運(yùn)用數(shù)字技術(shù)檢測與分析再生混凝土綜合性能

張紅玲

摘 要：再生混凝土的綜合性能檢測與分析，是再生混凝土進(jìn)行工程應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在介紹再生混凝土部分主要生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，對智能化數(shù)字技術(shù)進(jìn)行再生混凝土綜合性能分析的優(yōu)點進(jìn)行了分析，同時對智能化數(shù)字技術(shù)在再生混凝土變形監(jiān)測、孔結(jié)構(gòu)特征評價、水化程度等綜合性能方面的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。結(jié)果表明，智能化數(shù)字技術(shù)具有比一般傳統(tǒng)檢測方法更高的可操作性、精度等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：智能化數(shù)字技術(shù);數(shù)字圖像處理;再生混凝土;性能分析

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）12-0112-03

Comprehensive Performance Test and Analysis of Recycled Concrete Using Digital Technology

Zhang Hongling

（Shaanxi Institute Of International Trade & commerce， Xi an 712046 ， China）

Abstract：The comprehensive performance test and analysis of recycled concrete is the basic link for the engineering application and product development of recycled concrete. On the basis of introducing partial main production process of recycled concrete， the advantages of intelligent digital technology in the comprehensive performance analysis of recycled concrete are analyzed. At the same time， the application of intelligent digital technology in the comprehensive performance of recycled concrete， such as deformation monitoring， pore structure characteristic evaluation， hydration degree and so on， is summarized. The final results show that the intelligent digital technology has higher operability and accuracy than the general traditional test methods.

Key words：Intelligent digital technology; Digital image processing; Recycled concrete; Performance analysis

0 引言

再生混凝土——一系列處理以后得到的混凝土。再生混凝土具有資源循環(huán)利用、綠色可持續(xù)等特征，是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域綠色可持續(xù)發(fā)展的重要實現(xiàn)途徑之一。對于再生混凝土而言，開展材料的綜合性能分析是再生混凝土產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用以及后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)件性能分析的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的再生混凝土性能檢測分析，多采用實驗、模擬圖像處理等方法，為得到較為理想的性能檢測結(jié)果往往需要進(jìn)行大量的對比試驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等，所得的監(jiān)測結(jié)果往往容易帶有部分主觀性缺陷，需要開發(fā)一種可操作性更強(qiáng)、可以多次重復(fù)進(jìn)行檢測分析[1]。

因此，本文基于智能化數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行分析，對該技術(shù)在再生混凝土性能檢測與分析中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為再生混凝土產(chǎn)品研發(fā)、建筑以及人工智能與建筑材料結(jié)合等領(lǐng)域的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 再生混凝土

1.1 材料分類

混凝土廢棄料在進(jìn)行破碎、清洗后并不能直接作為再生混凝土材料使用，需要在分級篩選以后重新加入水泥、復(fù)合材料以及水等進(jìn)行配比，方可得到新的混凝土料。再生混凝土中的廢棄混凝土塊主要作為集料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂石等天然材料，按照集料類型、粒徑等，可對再生混凝土材料進(jìn)行圖1所示的劃分[2]。

1.2 主要生產(chǎn)工藝

再生骨料的主要生產(chǎn)工藝具有多種，多集中在切割破碎設(shè)備、傳送機(jī)械等方向，通過10余道工藝實現(xiàn)廢棄混凝土料的破碎、去雜、分級等（如圖2所示）。不同的再生混凝土生產(chǎn)廠家在具體的生產(chǎn)工藝細(xì)節(jié)方面存在一定的差異，但基本都以圖2所示流程為主[3]。

2 數(shù)字技術(shù)檢測再生混凝土綜合性能優(yōu)勢

2.1 再現(xiàn)性好

模擬圖像處理技術(shù)受操作的影響較大，會因存儲、傳輸?shù)炔僮鞲淖儓D像的質(zhì)量;而數(shù)字圖像處理技術(shù)解決了這一難題。再生混凝土材料在進(jìn)行數(shù)字化處理時只要準(zhǔn)確的表達(dá)了原材料，后續(xù)再進(jìn)行一系列處理時材料的圖像都不會發(fā)生改變。

2.2 處理精度高

現(xiàn)在的數(shù)字處理技術(shù)基本已經(jīng)實現(xiàn)了模擬圖像數(shù)字化為二維數(shù)組，對再生混凝土處理精準(zhǔn)度的高低取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力[4]。

2.3 靈活性高

運(yùn)用數(shù)字技術(shù)的圖像處理基本可以分為以下幾部分：圖像的像質(zhì)改善、圖像分析和圖像重建。數(shù)字圖像處理技術(shù)是集合了圖像的光學(xué)處理與數(shù)字圖像處理，實現(xiàn)了線性運(yùn)算與非線性處理。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，再生混凝土技術(shù)在添加劑、性能等方面有了諸多的發(fā)展，與之相匹配的檢測技術(shù)也在不斷的完善和發(fā)展。

3 再生混凝土綜合性能數(shù)字技術(shù)檢測應(yīng)用

3.1 變形監(jiān)測領(lǐng)域

智能化數(shù)字技術(shù)在再生混凝土變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在兩方面[5]。

（1）監(jiān)測混凝土收縮

再生混凝土的收縮變形主要包括5種類型，具體如圖3所示。其中，塑性收縮通常發(fā)生在再生混凝土大面積澆注的道路、機(jī)場等工程中，當(dāng)外界氣溫過高時部分路面工程會因混凝土塑性收縮而出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象，給道路耐久性和使用安全性帶來隱患。干燥收縮變形通常發(fā)生在某些干旱、缺乏降水的地區(qū)，當(dāng)外界降水含量首次降低時再生混凝土?xí)诓牧鲜湛s率作用下產(chǎn)生干縮變形;而變形后的混凝土材料在外界降水后會因為受潮而出現(xiàn)膨脹，之后的脫水又會造成再生混凝土材料的二次收縮變形，嚴(yán)重影響再生混凝土澆注結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性。自生收縮變形多見于再生混凝土結(jié)構(gòu)件初齡期，是一種由于再生混凝土水泥水化形成的自干燥收縮變形，與再生混凝土材料本身的孔結(jié)構(gòu)高度相關(guān)。溫度收縮變形是再生混凝土結(jié)構(gòu)件所處環(huán)境溫度變化時，因材料熱脹冷縮以及材料的自收縮作用而形成結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力;在該應(yīng)力作用下導(dǎo)致再生混凝土結(jié)構(gòu)件開裂，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)件正常使用。碳化收縮變形是再生混凝土結(jié)構(gòu)件在空氣中CO2作用下，與材料內(nèi)部的Ca（OH）2發(fā)生反映，生成CaCO3和H2O，最終影響再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之收縮形成[6]。

從智能化數(shù)字檢測的方法進(jìn)行分析，再生混凝土的塑性收縮變形和自生收縮變形的測量較為困難，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)多采用人工觀察、測量與統(tǒng)計的方法進(jìn)行檢測。然而，隨著數(shù)字照相技術(shù)的日漸成熟，這種誤差大、可重復(fù)性差、效率低的監(jiān)測方法已經(jīng)逐漸被數(shù)字技術(shù)取代。利用數(shù)字技術(shù)，可以對再生混凝土結(jié)構(gòu)件垂直方向上的體積變化、尺寸變化進(jìn)行高精度獲取，在試樣的特定位置插入傳感器，在不斷改變外界環(huán)境如溫度差、干燥程度、CO2濃度的情況下觀察同一批次、型號的再生混凝土結(jié)構(gòu)件收縮變化特征;利用圖像處理軟件對系統(tǒng)采集的再生混凝土結(jié)構(gòu)件試樣變化情況進(jìn)行智能對比，即可得出不同齡期的再生混凝土結(jié)構(gòu)件收縮微應(yīng)變值。同時，該方法能夠隨數(shù)字圖像精度和像素值提升而不斷進(jìn)化，獲得越來越高的監(jiān)測精度[7]。

（2）監(jiān)測裂縫特征

再生混凝土材料是一種多孔、多相結(jié)構(gòu)材料，在利用再生混凝土材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)件制備過程中會因為材料的結(jié)構(gòu)特征而產(chǎn)生大量的微裂紋。同時，再生混凝土結(jié)構(gòu)件在長期使用過程中也會因外部環(huán)境作用、長期受力以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生裂縫。主觀上采用人工進(jìn)行裂縫特征監(jiān)測，是一項耗時、費(fèi)力且容易漏檢的工作。為提升再生混凝土裂縫特征監(jiān)測的效率，諸多施工企業(yè)嘗試?yán)脭?shù)字技術(shù)對再生混凝土的收縮裂縫等進(jìn)行觀察、圖像捕捉、處理、裂縫特征，能夠通過圖像復(fù)制、圖像次序拼合、生成組織圖、柵形蒙版等獲得更加精準(zhǔn)的裂縫信息，從而大幅提高再生混凝土裂縫特征監(jiān)測的精度和監(jiān)測效率。

3.2 孔結(jié)構(gòu)特征評價領(lǐng)域

再生混凝土應(yīng)用過程中通常需要加入一定的引氣劑，從而提升再生混凝土結(jié)構(gòu)件的耐低溫性和抗凍性等。引氣劑提升再生混凝土結(jié)構(gòu)件抗凍性幅度的大小，通常取決于引氣劑在再生混凝土結(jié)構(gòu)件中形成的氣泡間距。傳統(tǒng)對氣泡間距的測量多采用顯微鏡進(jìn)行直接觀察法進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，這種方法所得到的檢測結(jié)果具有很強(qiáng)的主觀性，不同的觀察人員所得的結(jié)果往往會存在一定的差異，進(jìn)而影響最終的檢測精度和結(jié)果可信度[8]。利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行氣泡體系參數(shù)確定，主要包含3種方法：①通過截取再生混凝土結(jié)構(gòu)件橫斷面中氣泡的直徑和圓心距等進(jìn)行氣泡體系參數(shù)計算;②利用線性橫向繞程法測量再生混凝土結(jié)構(gòu)件中橫向有規(guī)律排列的空間線與氣泡相交的弦，通過計算機(jī)進(jìn)行自動計算得到氣泡體系各項參數(shù);③通過優(yōu)化線性橫向繞程法，將再生混凝土內(nèi)部氣泡體系中一系列有規(guī)律的橫向分布線由計算機(jī)對各項參數(shù)的波動性變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，從而得到該類型再生混凝土類似條件下的氣泡間距變化規(guī)律，從而大幅降低后續(xù)參數(shù)監(jiān)測工作強(qiáng)度。

3.3 水泥水化程度測試

再生混凝土水泥水化程度的測試方法較多，工程上多采用試樣加熱的方法將水泥水由105℃逐漸加熱至1 000℃，通過掛差加熱過程中以及加熱完成以后水泥水試樣的質(zhì)量變化，得到再生混凝土水泥水體系的化學(xué)結(jié)合水含量，最終通過比例變換得到再生混凝土水泥水化程度在28 d的化學(xué)結(jié)合水質(zhì)量。該方法基于實驗分析結(jié)果，具有一定的可信度;但存在實驗結(jié)果易受環(huán)境影響、誤差較大等問題[9]。利用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行水泥水化程度測試，能夠?qū)υ偕炷两Y(jié)構(gòu)件試樣拋光后的斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;假設(shè)該斷面所呈現(xiàn)的圖像結(jié)果中平均顆粒多，則圖像所呈現(xiàn)出的視覺效果為發(fā)黑，平均顆粒越多則發(fā)黑效果越明顯。計算機(jī)將會對采集圖像進(jìn)行256灰度轉(zhuǎn)換，水化程度的測量結(jié)果可以通過256灰度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理以后未水化水泥所占的面積分?jǐn)?shù)進(jìn)行呈現(xiàn);再根據(jù)體視覺原理將再生混凝土未水化水泥的面積占比轉(zhuǎn)換為體積占比，即可得到該試樣的水泥水化程度。該方法能夠直觀呈現(xiàn)水泥水化程度的自動化檢測，無需人工參與計算等。

4 結(jié)語

利用智能化數(shù)字技術(shù)進(jìn)行再生混凝土綜合性能檢測與分析，具有操作簡單、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)勢，已經(jīng)在混凝土產(chǎn)品加工、建筑施工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文對再生混凝土綜合性能檢測中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的情況進(jìn)行綜述，旨在為再生混凝土產(chǎn)品研發(fā)以及建筑企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等提供借鑒[10]。

參考文獻(xiàn)

[1]肖建莊，李 宏，袁俊強(qiáng). 數(shù)字圖像技術(shù)在再生混凝土性能分析中的應(yīng)用[J]. 建筑材料學(xué)報，2014，17（03）：459-464.

[2]李 娜，馮 琪，南黃河，等. 再生混凝土力學(xué)性能試驗研究[J]. 合成材料老化與應(yīng)用.2017，46（05）：91-96.

[3]董春盈. 混凝土配合比設(shè)計及力學(xué)性能試驗分析[J].合成材料老化與應(yīng)用.2020，49（05）：90-93.

[4]劉朋飛，郭慶林. 含玻璃纖維的瀝青混凝土抗裂性能的評價[J]. 合成材料老化與應(yīng)用.2020，49（04）：57-60.

[5]劉 瓊，肖建莊，潘智生，等. 廢混凝土骨料和廢磚骨料再生混凝土的模型化研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2020，41（12）：133-140.

[6]王蕓蕓，寇長江，胡皓天，等. 基于數(shù)字圖像技術(shù)的再生骨料瀝青混合料骨架接觸類型量化表征[J]. 公路工程，2021，46（01）：57-62.

[7]孔祥清，何文昌，周 聰，等. 混雜摻入鋼/聚丙烯纖維再生混凝土力學(xué)性能及抗沖擊性能試驗研究[J]. 建筑科學(xué)，2020，36（03）：94-99.

[8]王晨霞，劉 路，曹芙波，等. 凍融循環(huán)后再生混凝土力學(xué)性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2020，41（12）：193-202.

[9]侯永利，李晨霞，霍俊芳，等. 再生混凝土力學(xué)性能和收縮性能試驗研究[J]. 硅酸鹽通報，2017，36（01）：311-314.

[10]魏 濤，全曉旖，閆強(qiáng)強(qiáng)，等. 高延性鐵尾礦砂再生混凝土力學(xué)性能試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2019，（08）：93-96.