基于CT掃描的混凝土非均質(zhì)性檢測研究

李坤　姜修麗　田立勤　薛小燕　欒尚敏

關(guān)鍵詞：CT掃描；非均質(zhì)性；安全

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0005-04

1 引言

凝土材料是由骨料、砂漿、孔隙以及各組分界面組成的一種多相材料，這些成分在混凝土材料中的分布、形態(tài)和尺寸的不連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了混凝土的非均質(zhì)特征[1]。在外力作用下，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成對其受力變形破壞和宏觀力學(xué)反應(yīng)的影響很顯著。在建筑行業(yè)中，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)對安全的影響至關(guān)重要。混凝土材料的非均質(zhì)特征關(guān)系到混凝土的使用性能，尤其對混凝土建筑的安全和使用壽命的影響更加明顯?；炷恋姆蔷|(zhì)特征是混凝土各組分的不均勻性的表現(xiàn)，主要是分布不均勻造成。目前，人們對混凝土材料的非均質(zhì)性越來越重視，對它的高精度和客觀性的要求也隨之提高，傳統(tǒng)的識別方法已經(jīng)無法滿足人們的要求。因此研究人員開始使用數(shù)字圖像處理技術(shù)，尤其是CT技術(shù)進(jìn)行識別評價，對混凝土內(nèi)部各組分的分布情況進(jìn)行分析，基于分析結(jié)果提出評價指標(biāo)對混凝土材料的非均質(zhì)性進(jìn)行研究[2]。

目前，人們對于CT技術(shù)在混凝土材料內(nèi)部的非均質(zhì)性的研究仍處于探索階段，已有的檢測方法具體實施起來比較復(fù)雜，組成成分的特征參數(shù)存在的誤差比較大，并且沒考慮到各組分所發(fā)揮的作用，因此設(shè)計出一種能夠更加便捷、實用的混凝土材料的非均質(zhì)性檢測方法尤為重要。本文通過CT技術(shù)對混凝土材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別，混凝土材料各組分的面積作為特征參數(shù)，建立內(nèi)部結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性檢測方法。

2 CT技術(shù)

CT技術(shù)[3]是用來獲取物體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)，它可以得到大量連續(xù)截面圖像。目前，CT技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在混凝土、巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢查?？梢杂迷跈z測樣品的3D結(jié)構(gòu)的重建，對材料的性能在各種環(huán)境下進(jìn)行模擬。CT 技術(shù)是非破壞性的，檢測物體經(jīng)過CT掃描不會受到破壞，仍然保持其完整性，可以在很多宏觀性能檢驗中使用。

CT技術(shù)是使用X射線對樣品斷面掃描，檢測樣品的不同位置對X射線的通過率和吸收率是不同的，穿透樣品后強度會不同程度地衰落，通過探測器檢測強度信息，通過計算機對信息進(jìn)行處理，就可以得到檢測樣品的斷面圖像。

3 非均質(zhì)性檢測方法

根據(jù)混凝土材料的各組分的分布特征，通過各組分所占面積，制定混凝土材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性檢測方法。此方法使用CT掃描技術(shù)將混凝土材料劃分成若干截面，得到若干CT數(shù)字圖像，然后將CT圖像劃分規(guī)則的小區(qū)域。這樣處理CT圖像可以讓混凝土材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性的計算得到簡化，并且使非均質(zhì)性的識別精度也得到了提高。根據(jù)CT圖像劃分的小區(qū)域中骨料所占的面積比例計算各組分的非均質(zhì)性，并作為混凝土材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性檢測指標(biāo)。

4 數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法

第1步：判斷多邊形M中的各個頂點是否在多邊形N內(nèi)，如果在N內(nèi)，則將該頂點加入集合A。時間復(fù)雜度為O（mn）;

第2步：判斷多邊形N中的各個頂點是否在多邊形M內(nèi)，如果在M內(nèi)，則將該頂點加入集合B。時間復(fù)雜度為O（mn）;

第3步：判斷多邊形M中的各條邊是否與多邊形N的邊相交，如果相交，則求出交點并加入集合C，時間復(fù)雜度為O（mn）;