本发明属于混凝土再生骨料高品质加工领域，具体涉及一种混凝土再生骨料边角损失率和砂浆剥落面积的量化评价方法。
背景技术：
随着我国城市化进行的加快发展，建筑垃圾排放量逐年增长，建筑垃圾中可再生的组成比例也不断的提高。大部分的建筑垃圾没有经过任何处理，直接运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆放，这不仅浪费了土地和资源，而且污染了环境。另一方面，随着建筑业和基础设施建设对砂石材料的需求居高不下，长期的砂石原材料开采造成资源枯竭、山体滑坡、河床改道，严重破坏了自然环境。生产和再利用再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。
由废弃混凝土制备的骨料称为再生混凝土骨料，仅仅通过简单的破碎、筛分工艺制备的再生混凝土骨料颗粒棱角性多、表面粗糙、组分中还含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累计在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料自身的空隙率大、吸水率大、堆积密度小、空隙率大、压碎值指标高。这种再生骨料制备的再生混凝土用水量较大、硬化后的强度低、弹性模量低，而且抗渗性、抗冻性、抗碳化能力、收缩、徐变和抗氯离子渗透性能等均低于普通混凝土。由于废弃混凝土质量差异较大，通过简单工艺制备的再生骨料性能差异也较大，不利于再生骨料的推广应用。为了提高再生混凝土骨料的性能，须对简单破碎的低品质再生骨料进行强化处理，即通过改善颗形状和除去再生骨料表面所附着的硬化水泥砂浆，提高骨料的性能。强化后的再生骨料不仅性能显著提高，而且不同强度等级废混凝土制备的再生骨料性能差异也较小，有利于再生骨料的质量控制，便于再生混凝土的推广应用。
再生混凝土骨料的强化方法可以分为化学强化法和物理强化法，国内外专家学者曾利用化学方法对再生骨料进行强化研究，采用不同性质的材料，如聚合物、有机硅、水泥浆、水泥外掺kim粉等方式对再生骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理，使再生骨料得到强化。物理强化法是指使用机械设备对简单破碎的再生骨料进一步处理，通过骨料之间的相互撞击、磨削等机械作用除去颗粒薄弱棱角和表面粘附的水泥砂浆。再生混凝土物理强化常用的方式有：偏心装置研磨法、卧式回转研磨法、加热研磨法、磨内研磨法等。采用卧式回转研磨法可以将物料沿着一定的角速度，运动到最顶部时自由落体，竖向下落与底部物料相撞击，碰撞能量的自击与摩擦作用使得骨料薄弱的棱角或表面裹覆的弱粘附力材料剥离。
然而混凝土再生骨料在自击强化过程中薄如棱角的损失、表面裹覆砂浆的剥落状况并没有相应的评价指标和方法。针对混凝土再生骨料强化方法的优选、强化设备工作参数的设置也往往通过以上指标和工程师经验确定，没有准确、系统的优选方法，影响了再生骨料强化设备的研发设计以及混凝土再生骨料的加工品质。
截止到目前，尚没有针对混凝土再生骨料强化过程中边角损失和表面砂浆剥落情况的量化评价方法，因此该发明提出的方法有利于提高混凝土再生骨料高品质加工技术，有利于再生骨料的质量控制，便于再生混凝土的推广应用，节约自然资源、保护环境。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种再生混凝土薄弱边角损失和砂浆剥落的量化评价方法，可准确、较全面的反映混凝土再生骨料强化的效果，为混凝土再生骨料强化设备的设计、强化工艺选择、再生骨料质量控制提供量化依据，便于再生混凝土的推广应用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：
本发明的一种混凝土再生骨料边角损失率和砂浆剥落面积的量化评价方法，具体步骤如下：
步骤1：高聚物裹覆；采用高反射率的高聚物浆体(以c03-1白醇酸为主要成分的调和漆)将不同强度再生混凝土进行表面裹覆。
步骤2：骨料轮廓图像获取；采用外加无光环境罩的扫描机，在扫描板放置一层薄透光玻璃板，在玻璃板上有序摆放白色骨料颗粒，将无光环境罩加盖于扫描机之上，关闭室内光源进行扫描。挑拣出的白色颗粒有序排放在透光玻璃板之上，图像采用彩色扫描的方式，单张照片像素在1200万以上。
步骤3：去薄弱边角并再次重复步骤2；将待测骨料置入卧式回转研磨机中旋转从0、20、50、80、100转数之后将白色骨料挑拣出来备用。单次试验测试的颗粒数量在50颗以上以保证试验的代表性。
步骤4：构建形状量化评价指标；分别提出针对混凝土再生骨料薄弱边角损失率rw和表面砂浆剥落率rm，借助image-proplustm图像处理功能，编辑一系列的图像处理命令，分别计算出图像中50颗以上再生骨料rw和rm，按照从小到大的次序排列，评价物理强化前后再生混凝土薄弱边角损失和砂浆剥落面积的变化。
,基于数字图像处理技术研究形状特性强化和评价的量化评价方法，图像处理技术可以将图像中所有离散的像素点信息进行提取、分类、计算，可以计算得到的集料信息包括：周长、面积、长短轴尺寸、矩形度、椭圆度、等效直径、形状系数等。本发明采用的边角损失率rw和砂浆剥落率rm，计算方法分别见公式(1.1)和公式(1.2)。考虑到个别大粒径骨料在强化过程中可能破碎成为2个或多个小粒径集料，计算公式中仅以中间30颗集料为研究对象。
其中，
以上指标可以借助matlabtm、image-proplus图像处理软件，以image-proplus图像处理软件为例。主要处理步骤包括：①使用滤镜功能5*5重复运行三次将周围像素替换中心像素，边缘化处理，强化和完善目标边界。②对边缘强化后的集料进行边界的提取，在测量参数中过滤像素面积小于10000的区域，即消除粉尘颗粒的污染。③提取图像中单个颗粒的轮廓面积(area)，生成到电子表格中。④使用吸管功能，提取集料表面高反射率聚合物裹覆区域，生成裹覆区域的面积，全部图像采用统一的提取参数以保证对比性。
与现有技术相比，本发明可以准确、快速的量化测试混凝土再生骨料边角损失和砂浆剥落面积，有利于提高混凝土再生骨料高品质加工技术，有利于再生骨料的质量控制，便于再生混凝土的推广应用，节约自然资源、保护环境。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为再生骨料图像处理过程；
图2为50颗再生骨料在卧式旋转研磨机20转、70转、170转、370转加工工艺下中间30颗再生骨料的边角损失率分布。
图3为强度等级c20的再生混凝土在卧式旋转研磨机20转、70转、170转、370转加工工艺下边角损失率rw和砂浆剥落率rm。
图4为强度等级c30的再生混凝土在卧式旋转研磨机20转、70转、170转、370转加工工艺下边角损失率rw和砂浆剥落率rm。
图5为强度等级c40的再生混凝土在卧式旋转研磨机20转、70转、170转、370转加工工艺下边角损失率rw和砂浆剥落率rm。
以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的一个实施例，该实施例对加工后的混凝土再生骨料20～30mm粒径范围为对象进行处理。处理过程中使用的洛杉矶磨耗试验机、image-proplus图像处理软件、hptmg4010型扫描机外加自制无光环境密闭腔室。本发明不仅限使用上述卧式回转研磨机、图像处理软件、扫描机，也可选用其他具备同样功能的设备或软件来完成下列步骤。
步骤1：高聚物裹覆；
实施例中使用的卧式回转研磨机卧式为《公路工程集料试验规程》jtge42-2005中t0317-2005使用的洛杉矶磨耗试验机，圆筒内径710mm±5mm，内侧长510mm±5mm，转筒的旋转速度30r/min～33r/min，转筒的旋转次数可调。挑选50颗再生混凝土颗粒，采用高反射率的高聚物浆体进行裹覆，采用的高聚物是以c03-1白醇酸为主要成分的调和漆，颗粒细度小于15μm。将裹覆后的骨料与普通混凝土再生骨料混合到1250±25g，投入洛杉矶磨耗试验机中，设置旋转次数c1，达到旋转次数之后将白色的再生骨料挑拣出来备用。本实施例中c1、c2、c3、c4、c5分别设置为0转、20转、50转、80转、200转。
步骤2：图像获取；
在之前研究建筑垃圾再生骨料图像获取的过程中发现，集料边缘与背景的灰度差是影响轮廓界限划分的主要因素，为了增强集料边缘与背景的灰度差，在研究中使用光线反射率高、裹覆能力强、颗粒细小的高聚物对集料进行裹覆处理。经对比发现，采用该方法可显著的提高集料边缘与背景的灰度差。采用hptmg4010型扫描机外加自制无光环境密闭腔室的方式进行集料的扫描，并对所扫描的集料使用调和漆进行裹覆处理，骨料最大面接触扫描板。
步骤3：形状指标量化；
以image-proplus图像处理软件为例。主要处理步骤包括：①使用滤镜功能5*5重复运行三次将周围像素替换中心像素，边缘化处理，强化和完善目标边界。②对边缘强化后的集料进行边界的提取，在测量参数中过滤像素面积小于10000的区域，即消除粉尘颗粒的污染。③提取图像中单个颗粒的轮廓面积(area)，生成到电子表格中。④使用吸管功能，提取集料表面高反射率聚合物裹覆区域，生成裹覆区域的面积，全部图像采用统一的提取参数以保证对比性。计算方法按照公式(0.1)和公式(0.2)。
其中，
该发明得出的再生混凝土薄弱边角损失率rw和砂浆剥落率rm在再生混凝土物理强化工艺的应用实例如下：
图3、图4、图5分别是强度等级为c20、c30、c40的再生混凝土骨料边角损失率和砂浆剥落率。从再生混凝土类型的影响分析，强度高的再生混凝土c40薄弱边角剥落率仅为c20的三分之一，三种混凝土在自击强化工艺下边角强度排序顺序为：c40＞c30＞c20。
从强化工艺的影响分析，再生混凝土边角损失率与随着“自击”次数的增加而降低，增速呈现先增大后减小的趋势；再生混凝土在同一自击次数强化作用下，边角损失率分布趋于一致，斜率相近，这说明该计算方法具有稳定性，评价再生混凝土的边角损失适用性良好。
从混凝土类型的影响分析，在四种旋转次数下，强度高的再生混凝土c40表面砂浆剥落率平均是c20再生混凝土的70％；三种强度等级的再生混凝土表面裹附砂浆剥落率的排序为：c20＞c30＞c40，混凝土强度等级对表面裹附砂浆剥落率rm的影响相对较小。
从强化工艺的影响分析，表面裹附砂浆剥落率rm的增长率随着自击次数的增加呈现先增大后减小的趋势，经过70r的自击之后rm平均达到67％，而经过370r的自击后三种再生混凝土rm达到83％。
因此，综合强化工艺的改善效果和经济性，优选卧式旋转研磨机70转进行再生混凝土的强化。