[发明专利]一种水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法

说明书

本发明公开了一种水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法，基于CT扫描技术，对水力冲击混凝土的细观破裂状态进行全方位检测，并进一步对CT扫描图像直方图均衡化、阈值分割处理，利用建立的基于图像灰度值的损伤表征方法，直观地研究水力冲击混凝土裂纹扩展规律，以及裂纹近域CT尺度损伤分布特征；研究方法包括如下步骤：试验设备和材料准备，水力冲击破碎混凝土，CT扫描致裂混凝土，影像重建及损伤识别；本发明中研究方法可为揭示水力冲击混凝土破碎机理提供重要的试验支持和技术参考。

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法。

背景技术

在进行混凝土结构养护维修工作时，混凝土的破碎至关重要，直接关系到养护维修工作的质量、效率、成本、安全等。目前，混凝土破碎主要采用振动锤、风镐及爆破等，事实证明，这些方法在安全性、选择性、环保性等方面仍存在部分问题。水力破除混凝土是一种突破传统方式的破碎技术，具有振动小、无污染及可选择性破除等特点，具有广阔地应用前景。但由于水力破碎混凝土过程短暂，且涉及流体力学、损伤力学及流固耦合等问题，导致混凝土在水力作用下的裂纹扩展机理及损伤分布特征尚不清晰，阻碍了水力破碎混凝土技术进一步发展。

混凝土是由骨料、砂浆、交界面的粘结层组成的非均质材料，多相异弹模界面及骨料随机空间分布会影响混凝土宏细观力学性能及破坏模式，再加上水力冲击混凝土的瞬时非线性流固耦合问题，理论分析和数值模拟需对水力侵彻物理过程进行大量简化，导致计算结果与水力冲击混凝土真实物理力学过程往往有一定差距。计算机层析成像(Computerized Tomography，CT)技术可以对材料内部的破坏实现无损量度，为研究水力冲击混凝土内部细观结构提供了有效途径，但常规CT扫描技术无法直观识别水力冲击混凝土微裂纹及近域CT尺度损伤，为此本发明提供一种有效的水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中的不足，提供一种水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法，以揭示混凝土在水力作用下的破坏机理，从而降低水力破除混凝土技术门槛泵压及能耗，提高局部精确破碎及可控致裂技术水平，达到提升水力破除混凝土技术应用水平的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法，基于CT扫描技术，对水力冲击混凝土的细观破裂状态进行全方位检测，并进一步对CT扫描图像直方图均衡化、阈值分割处理，利用建立的基于图像灰度值的损伤表征方法，直观地研究水力冲击混凝土裂纹扩展规律，及裂纹近域CT尺度损伤分布特征。

一种水力冲击混凝土裂纹扩展及CT尺度损伤研究方法，所述研究方法包括如下步骤：

步骤一：试验设备和材料准备，设备包括：高压水力设备、电子计算机断层扫描设备；材料为混凝土试件；

步骤二：水力冲击破碎混凝土，通过步骤一中的高压水力设备，对步骤一中的混凝土试件进行冲击破碎；

步骤三：CT扫描致裂后混凝土，通过步骤一中的电子计算机断层扫描设备对步骤二中冲击破碎后混凝土试件进行扫描；

步骤四：影像重建及损伤识别，将步骤三中扫描完成后的影像进行重建，提取混凝土试件内部裂纹及CT尺度损伤。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤一中高压水力设备应采用PC控制器/交流伺服系统，线性直线导轨保证切割精度为±0.10mm，重复定位精度为±0.05mm，砂管直径大于1.0mm，泵压大于80MPa，磨料质量流量大于7.2g·min^-1，进水压力大于0.2MPa。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤一中电子计算机断层扫描设备，应能实现16层/360°，0.6秒/360°快速扫描，并配备数字化成像系统、显微整板探测器、高性能微焦球管以及飞焦点技术，以确保优质的图像质量。