運用數字技術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，是再生混凝土進行工程應用和產品開發的基礎環節。在介紹再生混凝土部分主要生產工藝基礎上，對智能化數字技術進行再生混凝土綜合性能分析的優點進行了分析，同時對智能化數字技術在再生混凝土變形監測、孔結構特征評價、水化程度等綜合性能方面的應用進行了綜述。結果表明，智能化數字技術具有比一般傳統檢測方法更高的可操作性、精度等優勢。

關鍵詞：智能化數字技術;數字圖像處理;再生混凝土;性能分析

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：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利用、綠色可持續等特征，是現代建筑領域綠色可持續發展的重要實現途徑之一。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品開發、應用以及后續建筑結構件性能分析的重要環節。傳統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果往往需要進行大量的對比試驗和數據統計分析等，所得的監測結果往往容易帶有部分主觀性缺陷，需要開發一種可操作性更強、可以多次重復進行檢測分析[1]。

因此，本文基于智能化數字圖像處理技術進行分析，對該技術在再生混凝土性能檢測與分析中的應用進行綜述，旨在為再生混凝土產品研發、建筑以及人工智能與建筑材料結合等領域的發展提供數據支撐。

1 再生混凝土

1.1 材料分類

混凝土廢棄料在進行破碎、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、復合材料以及水等進行配比，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傳統的砂石等天然材料，按照集料類型、粒徑等，可對再生混凝土材料進行圖1所示的劃分[2]。

1.2 主要生產工藝

再生骨料的主要生產工藝具有多種，多集中在切割破碎設備、傳送機械等方向，通過10余道工藝實現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廠家在具體的生產工藝細節方面存在一定的差異，但基本都以圖2所示流程為主[3]。

2 數字技術檢測再生混凝土綜合性能優勢

2.1 再現性好

模擬圖像處理技術受操作的影響較大，會因存儲、傳輸等操作改變圖像的質量;而數字圖像處理技術解決了這一難題。再生混凝土材料在進行數字化處理時只要準確的表達了原材料，后續再進行一系列處理時材料的圖像都不會發生改變。

2.2 處理精度高

現在的數字處理技術基本已經實現了模擬圖像數字化為二維數組，對再生混凝土處理精準度的高低取決于圖像數字化設備的能力[4]。

2.3 靈活性高

運用數字技術的圖像處理基本可以分為以下幾部分：圖像的像質改善、圖像分析和圖像重建。數字圖像處理技術是集合了圖像的光學處理與數字圖像處理，實現了線性運算與非線性處理。近年來隨著科學技術的發展，再生混凝土技術在添加劑、性能等方面有了諸多的發展，與之相匹配的檢測技術也在不斷的完善和發展。

3 再生混凝土綜合性能數字技術檢測應用

3.1 變形監測領域

智能化數字技術在再生混凝土變形監測領域的應用主要集中在兩方面[5]。

（1）監測混凝土收縮

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，塑性收縮通常發生在再生混凝土大面積澆注的道路、機場等工程中，當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開裂等現象，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生在某些干旱、缺乏降水的地區，當外界降水含量首次降低時再生混凝土會在材料收縮率作用下產生干縮變形;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，嚴重影響再生混凝土澆注結構件的穩定性。自生收縮變形多見于再生混凝土結構件初齡期，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構高度相關。溫度收縮變形是再生混凝土結構件所處環境溫度變化時，因材料熱脹冷縮以及材料的自收縮作用而形成結構內部應力;在該應力作用下導致再生混凝土結構件開裂，進而影響結構件正常使用。碳化收縮變形是再生混凝土結構件在空氣中CO2作用下，與材料內部的Ca（OH）2發生反映，生成CaCO3和H2O，最終影響再生混凝土內部結構，使之收縮形成[6]。

從智能化數字檢測的方法進行分析，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，傳統的監測技術多采用人工觀察、測量與統計的方法進行檢測。然而，隨著數字照相技術的日漸成熟，這種誤差大、可重復性差、效率低的監測方法已經逐漸被數字技術取代。利用數字技術，可以對再生混凝土結構件垂直方向上的體積變化、尺寸變化進行高精度獲取，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構件收縮變化特征;利用圖像處理軟件對系統采集的再生混凝土結構件試樣變化情況進行智能對比，即可得出不同齡期的再生混凝土結構件收縮微應變值。同時，該方法能夠隨數字圖像精度和像素值提升而不斷進化，獲得越來越高的監測精度[7]。

（2）監測裂縫特征

再生混凝土材料是一種多孔、多相結構材料，在利用再生混凝土材料進行結構件制備過程中會因為材料的結構特征而產生大量的微裂紋。同時，再生混凝土結構件在長期使用過程中也會因外部環境作用、長期受力以及內部結構變化而產生裂縫。主觀上采用人工進行裂縫特征監測，是一項耗時、費力且容易漏檢的工作。為提升再生混凝土裂縫特征監測的效率，諸多施工企業嘗試利用數字技術對再生混凝土的收縮裂縫等進行觀察、圖像捕捉、處理、裂縫特征，能夠通過圖像復制、圖像次序拼合、生成組織圖、柵形蒙版等獲得更加精準的裂縫信息，從而大幅提高再生混凝土裂縫特征監測的精度和監測效率。

3.2 孔結構特征評價領域

再生混凝土應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構件的耐低溫性和抗凍性等。引氣劑提升再生混凝土結構件抗凍性幅度的大小，通常取決于引氣劑在再生混凝土結構件中形成的氣泡間距。傳統對氣泡間距的測量多采用顯微鏡進行直接觀察法進行數據獲取，這種方法所得到的檢測結果具有很強的主觀性，不同的觀察人員所得的結果往往會存在一定的差異，進而影響最終的檢測精度和結果可信度[8]。利用數字技術進行氣泡體系參數確定，主要包含3種方法：①通過截取再生混凝土結構件橫斷面中氣泡的直徑和圓心距等進行氣泡體系參數計算;②利用線性橫向繞程法測量再生混凝土結構件中橫向有規律排列的空間線與氣泡相交的弦，通過計算機進行自動計算得到氣泡體系各項參數;③通過優化線性橫向繞程法，將再生混凝土內部氣泡體系中一系列有規律的橫向分布線由計算機對各項參數的波動性變化規律進行總結，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律，從而大幅降低后續參數監測工作強度。

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量變化，得到再生混凝土水泥水體系的化學結合水含量，最終通過比例變換得到再生混凝土水泥水化程度在28 d的化學結合水質量。該方法基于實驗分析結果，具有一定的可信度;但存在實驗結果易受環境影響、誤差較大等問題[9]。利用數字圖像技術進行水泥水化程度測試，能夠對再生混凝土結構件試樣拋光后的斷面進行數據采集;假設該斷面所呈現的圖像結果中平均顆粒多，則圖像所呈現出的視覺效果為發黑，平均顆粒越多則發黑效果越明顯。計算機將會對采集圖像進行256灰度轉換，水化程度的測量結果可以通過256灰度轉換數據處理以后未水化水泥所占的面積分數進行呈現;再根據體視覺原理將再生混凝土未水化水泥的面積占比轉換為體積占比，即可得到該試樣的水泥水化程度。該方法能夠直觀呈現水泥水化程度的自動化檢測，無需人工參與計算等。

4 結語

利用智能化數字技術進行再生混凝土綜合性能檢測與分析，具有操作簡單、可重復性強等優勢，已經在混凝土產品加工、建筑施工等領域得到了廣泛的應用。本文對再生混凝土綜合性能檢測中應用數字技術的情況進行綜述，旨在為再生混凝土產品研發以及建筑企業數字化轉型等提供借鑒[10]。

參考文獻

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