基于CT掃描的混凝土非均質性檢測研究

李坤　姜修麗　田立勤　薛小燕　欒尚敏

關鍵詞：CT掃描；非均質性；安全

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：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、形態和尺寸的不連續結構構成了混凝土的非均質特征[1]。在外力作用下，混凝土內部結構組成對其受力變形破壞和宏觀力學反應的影響很顯著。在建筑行業中，混凝土內部結構對安全的影響至關重要。混凝土材料的非均質特征關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。混凝土的非均質特征是混凝土各組分的不均勻性的表現，主要是分布不均勻造成。目前，人們對混凝土材料的非均質性越來越重視，對它的高精度和客觀性的要求也隨之提高，傳統的識別方法已經無法滿足人們的要求。因此研究人員開始使用數字圖像處理技術，尤其是CT技術進行識別評價，對混凝土內部各組分的分布情況進行分析，基于分析結果提出評價指標對混凝土材料的非均質性進行研究[2]。

目前，人們對于CT技術在混凝土材料內部的非均質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雜，組成成分的特征參數存在的誤差比較大，并且沒考慮到各組分所發揮的作用，因此設計出一種能夠更加便捷、實用的混凝土材料的非均質性檢測方法尤為重要。本文通過CT技術對混凝土材料的內部結構進行識別，混凝土材料各組分的面積作為特征參數，建立內部結構非均質性檢測方法。

2 CT技術

CT技術[3]是用來獲取物體內部微觀結構的無損檢測技術，它可以得到大量連續截面圖像。目前，CT技術已經廣泛應用在混凝土、巖石的內部結構的檢查。可以用在檢測樣品的3D結構的重建，對材料的性能在各種環境下進行模擬。CT 技術是非破壞性的，檢測物體經過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行處理，就可以得到檢測樣品的斷面圖像。

3 非均質性檢測方法

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

4 數學統計方法

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