该等份中的面积比例，得到各种颜色的天然骨料沿浇筑方向的分离指数；并根据所述分离指数评价所述等效混凝土试样的稳定性。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中在步骤s2中，所述长条形模具为长径比为4-7的柱状模具。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中在步骤s2中，所述标准养护的条件为：在温度为20±3℃、相对湿度在90％以上的环境中养护7-28天。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中在步骤s2中，所述等效混凝土试样的个数为m，其中，m为大于或等于1的整数。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中在步骤s31中，将所述等效混凝土试样沿浇铸方向的中轴面剖开，并对剖面的平整度进行处理。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中在步骤s32中，设置指定的阙值，对所述剖面图像进行分割，使各种颜色的天然骨料的图像与浆体的图像精确分离。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中步骤s32还包括：根据各种颜色的天然骨料的二进制图像，计算各种颜色的天然骨料的质心坐标和/或取向信息。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中在步骤s33中，所述各种颜色的天然骨料沿浇筑方向的分离指数由式(1)计算得到：式(1)中，si为各种颜色的天然骨料沿浇筑方向的分离指数，pi为n等份的第i份中各种颜色的天然骨料在第i份中的面积比例,为n等份中pi的平均值。优选的，前述的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，其中分离指数si的数值越大，表示各种颜色的天然骨料在等效混凝土试样中的离析程度越高，稳定性就越差。借由上述技术方案，本发明提出的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法至少具有下列优点：1、本发明采用不同颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中不同粒径段的骨料，将其制成等效混凝土试样，再通过分析等效混凝土试样的剖面图的二进制图像来计算分离指数，并根据所述分离指数评价所述等效混凝土试样的稳定性。本发明以混凝土试块剖面不同粒径的有色骨料分布情况为依据，克服了传统图像分析法不能真实反应骨料粒径的缺点，能够全面准确地对不同粒径骨料的分布以及混凝土的稳定性情况进行有效的评价，本发明操作简单，图像直观。2、本发明采用不同颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中不同粒径段的骨料，由于用同一种颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中同一个粒径段的骨料，且所述同一种颜色的天然骨料的粒径大小处于所述待测混凝土中被等量取代的同一个粒径段的骨料的粒径段范围以内，因此，可以将含有不同颜色的天然骨料的等效混凝土视同为含有不同粒径段的骨料的待测混凝土，等效混凝土中不同颜色的天然骨料的分离指数也可作为待测混凝土中不同粒径段的骨料的分离指数，用于评价待测混凝土的稳定性。分离指数的数值越大，表示混凝土的离析程度越高，稳定性越差。3、本发明通过图像分析可直观地展示不同粒径骨料的分布情况，通过进一步的计算，可得到各种颜色的天然骨料沿浇筑方向的分离指数si，分离指数si的数值越大，表示各种颜色的天然骨料在等效混凝土试样中的离析程度越高，稳定性就越差。本发明可准确、全面、可靠地评价混凝土离析程度以及混凝土的稳定性情况。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本发明一个实施例中不同颜色的天然骨料对应不同粒径段的骨料的示意图；图2为本发明一个实施例的等效混凝土试样的剖面结构示意图；图3为本发明实施例的b组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料分布的二进制图像；图4为b组等效混凝土试样中16-20mm段黑色矿石骨料分布的二进制图像；图5为b组等效混凝土试样中10-16mm段黄色矿石骨料分布的二进制图像；图6为b组等效混凝土试样中8-10mm段红色矿石骨料分布的二进制图像；图7为b组等效混凝土试样中5-8mm段青色矿石骨料分布的二进制图像；图8为b组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料沿浇筑方向的比例分布图；图9为c组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料沿浇筑方向的比例分布图；图10为d组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料沿浇筑方向的比例分布图；图11为e组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料沿浇筑方向的比例分布图；图12为f组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料沿浇筑方向的比例分布图；图13为c组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料的位置分布图；图14为e组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料的位置分布图。具体实施方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的通过图像分析评价混凝土稳定性的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，包括以下步骤：s1、配制等效混凝土：将待测混凝土中的骨料按照粒径大小进行分段，用不同颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中不同粒径段的骨料，即用同一种颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中同一个粒径段的骨料，且所述同一种颜色的天然骨料的粒径大小处于所述待测混凝土中被等量取代的同一个粒径段的骨料的粒径段范围以内；具体的，确定待测混凝土中骨料的粒径范围，将所述粒径范围进行分段，得到不同粒径段的骨料；进一步的，按照骨料的粒径范围的大小进行分段，如果粒径范围较小，可以分成较少的段数或每段的跨度较小；如果粒径范围较大，可以分成较多的段数或每段的跨度较大。以5-20mm的粒径范围为例，可以分成5-8mm、8-12mm、12-15mm和15-20mm四段。以5-30mm的粒径范围为例，可以分成5-10mm、10-15mm、15-20mm、20-25mm和25-30mm五段。为了更直观的表示不同粒径段的骨料，也是为了后期根据图像进行评价的需要，选取不同颜色的天然骨料来等量取代所述不同粒径段的骨料。如图1所示，选择5-8mm粒径的青色矿石1替代5-8mm粒径的待测骨料；选择8-12mm粒径的红色矿石2替代8-12mm粒径的待测骨料；选择12-15mm粒径的黄色矿石3替代12-15mm粒径的待测骨料；选择15-20mm粒径的黑色矿石4替代15-20mm粒径的待测骨料。为了更准确的反映待测混凝土样品中的骨料粒径分布情况，需要严格按照待测混凝土样品中的骨料的粒径分布进行配料。s2、制备等效混凝土试样：对所述等效混凝土进行拌合，将其竖直浇筑到竖直放置的长条形模具中，施加指定时长的振捣或不振捣，静置，成型，得到长条形的等效混凝土试样，对所述等效混凝土试样进行标准养护7-28天；具体的，将所述不同颜色的天然骨料按照待测混凝土的骨料级配进行拌合。首先，需要尽可能真实的反映不同粒径的骨料在待测混凝土的分布，因此，要严格按照待测混凝土中骨料级配和浆体的比例来配置；其次，为了更准确的得到不同粒径的骨料在混凝土的分布，将其浇筑到竖直放置的长条形模具中成型，由于长条形模具是竖直放置的，因此，混凝土是沿竖直方向浇筑，且，混凝土的自由高度不宜超过2m，这样骨料会在自然重力的作用下，自由分布，避免其它因素的干扰，提高准确性。进一步的，所述长条形模具为长径比为4-7的柱状模具。优选的，所述长条形模具为长径比为5。需要说明的是，此处的长径比是指模具的长度与模具横截面图形的外接圆直径(或模具横截面图形中的最大尺寸)的比值。为了后期的图像处理，竖直放置的长条形模具需要具有足够的高度，可以根据骨料的最大粒径来确定等效混凝土试样的剖面图像的高度和宽度，而剖面图像的高度和宽度由模具的尺寸决定，且，模具的长度要大于等于剖面图像的高度，模具横截面图形的外接圆直径要大于等于剖面图像的宽度。优选的，剖面图像的高度为骨料的最大粒径的15-30倍，剖面图像的宽度是最大粒径的5-10倍，例如，当骨料的最大粒径为20mm时，剖面图像的高度可选300-600mm，宽度可选100-200nm，此时，就可以根据剖面图像数据选择合适的模具尺寸。更进一步的，当骨料的最大粒径为20mm时，模具横截面图形的外接圆的直径为100mm，模具长度为500mm，此时，模具的长径比为5。更进一步的，所述长条形模具为柱状模具，包括圆柱和棱柱，棱柱优选三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱，例如：80mm×100mm×500mm的pvc方管。施加指定时长的振捣或不振捣是指：有些混凝土本身不需要振捣，根据待测混凝土要求来决定。比如，原待测样品本身振捣15s，使用本方法，也振捣15s，本身待测样品不振捣，那么，使用有色骨料等量取代后，也不振捣。将等效混凝土浇筑入模后，可以根据需求施加一定时长的振捣，使混凝体更紧实，以等效混凝土不再显著下沉，不出现气泡，开始泛浆时为准，振捣时间不宜过久，太久会出现砂与水泥浆分离，石子下沉，并在混凝土表面形成砂层，影响混凝土质量。因此，不同的等效混凝土对应不同的振捣要求，根据需要来设定是否振捣，及振捣的时长。采用标准养护的混凝土试块，应在温度20±5度的环境中静置1-2昼夜，拆模后立即放入标准养护室进行养护。按照标准养护的条件来养护浇筑成型的混凝土。s3、对所述等效混凝土试样进行图像分析：s31、将所述等效混凝土试样沿浇筑方向剖开，采集剖面图像；具体的，使用切割机沿浇铸方向剖开等效混凝土试样，并使用数码相机或其他图像采集所述等效混凝土试样的剖面图像。在这个过程中，要保证图像的清晰准确不失真。当等效混凝土试样竖直放置时，沿竖直方向切割，放倒后就按照水平方向切割，两者的结果是相同的。如图2所示，a方向为等效混凝土试样的浇铸方向，沿a方向在a1a1’b1b1’处剖开等效混凝土试样，当然也可以沿a方向相反的方向剖开等效混凝土试样，两者的结果是相同的。将等效混凝土试样分成两个试块，两个试块的大小可以相同，也可以不同。即l1和l2的大小可相等，也可不相等。s32、设置指定的阙值，对所述剖面图像进行分割，得到不同颜色的天然骨料的二进制图像和浆体的二进制图像；具体的，使用专业的图像分析软件imageproplus对剖面图像进行处理与分析：使用imageproplus软件设置指定的阙值对剖面图像进行分割。图像阈值分割是一种广泛应用的分割技术，利用图像中要提取的目标区域与其背景在灰度特性上的差异，把图像看作具有不同灰度级的两类区域(目标区域和背景区域)的组合，选取一个比较合理的阈值，以确定图像中每个像素点应该属于目标区域还是背景区域，从而产生相应的二值图像。指定的阈值是指：选取一个比较合理的阈值，保证不同颜色的天然骨料与浆体能精确分离，以得到全部的天然骨料、不同颜色的天然骨料、浆体的二进制图像。因此，不同骨料与浆体的图像就对应不同的阈值，要根据的图像需要来设定。阈值与颜色有关系，不同的颜色、颜色的深浅等都会对阈值产生影响。进一步的，使用imageproplus软件中的measure工具，选择测量项目对分离图像进行计算分析。s33、将所述不同颜色的天然骨料的二进制图像沿浇筑方向从一端到另一端分成n等份，其中，n为5-15的整数，计算每等份中各种颜色的天然骨料在该等份中的面积比例，得到各种颜色的天然骨料沿浇筑方向的分离指数；并根据所述分离指数评价所述等效混凝土试样的稳定性。具体的，将不同颜色的天然骨料的二进制图像沿浇筑方向进行等分时，要满足每等份的高度不小于骨料的最大粒径，优选的，每等份的高度为骨料的最大粒径的3-10倍。如图2所示，在a方向从一端到另一端将等效混凝土试样的剖面图像分成n等份，定义沿浇筑方向的高度为h，分成n等份后，分别为h1、h2、h3、h4、……hn。进一步的，通过计算每等份中不同颜色骨料在该等份中的面积比例，得到不同粒径骨料沿着浇筑的垂直方向的分布情况。进行图像分析有两个目的：一是得到si值，评价混凝土的稳定性；二是得到不同粒径骨料的分布情况。本发明实施例采用不同颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中不同粒径段的骨料，将其制成等效混凝土试样，再通过分析等效混凝土试样的剖面图的二进制图像来计算分离指数，并根据所述分离指数评价所述等效混凝土试样的稳定性。作为优选实施例，在步骤s2中，所述长条形模具的形状为长径比为5-15的圆柱或长高比为5-15的四棱柱。作为优选实施例，在步骤s2中，所述标准养护的条件为：在温度为20±3℃、相对湿度在90％以上的环境中养护7-28天。作为优选实施例，在步骤s2中，所述等效混凝土试样的个数为m，其中，m为大于或等于1的整数。具体的，为了评价的准确度，可以浇筑多个等效混凝土试样，后续分别对多个等效混凝土试样进行图像分析及计算，然后取平均值，以提高精确度。作为优选实施例，在步骤s31中，将所述等效混凝土试样沿浇铸方向的中轴面剖开，并对剖面的平整度进行处理。进一步的，当等效混凝土试样的尺寸为80mm×100mm×500mm时，沿浇铸方向的中轴面剖开，得到40mm×100mm×500mm两条半矩形。作为优选实施例，在步骤s32中，设置指定的阙值，对所述剖面图像进行分割，使各种颜色的天然骨料的图像与浆体的图像精确分离。作为优选实施例，步骤s32还包括：根据各种颜色的天然骨料的二进制图像，计算各种颜色的天然骨料的质心坐标和/或取向信息。具体的，计算各种颜色的天然骨料的质心坐标和/或取向信息，得到不同粒径的天然骨料沿浇筑方向的分布信息。作为优选实施例，在步骤s33中，所述各种颜色的天然骨料的分离指数由式(1)计算得到：式(1)中，si为各种颜色的天然骨料的分离指数，pi为n等份的第i份中各种颜色的天然骨料在第i份中的面积比例，为n等份中pi的平均值。进一步的，根据公式(1)既可以得到每一种颜色的天然骨料的分离指数，又可以得到总的天然骨料的分离指数。更进一步的，根据公式(1)既可以得到每一种颜色的天然骨料沿浇筑方向的分离指数，又可以得到总的天然骨料沿浇筑方向的分离指数。因此，既能够反映每一种颜色对应粒径的骨料的分离指数，也可以得到总粒径的骨料的分离指数。作为优选实施例，分离指数si的数值越大，表示各种颜色的天然骨料在等效混凝土试样中的离析程度越高，稳定性就越差。本发明的方法除了能够评价混凝土的稳定性，当稳定性差时，还能够给出配方上的启示，以提高其稳定性。如果某一粒径段的骨料si值非常大，说明这段骨料特别不稳定，如果希望避免，可以适当调整骨料的级配。一般是粒径越大的骨料，越容易发生分离。按照目前的一些结果来看，在实际工程中，确实有减少大粒径骨料使用，避免混凝土出现稳定性问题的措施。本发明实施例中，采用不同颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中不同粒径段的骨料，由于用同一种颜色的天然骨料等量取代所述待测混凝土中同一个粒径段的骨料，且所述同一种颜色的天然骨料的粒径大小处于所述待测混凝土中被等量取代的同一个粒径段的骨料的粒径段范围以内，因此，可以将含有不同颜色的天然骨料的等效混凝土视同为含有不同粒径段的骨料的待测混凝土，等效混凝土中不同颜色的天然骨料的分离指数也可作为待测混凝土中不同粒径段的骨料的分离指数，用于评价待测混凝土的稳定性。分离指数的数值越大，表示混凝土的离析程度越高，稳定性越差。本发明通过图像分析可直观地展示不同粒径骨料的分布情况，通过进一步的计算，可得到不同粒径骨料沿浇筑方向的分离指数si，分离指数si的数值越大，表示不同粒径骨料在等效混凝土试样中的离析程度越高，稳定性就越差。本发明可准确、全面、可靠地评价混凝土离析程度以及混凝土的稳定性情况。下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。实施例本实施例提供了一种通过图像分析评价混凝土稳定性的方法，具体包括以下步骤：(1)选取五种不同骨料级配的混凝土b-f，其配合比列在表1中；按照表1中的配合比，分别配制混凝土b-f的骨料；其中，如图1所示，用5-8mm粒径的青色矿石1替代5-8mm粒径的待测骨料；用8-12mm粒径的红色矿石2替代8-12mm粒径的待测骨料；用12-15mm粒径的黄色矿石3替代12-15mm粒径的待测骨料；用15-20mm粒径的黑色矿石4替代15-20mm粒径的待测骨料；(2)按照表1中的配合比，分别对混凝土b-f的原料进行拌合，并将其分别沿竖直方向浇筑到竖直放置的10mm×10mm×40mm的pvc方管中，得到b-f柱状混凝土试件，共5组，每组3条，然后分别施加30s的振捣；(3)将浇筑成型的混凝土试件连同pvc方管一同置于养护室，标准养护21天；(4)将成型的混凝土试件竖直放置，使用锯石切割机将其沿竖直方向的中轴面剖开，将剖面进行打磨剖光处理，每组得到5mm×10mm×40mm的半矩形试块6条；(5)使用数码相机分别拍摄试块矩形剖面，得到数字图像，在这个过程中保证图像的清晰准确不失真；(6)使用专业的图像分析软件imageproplus对试件图像进行处理与分析：使用imageproplus软件中的segmentation工具，设置相应的阙值范围对彩色图像进行分割，分别获得黑色骨料、黄色骨料、红色骨料和青色骨料以及浆体的二进制图像，如图4-7所示，为b组混凝土试件中不同颜色的天然骨料分布的二进制图像，在这个过程中，保证不同颜色的天然骨料与浆体精确分离，经过组合可以得到全部天然骨料的二进制图像，如图3所示，为b组混凝土试件中全部天然骨料分布的二进制图像；(7)使用imageproplus软件中的measure工具，选择测量项目分别对混凝土b-f分离的二进制图像进行分析；将青色天然骨料、红色天然骨料、黄色天然骨料、黑色天然骨料的二进制图像沿着浇筑的垂直方向分成8等份；通过计算每等份中不同颜色的天然骨料在该等份中的面积比例，分别得到混凝土b-f中不同粒径的天然骨料沿浇筑方向的分布比例，如图8-12所示；(8)使用imageproplus软件中的measure工具，选择相应的测量项目，以青色骨料、红色骨料、黄色骨料、黑色骨料的二进制图像为对象，可以得到不同颜色的天然骨料的质心坐标，取向等信息，得到不同颜色的天然骨料的分布信息，如图13和图14所示，图13为c组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料的位置分布图；图14为e组等效混凝土试样中不同颜色的天然骨料的位置分布图；(9)对b-f五组混凝土分别进行稳定性评，分别将8等份的青色骨料、红色骨料、黄色骨料、黑色骨料的二进制图像按照公式(1)计算每等份的si值；式(1)中，si为各种颜色的天然骨料的分离指数，pi为n等份的第i份中各种颜色的天然骨料在第i份中的面积比例，为n等份中pi的平均值。经计算，分别得到b-f组混凝土的分离指数si，见表2。表1五种不同骨料级配的混凝土b-f的配合比(kg/m3)表2si稳定性指数项目bcdef稳定性指数si6.910.719.911.213.0从表2中可以看出，b组混凝土稳定性最好，d组混凝土稳定性最差。说明si的数值越大，表示混凝土的离析程度越高，稳定性越差。从以上实施例可知本发明通过图像分析评价混凝土稳定性的方法更为精确直观，研究层次更广且趋于定量化，能够对不同粒径骨料的分布加以区分，对于理论研究和实际应用都有十分广阔的前景。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12