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用的可行性。運用數字圖像處理技術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，結果表明：光測法對于測試單根裂縫數值參數簡單、便捷且準確。

關鍵詞：光測法 混凝土裂縫 塑形收縮

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：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、聲發射（AE）法、紅外線法和攝影法等[1]。目測法是把目測結果繪成草圖，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，但只適于正在發生的裂縫。攝影法主要用作調查混凝土表面發生的裂縫，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建筑中，而且國防、航空航天、機械制造等許多領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）的芯片將光信號轉變成電信號，再通過A/D（高速信號處理器）轉換成數字信息，在計算機上獲得裂縫圖像，最后，通過不斷調整鏡頭和光源，使裂縫圖像清晰，對比度大，這樣便于后期圖像處理。

1 光測系統與測試方法

1.1 光測系統

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

有效測量面積：100×140 mm2～1000×1400 mm2

系統分辨率：優于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：光纖冷光源150 W。

CCD圖像傳感器由光電轉換單元構成，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換為電荷，并且具有將轉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，放入觀測環境，控制環境溫度（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準尺寸圖。

再次，搭建的光測系統如圖2所示。對所采集的圖像進行圖像處理，數字圖像處理的基本內容包括圖像輸入、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。圖像處理系統的基本結構見圖4，其工作過程為：對象物反射的光在攝像單元被轉換成電信號（模擬信號），再由A/D轉換器把其轉換成數字信號，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，根據處理后的裂縫二值化圖像，由數字散斑相關測量處理軟件找出裂縫每一點的邊緣位置，由origin6.1應用軟件繪出邊緣形狀，按照公式（1）計算出裂縫寬度。

2 結果處理與分析

把RGB圖像（所拍攝的裂縫照片）進行圖像增強（預處理），然后通過圖像分割技術將預處理后的圖像轉化為二值化圖像（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果。

3 結語

（1）光測法為分析混凝土裂縫提供了一套科學的測試系統。該系統通過光學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參數。

（2）光測法對于混凝土裂縫參數的測試簡單、便捷且準確。

（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].南京航空航天大學學報，2008（1）：129-133.