[发明专利]一种基于数字图像技术的路面混凝土气孔结构测试方法

说明书

技术领域

本发明属于路面混凝土测试技术领域，涉及一种路面混凝土气孔结构测试方法，尤其是一种用于路面混凝土路用性能研究的基于数字图像技术的路面混凝土气孔结构测试方法。

背景技术

目前测试路面混凝土气孔结构的方法为直线导线法，其原理是在路面混凝土试样中取任意直线，气孔在此直线上所截取线段长度的总和与此直线的全长的比值为气孔在试样中的体积含量，具体的操作方法可参考规范(JTG F30-2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》)。

该方法已使用数十年，通过分析可知其存在以下不足：1)光学显微镜的放大倍数有限，该方法所用目镜测微尺的最小读数仅为10μm，而50-200nm的有害孔和大于200nm的多害孔大部分是无法分辨的；2)该方法所测参数：空气含量、气泡比表面积和间距系数仅是研究混凝土结构的抗冻性能，并不适合准确地研究混凝土其它路用性能；3)需要人为确定导线的走向和间距，并采用肉眼观测气泡的数量和状态，如此多的人为干预必然导致较大的观测误差和以偏概全等问题的出现，无法真实全面的反映路面混凝土的气孔结构；4)在气孔参数的计算公式中，通过弦长和比表面积来推算路面混凝土中的气孔个数，存在以线概面的缺点，与实际的气孔结构之间存在偏差，导致测试结果精度降低；5)气孔参数测量显微镜操作复杂，对测试人员的技能要求较高，需要专门培训，耗时费力，不同操作者之间得到的测试结果也有着较大差异。

鉴于上述问题，针对于近几年来飞速发展的数字图像分析与处理技术，研究开发一种精度高、易操作、研究层次广、趋于定量化、能够对更为微观层次的孔结构进行分析测试、测试时间短、在测试的自动化和智能化上取得重大突破发展的测试方法具有重要的意义，能够填补我国在路面混凝土气孔结构测试领域的空白。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于数字图像技术的路面混凝土气孔结构测试方法，该方法采用数字图像技术，能够对更为微观层次的孔结构进行分析测试、测试时间短，能够实现自动化和智能化，并且测试精度高。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种基于数字图像技术的路面混凝土气孔结构测试方法，具体包括以下步骤：

1)首先切割路面混凝土试件打磨成0.5cm～1cm的样本薄片并进行抛光处理；

2)获取试件观察面的数字图像；

3)对上步得到的数字图像进行图像预处理，所述图像预处理包括边界提取和区域着色；

4)分析和处理数字图像，采集并输出气孔结构参数。

以上步骤2)中，采用扫描电子显微镜，根据成像整体效果和气孔孔径的大小，数字图像放大倍率取100倍，孔径分辨率为0.1μm。

进一步，以上步骤3)中，所述边界提取采用Photoshop中的快速选择工具提取边界，将画笔调整到3Pix或更小，通过不断切换和培养画笔，得到气孔边界轮廓。

进一步，以上步骤4)中，采用美国专门从事图像技术分析软件开发的Media Cybernetics公司推出的Image-Pro Plus进行分析和处理图像。

进一步，以上步骤4)中，所述气孔结构参数为总气孔率、平均孔径和气孔间距系数。

与现有技术相比，本发明的测试方法具有如下优点：

1)电子显微镜技术观察的范围和层次比光学显微镜大大提高，而且可以事前对比不同的数字图像，选择符合后期处理要求的数字图像，这一点目前方法难以做到；

2)路面混凝土气孔结构可通过气孔参数来表征，气孔参数主要是总气孔率、平均孔径和气孔间距系数，其中总气孔率反映路面混凝土胶结材料中气孔的体积分数，平均孔径反映气孔的平均大小，平均半径越大，气孔结构中的气孔就越大，气孔间距系数则反映气孔分布均匀与否，此气孔参数研究的尺度更广，计算更准确，因此更适合表征路面混凝土的气孔结构；

3)可调节不同倍率，综合宏观整体和微观局部的双重角度来观察和分析试件图像，覆盖面大，弥补了目前方法中以偏概全的缺陷；

4)采用计算机专业软件自动分析图像中的数字信息，克服了目前方法中肉眼观测的高误差缺点，测试结果更接近于实际；

5)采用预处理数字图像技术，处理后的图像更清晰，更能全面准确地反映试件的微观结构性质，同时对图像中的气孔着色可提高采集精度；

6)路面混凝土试件制备简单，测试操作简单快捷，测试结果直接由计算机输出，减少试验人员的操作和计算负担。

附图说明

图1为基于T.C Powers理论假设的理想状态下路面混凝土试件的气孔分布图。