基于光測法對混凝土早期塑性收縮裂縫的分析研究

張偉 宗蘭 張士萍

摘 要：該文通過混凝土早期塑形收縮裂縫的檢測方法闡述，進一步研究光測法在評價混凝土塑性收縮開裂性能中應(yīng)用的可行性。運用數(shù)字圖像處理技術(shù)對混凝土表面塑性收縮裂縫進行處理，并對處理為二值化的裂縫圖像進行分析研究，結(jié)果表明：光測法對于測試單根裂縫數(shù)值參數(shù)簡單、便捷且準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：光測法 混凝土裂縫 塑形收縮

中圖分類號：TU528 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0049-02

對于混凝土早期塑性收縮裂縫的無損檢測方法目前有很多，例如目測法、聲發(fā)射（AE）法、紅外線法和攝影法等[1]。目測法是把目測結(jié)果繪成草圖，用裂縫刻度尺，放大鏡等測量裂縫寬度，這需要大量的人力和時間，且精度不高。聲發(fā)射（AE）法可檢測出裂縫的位置、大小、擴展情況、種類和深度，但只適于正在發(fā)生的裂縫。攝影法主要用作調(diào)查混凝土表面發(fā)生的裂縫，包括用普通相機、錄像機，放射線、紅外線攝影等進行檢測。這種裂縫檢測問題不僅存在于工業(yè)建筑中，而且國防、航空航天、機械制造等許多領(lǐng)域也會不同程度地碰到類似問題[2]。

該文主要研究的光測法與攝影法相似，其基本原理是：CCD 攝像機（圖像傳感器）的芯片將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，再通過A/D（高速信號處理器）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，在計算機上獲得裂縫圖像，最后，通過不斷調(diào)整鏡頭和光源，使裂縫圖像清晰，對比度大，這樣便于后期圖像處理。

1 光測系統(tǒng)與測試方法

1.1 光測系統(tǒng)

該實驗采用的光測系統(tǒng)為二維數(shù)字散斑相關(guān)測量系統(tǒng)，它是一種基于數(shù)字圖像處理的非接觸表面變形測量技術(shù)。由高靈敏度、高分辨率、低噪聲的CCD攝像機、圖像采集系統(tǒng)（包括高速信號處理轉(zhuǎn)換器（A/D）和圖像處理卡）、計算機、光纖冷光源、二維數(shù)字散斑相關(guān)測量處理軟件等設(shè)備組成。主要技術(shù)指標(biāo)如下所示。

有效測量面積：100×140 mm2～1000×1400 mm2

系統(tǒng)分辨率：優(yōu)于0.01像素；

實時條紋顯示速度：24幀/s；

圖像采集分辨率：2352×1726；

黑白CCD攝像頭：信噪比大于56 dB，C接口；

照明系統(tǒng)：光纖冷光源150 W。

CCD圖像傳感器由光電轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，光電傳感單元的排列分為線陣排列和面陣排列兩種。圖像傳感器的工作原理是把光能量轉(zhuǎn)換為電荷，并且具有將轉(zhuǎn)換得到的電荷進行存儲的能力，以及使電荷輸出電極移動的掃描能力。

1.2 試驗方法

該實驗首先制作一塊混凝土平板試件，尺寸為600 mm×600 mm×63 mm，試件澆注、振實、抹平后，放入觀測環(huán)境，控制環(huán)境溫度（28±3 ℃）和相對濕度（50±2%），混凝土表面的溫度為35±2 ℃[3]。其次，在其表面施加人工散斑，做法是均勻涂抹一層石灰水，以增加混凝土表面的信息載體，圖3是采集的混凝土表面裂縫和相同背景下的標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖。

再次，搭建的光測系統(tǒng)如圖2所示。對所采集的圖像進行圖像處理，數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容包括圖像輸入、圖像存儲與檢索、圖像增強、圖像特征提取、圖像識別與理解和圖像輸出。圖像處理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)見圖4，其工作過程為：對象物反射的光在攝像單元被轉(zhuǎn)換成電信號（模擬信號），再由A/D轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后被存儲在圖像存儲器中，有待計算機作進一步的處理。最后，根據(jù)處理后的裂縫二值化圖像，由數(shù)字散斑相關(guān)測量處理軟件找出裂縫每一點的邊緣位置，由origin6.1應(yīng)用軟件繪出邊緣形狀，按照公式（1）計算出裂縫寬度。

2 結(jié)果處理與分析

把RGB圖像（所拍攝的裂縫照片）進行圖像增強（預(yù)處理），然后通過圖像分割技術(shù)將預(yù)處理后的圖像轉(zhuǎn)化為二值化圖像（只含黑白兩色，黑色為裂縫對象，白色為背景）。經(jīng)圖像處理后的二值化裂縫圖像見圖5，圖6為裂縫寬度圖，表1是計算的裂縫寬度結(jié)果。

3 結(jié)語

（1）光測法為分析混凝土裂縫提供了一套科學(xué)的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過光學(xué)處理將混凝土實際表面的裂縫處理成作為裂縫研究的相應(yīng)參數(shù)。

（2）光測法對于混凝土裂縫參數(shù)的測試簡單、便捷且準(zhǔn)確。

（3）不足之處是只能對單根裂縫進行測試分析，對于多根裂縫測試分析技術(shù)有待于進一步研究。

參考文獻

[1] 侯寶隆，蔣之峰.混凝土的非破損檢測[M] 北京：地震出版社，1992.

[2] Vogel H J，Hoffmann H，Roth K.Studies of crack dynamics in clay soil.I：Experimental methods，results，and morpholog2ical quantification[J].Geoderma，2005（125）：203-211.

[3] 張偉.外加劑對聚丙烯纖維增強混凝土的早期抗裂性影響[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2008（1）：129-133.