一种基于发光指示剂作为混凝土开裂显示材料、采用数字图像分析技术评估混凝土早期裂纹产生与发展的方法。此发明属于混凝土材料检测领域。
背景技术：
混凝土作为土木工程的重要材料，具有环境适用广、原料充足、工艺制作简单、防火性能好等优点，但它也是一种准脆性材料。按照常规组份和配比施工得到的混凝土浇筑后很容易在早期以及后续服役过程中产生裂缝等缺陷，严重影响混凝土耐久性。这是因为，随着混凝土强度的提高，水灰比不断降低，导致混凝土材料收缩增大；同时，材料配合比中胶凝材料用量显著增加，混凝土硬化过程中的水化升温提高，上述因素都容易引起混凝土材料开裂。
混凝土材料在终凝后就会产生微裂纹，此后不断扩展，所以对混凝土早期裂纹的评估观测就显得尤为重要。但是目前阶段，对于混凝土早期裂纹的评估观测方式方法还主要依赖于肉眼观察，基于人工查找裂纹数量、形态、大小等信息，存在较大误差。此外，对于早期裂纹微细、夜晚及光照不好的条件下无法及时发现裂纹的产生与发展情况。
为了解决常规方法对混凝土早期裂缝的产生与发展观测评估的不足，发明了基于发光指示剂作为混凝土开裂显示材料、采用数字图像分析技术准确评估混凝土早期裂纹产生与发展的方法。即通过特制的发光指示剂，按照一定的方法涂抹在混凝土表面，再按照一定的操作方式得到最终包含裂纹信息的图像，经过matlab等软件处理后可得到裂缝产生与发展的准确信息。
技术实现要素：
目前观测评估混凝土早期裂纹的产生与发展存在诸多不足，为解决上述问题，发明了一种基于发光指示剂作为混凝土开裂显示材料、采用数字图像分析技术评估混凝土早期裂纹产生与发展的方法。所述发光指示剂由基底材料和添加剂组成，其质量百分比如下：(1)基底材料：70％-80％；(2)添加剂：20％-30％。
基底材料组成及质量百分比为：苯乙烯-丙烯磷酸酯乳液(固含量12％-16％)55％-65％，水性聚胺酸二脂6％-12％，煤沥青2％-4％，乙酸4-甲氧基-2-甲基乙酯6％-14％，二甲苯烯戊氰醇2％-4％，乙苯2％-4％，水8％-12％。添加剂组成及质量百分比为：消泡剂(dsa-5)10％-16％，胶凝剂(琼脂)14％-18％，湿润剂(np-10)12％-18％，固化剂(对羟基苯磺酸)10％-14％，碳酸钙12％-16％，水滑石粉8％-16％，硫化橡胶粉8％-14％，发光材料(稀土长余辉发光材料cd2ge7o16:mn)6％-10％。
发光指示剂制备步骤如下：(1)将基底材料各组分在室温条件下按照一定的配合比例进行配置，首先加入苯乙烯-丙烯磷酸酯乳液，然后依次加入水、水性聚胺酸二脂、乙酸4-甲氧基-2-甲基乙酯、煤沥青、二甲苯烯戊氰醇、乙苯，在常温下搅拌40分钟至均匀。(2)将添加剂在室温条件下加入到已经制备好的基底材料中，添加顺序依次为：水滑石粉、湿润剂、胶凝剂、消泡剂、碳酸钙、硫化橡胶粉、固化剂、发光材料。将以上添加剂在基底材料中搅拌35分钟至均匀。
检测混凝土裂纹产生与发展的步骤为：(1)将制备完成的指示剂在室温条件下均匀涂抹于已经终凝的待测混凝土试件表面，控制涂层厚度在1-1.5mm。(2)每隔一定时间采用红外线照射器均匀照射在试件表面，同时用围板控制照度在1.5-2.0lx，拍摄混凝土表面得到含有裂纹产生与发展信息的图片(3)将图片中裂纹处理成黑暗颜色，再根据matlab提供的二值化函数，把裂纹和基体区域分开，得到裂纹产生与发展的数据信息。
与人工观察的常规方法相比，本发明具有以下优点：(1)能够准确观测到混凝土早期微裂纹的产生与发展；(2)能够在黑暗及光照条件不好的环境下准确观测到混凝土裂纹的情况；(3)能够准确定量的描述混凝土微裂纹的数量、大小及形态分布等信息。此外，实施操作相对简单明确，易于实际工程检测，具有推广价值。
具体实施方式
实施例一：
首先制备发光指示剂，其中基底材料70％，添加剂30％。基底材料的组成为：苯乙烯-丙烯磷酸酯乳液(固含量12％)60％，水12％，水性聚胺酸二脂10％，乙酸4-甲氧基-2-甲基乙酯12％，煤沥青2％，二甲苯烯戊氰醇2％，乙苯2％，；在常温下搅拌40分钟至均匀。然后依次将各种添加剂放入到基底材料中：水滑石粉12％，湿润剂(np-10)12％，胶凝剂(琼脂)16％，消泡剂(dsa-5)12％，碳酸钙14％，硫化橡胶粉14％，固化剂(对羟基苯磺酸)12％，发光材料(稀土长余辉发光材料cd2ge7o16:mn)8％；将以上添加剂在基底材料中搅拌35分钟至均匀。
制备出强度等级为c30混凝土，按照gb50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定的“早期抗裂试验”方法进行测试。试件分为两组，一组按照规范规定的方法检测，称为对照组；另外一组按照本发明提出的方法检测，称为发明组。发明组混凝土成型后表面涂抹发光指示剂，涂抹厚度1.0mm，之后24小时内以4小时(依据裂纹发展速度，4小时为最佳观察区间)为时间间隔采用红外线照射器均匀照射在试件表面，24小时内以4小时为时间间隔采用红外线照射器均匀照射在试件表面，用围板控制照度在1.5lx下拍摄混凝土表面图片，之后将图片中裂纹处理成黑暗颜色，再根据matlab提供的二值化函数，把裂纹和基体区域分开，得到裂纹产生与发展的数据信息。结果列于表1中。
表1c30混凝土裂纹检测结果对比
注：裂纹数目(条)，开裂面积(每条裂缝平均开裂面积mm2/条)
实施例二：
首先制备发光指示剂，其中基底材料75％，添加剂25％。基底材料的组成为：苯乙烯-丙烯磷酸酯乳液(固含量14％)57％，水10％，水性聚胺酸二脂12％，乙酸4-甲氧基-2-甲基乙酯12％，煤沥青4％，二甲苯烯戊氰醇3％，乙苯2％，；在常温下搅拌40分钟至均匀。然后依次将各种添加剂放入到基底材料中：水滑石粉15％，湿润剂(np-10)14％，胶凝剂(琼脂)18％，消泡剂(dsa-5)10％，碳酸钙12％，硫化橡胶粉10％，固化剂(对羟基苯磺酸)11％，发光材料(稀土长余辉发光材料cd2ge7o16:mn)10％；将以上添加剂在基底材料中搅拌35分钟至均匀。
制备出强度等级为c40混凝土，按照gb50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定的“早期抗裂试验”方法进行测试。试件分为两组，一组按照规范规定的方法检测，称为对照组；另外一组按照本发明提出的方法检测，称为发明组。发明组混凝土成型后表面涂抹发光指示剂，涂抹厚度1.25mm，之后24小时内以4小时为时间间隔采用红外线照射器均匀照射在试件表面，用围板控制照度在1.75lx下拍摄混凝土表面图片，之后将图片中裂纹处理成黑暗颜色，再根据matlab提供的二值化函数，把裂纹和基体区域分开，得到裂纹产生与发展的数据信息。结果列于表2中。
表2c40混凝土裂纹检测结果对比
注：裂纹数目(条)，开裂面积(每条裂缝平均开裂面积mm2/条)
实施例三：
首先制备发光指示剂，其中基底材料80％，添加剂20％。基底材料的组成为：苯乙烯-丙烯磷酸酯乳液(固含量16％)64％，水8％，水性聚胺酸二脂8％，乙酸4-甲氧基-2-甲基乙酯10％，煤沥青3％，二甲苯烯戊氰醇3％，乙苯4％；在常温下搅拌40分钟至均匀。然后依次将各种添加剂放入到基底材料中：水滑石粉12％，湿润剂(np-10)14％，胶凝剂(琼脂)15％，消泡剂(dsa-5)14％，碳酸钙14％，硫化橡胶粉12％，固化剂(对羟基苯磺酸)12％，发光材料(稀土长余辉发光材料cd2ge7o16:mn)7％；将以上添加剂在基底材料中搅拌35分钟至均匀。
制备出强度等级为c50混凝土，按照gb50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定的“早期抗裂试验”方法进行测试。试件分为两组，一组按照规范规定的方法检测，称为对照组；另外一组按照本发明提出的方法检测，称为发明组。发明组混凝土成型后表面涂抹发光指示剂，涂抹厚度1.5mm，之后24小时内以4小时为时间间隔采用红外线照射器均匀照射在试件表面，用围板控制照度在2.0lx下拍摄混凝土表面图片，之后将图片中裂纹处理成黑暗颜色，再根据matlab提供的二值化函数，把裂纹和基体区域分开，得到裂纹产生与发展的数据信息。结果列于表3中。
表3c50混凝土裂纹检测结果对比
注：裂纹数目(条)，开裂面积(每条裂缝平均开裂面积mm2/条)。