一種用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種定量評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿性能的方法：先對(duì)待測(cè)水泥基材料進(jìn)行泛堿處理，再利用圖像灰度示差技術(shù)對(duì)材料表面泛堿圖像進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)水泥基材料所具有的抗泛堿性能。泛堿程度越深、面積越大則說明該材料抗泛堿性能越弱。較其他評(píng)價(jià)方法，具有定量化和高準(zhǔn)確性的優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)表明，該抗泛堿性能評(píng)價(jià)方法可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿性能，并能有效減少材料材質(zhì)、外界環(huán)境等造成的評(píng)價(jià)誤差。
【專利說明】一種用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿性能的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，特別是對(duì)水泥基材料抗泛堿性性能的評(píng)價(jià)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]水泥基材料是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑材料。然而在一定的外界環(huán)境條件下，水泥基材料外表面會(huì)發(fā)生泛堿現(xiàn)象。泛堿現(xiàn)象是由于水泥基材料內(nèi)部可溶性物質(zhì)在材料表面沉積所引起的，主要表現(xiàn)為材料表面出現(xiàn)“白霜”。對(duì)于一些有外觀美學(xué)要求的建筑物，如:清水橋面、建筑物外墻飾面等，泛堿問現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響水泥基材料的美學(xué)性能。
[0003]目前評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿性能的國家標(biāo)準(zhǔn)主要為定性的方法:將待測(cè)材料表面沖刷后烘干或者浸泡后烘干若干次，以模擬環(huán)境中干濕交替的條件進(jìn)行泛堿處理，然后通過肉眼觀察材料表面或觸摸材料表面感覺是否有粉末掉落的方法評(píng)價(jià)該材料的抗泛堿性能。這類方法無法準(zhǔn)確、定量的評(píng)價(jià)水泥基材料的抗泛堿性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿性性能的方法，用于解決現(xiàn)有的國標(biāo)中規(guī)定的方法無法準(zhǔn)確定量評(píng)價(jià)水泥基材料的抗泛堿性性能的技術(shù)問題。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿能力的方法，包括順序執(zhí)行的以下步驟:
[0007](1)在待測(cè)水泥基材料表面置于在恒定光源強(qiáng)度與恒定光源位置的條件下，將數(shù)碼相機(jī)垂直于待測(cè)水泥基材料表面，采集待測(cè)水泥基材料初始表面高分辨圖像Pi ；
[0008](2)以待測(cè)水泥基材料表面為底搭建無蓋容器，利用密封材料封閉接縫處空隙；
[0009](3)進(jìn)行泛堿處理，向容器中加入適量去離子水，使待測(cè)水泥基材料表面上形成5mm?10mm厚度的水層，靜置24h，再利用大于5m/s的恒定速率并且平行于待測(cè)水泥基材料表面的氣流吹拂水層表面，直至待測(cè)水泥基材料表面的水分完全蒸發(fā)；重復(fù)該步驟進(jìn)行泛堿處理2?3次；
[0010](4)在與步驟(1)相同的拍攝條件下，采集待測(cè)水泥基材料經(jīng)過泛堿處理后的表面圖像p2 ；
[0011](5)將采集的圖像P1、己進(jìn)行圖像預(yù)處理:對(duì)兩圖像進(jìn)行同位切割，使P1、p2圖像表征材料表面位置信息一一對(duì)應(yīng)，再將圖像轉(zhuǎn)換為僅存在灰度變化的黑白圖像；
[0012](6)將預(yù)處理后的圖像進(jìn)行灰度示差分析:以水泥基材料初始表面圖像Pi為背景噪聲灰度，以水泥基材料經(jīng)過泛堿處理后的表面圖像p2為檢測(cè)灰度，將檢測(cè)灰度中的背景噪聲灰度去除，得到消除背景噪聲灰度后的待測(cè)水泥基材料表面圖像p3 = P2-Pi ；
[0013](7)對(duì)消除背景噪聲后的待測(cè)水泥基材料表面圖像P3，某一位置的灰度值與該位置的泛堿程度成正比，計(jì)算不同灰度值所占整個(gè)待測(cè)水泥基材料表面面積的比例，得到泛堿相對(duì)面積，泛堿相對(duì)面積越大表明抗泛堿能力越差。
[0014]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟(5)中，黑白圖像保存為8位。8位圖像的灰度值變化范圍為0?255，足夠較為準(zhǔn)確地反映出圖像上各個(gè)區(qū)域灰度的不同，從而反映出該區(qū)域的泛堿程度。
[0015]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟(7)中，將灰度值< 80所對(duì)應(yīng)的區(qū)域劃分為I型泛堿區(qū)域，80 <灰度值< 200所對(duì)應(yīng)的區(qū)域劃分為II型泛堿區(qū)域，分別計(jì)算得到I型泛堿區(qū)域和II型泛堿區(qū)域所占整個(gè)待測(cè)水泥基材料表面面積的比例。計(jì)算每個(gè)灰度對(duì)應(yīng)的區(qū)域的大小，工作量較大且沒有必要，所以可以參考上述劃分方法，該方法是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)對(duì)某外墻板泛堿圖像進(jìn)行分析與甄別后總結(jié)出來的劃分區(qū)間，實(shí)驗(yàn)時(shí)以距離待測(cè)水泥基材料表面6米以外觀測(cè)，肉眼可見的泛堿程度較重的區(qū)域一般灰度值< 80，肉眼可見的泛堿程度較輕的區(qū)域一般80 <灰度值< 200，將整個(gè)待測(cè)水泥基材料表面存在泛堿的區(qū)域劃分為這兩個(gè)塊，待測(cè)水泥基材料表面的其他區(qū)域灰度值> 200可以認(rèn)為此處幾乎沒有泛堿的情況，這樣得到上述兩個(gè)不同區(qū)域所占的面積的比例，兩者的比例相加數(shù)值越大表面抗泛堿能力越弱，并且其中I型泛堿區(qū)域的比例越大則泛堿越嚴(yán)重、抗泛堿能力越弱，這樣，對(duì)整個(gè)待測(cè)水泥基材料表面的泛堿狀況有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的定量評(píng)估。
[0016]有益效果:
[0017]本發(fā)明對(duì)待測(cè)水泥基材料表面圖像利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理與分析，根據(jù)待測(cè)水泥基材料表面圖像不同區(qū)域灰度值的差異進(jìn)行泛堿程度與區(qū)域的甄別，再計(jì)算出泛堿的區(qū)域，評(píng)價(jià)材料的抗泛堿能力。與傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法相比，有著將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)。具體包括如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中的泛堿處理相比，靜止水層滲透與蒸發(fā)不會(huì)像流水一樣帶走水泥基材料內(nèi)部泛出物質(zhì)，更為準(zhǔn)確的反映了待測(cè)水泥基材料的抗泛堿能力；
[0019]2、與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中的判斷是否有泛堿現(xiàn)象相比，待測(cè)水泥基材料表面圖像分析技術(shù)由定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)槎吭u(píng)價(jià)，可以表征待測(cè)水泥基材料表面不同程度的泛堿以及其面積；
[0020]3、與已有的利用圖像分析技術(shù)表征材料抗泛堿能力的方法相比，本發(fā)明采用灰度示差處理方法，在定光源、定角度等條件下采集泛堿處理前與處理后待測(cè)水泥基材料表面的圖像，這樣可以減少了由于材料材質(zhì)、環(huán)境等造成的誤差；
[0021]4、本發(fā)明針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的泛堿現(xiàn)象進(jìn)行了分類，通過對(duì)定義6米外肉眼可見的I型泛堿灰度范圍與6米內(nèi)肉眼可見II型泛堿灰度范圍，更為合理的表征了水泥基材料表面泛堿程度并評(píng)價(jià)抗泛堿能力。目前試驗(yàn)表明:本發(fā)明中的水泥基材料抗泛堿能力評(píng)價(jià)方法不僅可以有效的評(píng)價(jià)多種配比的水泥基材料，對(duì)于具有不同顏色的水泥基材料也有良好的評(píng)價(jià)效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1顯示采集水泥基材料表面數(shù)碼圖像示意圖；
[0023]圖2顯示無蓋盒裝容器搭建示意圖；
[0024]圖3中，左側(cè)為待測(cè)水泥基材料初始表面聞分辨圖像Pi，右側(cè)為水泥基材料表經(jīng)過泛堿處理的表面圖像P2 ;
[0025]圖4中，左側(cè)為經(jīng)過預(yù)處理后的圖像Pi，中間為經(jīng)過預(yù)處理后的圖像P2 ;右側(cè)為消除背景噪聲灰度后的待測(cè)水泥基材料表面圖像P3 ；
[0026]圖5中，左上為圖像P2不去背景噪聲進(jìn)行閾值切割后的I型泛堿區(qū)域；右上為圖像P2不去背景噪聲進(jìn)行閾值切割后的II型泛堿區(qū)域；左下為圖像P3進(jìn)行閾值切割后的I型泛堿區(qū)域；右下為圖像P3進(jìn)行閾值切割后的II型泛堿區(qū)域；
[0027]圖6為圖像P2、P3的I型泛堿相對(duì)面積與II型泛堿區(qū)域泛堿面積。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0029](1)采集初始圖像:如圖1所示，將待測(cè)水泥基材料置于恒定光源下，將高分辨數(shù)碼相機(jī)垂直于材料表面,調(diào)整拍攝高度、角度等參數(shù),采集待測(cè)水泥基材料初始表面高分辨圖像Pi，如圖3左側(cè)圖像所示；
[0030](2)如圖2所示，以待測(cè)水泥基材料表面為底，PVC板為側(cè)面搭建高度大于20_的無蓋盒裝容器，利用密封材料封閉接縫處空隙；
[0031](4)進(jìn)行泛堿處理，向容器中加入適量去離子水，使材料表面上方形成5mm?10mm厚度的水層，靜置24h，使水分充分滲入水泥基材料內(nèi)部；利用恒定速率(大于5m/s)的氣流平行吹拂水層表面，加速水分蒸發(fā)，使水泥基材料內(nèi)部可溶性組分隨水分遷移至材料表面沉積；待水分完全蒸發(fā)后，重復(fù)上述過程2?3次；
[0032](4)采集泛堿圖像:將經(jīng)過泛堿處理的水泥基材料置于與步驟(1)中相同的拍攝條件下采集待測(cè)水泥基材料經(jīng)過泛堿處理后的表面圖像p2，如圖3右側(cè)圖像所示；
[0033](5)圖像預(yù)處理:利用圖像處理軟件Photoshop對(duì)圖像Pi與P2進(jìn)行同位切割，使兩圖像所代表的材料表面區(qū)域完全相同，位置一一對(duì)應(yīng)；再將圖像？1與匕轉(zhuǎn)換為8位圖像，該類型圖像為黑色圖像，僅存在灰度變化，變化范圍為0?255，分別得到如圖4所示的圖像，圖4左側(cè)為圖像匕經(jīng)過預(yù)處理后的圖像，圖4中間為圖像P2經(jīng)過預(yù)處理后的圖像。
[0034](6)將采集的圖像Ρρ己進(jìn)行圖像預(yù)處理:對(duì)兩圖像進(jìn)行同位切割，使P1、P2圖像表征材料表面位置信息一一對(duì)應(yīng)，再將圖像轉(zhuǎn)換為僅存在灰度變化的黑白圖像；
[0035](7)將預(yù)處理后的圖像進(jìn)行灰度示差分析:水泥基材料初始表面圖像Pi或多或少會(huì)對(duì)圖像P2上灰度的判斷有影響，因此直接從圖像P2上進(jìn)行判斷會(huì)導(dǎo)致比較大的誤差；所以以水泥基材料初始表面圖像Pi為背景噪聲灰度，以水泥基材料經(jīng)過泛堿處理后的表面圖像p2為檢測(cè)灰度，利用圖像分析軟件imagej將圖像Ρ2_Ρ1;即去背景噪聲后，獲得得到消除背景噪聲灰度后的待測(cè)水泥基材料表面圖像匕，如圖4右側(cè)所示。該操作大大減少了由于材料材質(zhì)、初始表面不均勻、外部環(huán)境等多種因素帶來的圖像灰度干擾，圖像Ρ3即為待測(cè)水泥基材料表面泛堿的實(shí)際圖像。
[0036](8)泛堿程度與面積測(cè)定:利用圖像分析軟件imagej將圖像Ρ3進(jìn)行閾值切割，計(jì)算灰度< 80范圍內(nèi)的I型泛堿區(qū)域占據(jù)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)m，80 <灰度值< 200范圍內(nèi)的II型泛堿區(qū)域占據(jù)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)m2，定義mQ為整個(gè)圖像像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，即有I型泛堿相對(duì)面積Wi = π^/m。，II型泛堿相對(duì)面積w2 = m2/m0。
[0037]如圖6所示，比較圖像P2與圖像P3閾值切割后的不同程度泛堿區(qū)域的面積，可見灰度示差分析有效地減少了各類因素導(dǎo)致的泛堿面積誤差。
[0038]實(shí)施例1:
[0039](1)取某工廠預(yù)制水泥基外墻板構(gòu)件,規(guī)格為250mm*200mm*17.5mm,表面為灰色。利用15W節(jié)能燈作為光源，將數(shù)碼相機(jī)垂直置于該構(gòu)件中心上方0.5m處，采集外墻板表面圖像；
[0040](2)使用252mm*30mm、202mm*30mm規(guī)格PVC板各兩塊與外墻板構(gòu)件搭建盒裝容器，
并使用石蠟封堵接縫處；
[0041](3)向容器中加入250ml去離子水，使材料表面上形成5mm厚度水層，靜置24h后，使用6.33m/s橫風(fēng)平行吹拂水層表面，待水分完全蒸發(fā)后重復(fù)該操作2遍；
[0042](4)在與步驟(1)相同條件下采集外墻板構(gòu)件泛堿處理后的表面圖像；
[0043](5)經(jīng)過圖像預(yù)處理、灰度差值分析與面積計(jì)算后，得出該外墻板構(gòu)件I型泛堿相對(duì)面積為27.14%、II型泛堿相對(duì)面積為9.75%。
[0044]實(shí)施例2:
[0045](1)成型水泥基材料規(guī)格為300mm*300mm*12.5_，水灰比W/C = 0.3076，砂率為1，染料添加量為膠凝材料質(zhì)量0.07的紅色板狀試件，在砂漿標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7天(成型模具尺寸在300mm*300mm*30mm)；
[0046](2)利用15W節(jié)能燈作為光源,將數(shù)碼相機(jī)垂直置于試件中心上方0.62m處，米集水泥基材料表面圖像；
[0047](3)使用石蠟將試件與模具接縫處密封；
[0048](4)向模具中加入270ml去離子水，使試件表面形成5mm厚度水層，靜置24h后，用8.5m/s橫風(fēng)平行吹拂水層表面，待水分完全蒸發(fā)后重復(fù)該操作2遍；
[0049](5)在與步驟(2)相同的條件下采集試件經(jīng)泛堿處理后的表面圖像；
[0050](6)經(jīng)過圖像預(yù)處理、灰度差值分析與面積計(jì)算后，得出試件I型泛堿相對(duì)面積為65.33%, II型泛堿相對(duì)面積為21.89%。
[0051]實(shí)施例3:
[0052](1)成型水泥基材料規(guī)格為300mm*300mm*17.5mm,水灰比W/C = 0.2576，染料添加量為膠凝材料質(zhì)量為0.07的紅色板狀試件，在砂漿標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7d(成型模具尺寸在 300mm*300mm*30mm)；
[0053](2)利用15W節(jié)能燈作為光源，將數(shù)碼相機(jī)垂直置于試件中心上方0.62m處，采集水泥基材料表面圖像；
[0054](3)使用石蠟將試件與模具接縫處密封；
[0055](4)向模具中加入540ml去離子水，使試件表面形成10mm厚度水層，靜置24h后，用9.33m/s橫風(fēng)平行吹拂水層表面，待水分完全蒸發(fā)后重復(fù)該操作3遍；
[0056](5)在與步驟(2)相同的條件下采集試件經(jīng)泛堿處理后的表面圖像；
[0057](6)經(jīng)過圖像預(yù)處理、灰度差值分析與面積計(jì)算后，得出試件I型泛堿相對(duì)面積為42.70%, II型泛堿相對(duì)面積為21.36%。
[0058]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿能力的方法，其特征在于:包括順序執(zhí)行的以下步驟: (1)在待測(cè)水泥基材料表面置于在恒定光源強(qiáng)度與恒定光源位置的條件下，將數(shù)碼相機(jī)垂直于待測(cè)水泥基材料表面，采集待測(cè)水泥基材料初始表面高分辨圖像P1 ； (2)以待測(cè)水泥基材料表面為底搭建無蓋容器，利用密封材料封閉接縫處空隙； (3)進(jìn)行泛堿處理，向容器中加入適量去離子水，使待測(cè)水泥基材料表面上形成5mm?1mm厚度的水層，靜置24h，再利用大于5m/s的恒定速率并且平行于待測(cè)水泥基材料表面的氣流吹拂水層表面，直至待測(cè)水泥基材料表面的水分完全蒸發(fā)；重復(fù)該步驟進(jìn)行泛堿處理2?3次； (4)在與步驟(I)相同的拍攝條件下，采集待測(cè)水泥基材料經(jīng)過泛堿處理后的表面圖像P2 ； (5)將采集的圖像PpP2進(jìn)行圖像預(yù)處理:對(duì)兩圖像進(jìn)行同位切割，使Pp P2圖像表征材料表面位置信息一一對(duì)應(yīng)，再將圖像轉(zhuǎn)換為僅存在灰度變化的黑白圖像； (6)將預(yù)處理后的圖像進(jìn)行灰度示差分析:以水泥基材料初始表面圖像P1為背景噪聲灰度，以水泥基材料經(jīng)過泛堿處理后的表面圖像P2為檢測(cè)灰度，將檢測(cè)灰度中的背景噪聲灰度去除，得到消除背景噪聲灰度后的待測(cè)水泥基材料表面圖像P3 = P2-P1 ； (7)對(duì)消除背景噪聲后的待測(cè)水泥基材料表面圖像P3，某一位置的灰度值與該位置的泛堿程度成正比，計(jì)算不同灰度值所占整個(gè)待測(cè)水泥基材料表面面積的比例，得到泛堿相對(duì)面積，泛堿相對(duì)面積越大表明抗泛堿能力越差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿能力的方法，其特征在于:步驟(5)中，黑白圖像保存為8位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于評(píng)價(jià)水泥基材料抗泛堿能力的方法，其特征在于:步驟(7)中，將灰度值< 80所對(duì)應(yīng)的區(qū)域劃分為I型泛堿區(qū)域，80 <灰度值< 200所對(duì)應(yīng)的區(qū)域劃分為II型泛堿區(qū)域，分別計(jì)算得到I型泛堿區(qū)域和II型泛堿區(qū)域所占整個(gè)待測(cè)水泥基材料表面面積的比例。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK104297251SQ201410610168
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】錢春香, 曹天驥 申請(qǐng)人:東南大學(xué)