[发明专利]基于CT扫描透明透水混凝土试件3D打印方法

说明书

本发明公开了一种基于CT扫描透明透水混凝土试件3D打印方法，采集透水混凝土试块，将其进行CT扫描，生成二维切片图，对二维切片图进行灰度处理，利用不同的灰度级别表征不同颜色的分布，并进行滤波和降噪处理；根据处理后的二维图片，利用三维可视化技术进行三维模型重构；根据体素和图片的数量相乘进行计算需要的试块模型的尺寸，依照计算的尺寸对重构的三维模型进行裁剪；将裁剪后的模型采用二值化分割，提取骨料结构，将得到的透水混凝土骨料模型利用3D打印技术，逐层打印透水混凝土试件。本发明将原始透水混凝土试件通过CT扫描、3D建模、3D打印技术最终生成透明的透水混凝土材料，对于研究透水混凝土的堵塞机理和过程十分有帮助。

技术领域

本发明具体涉及一种基于CT扫描透明透水混凝土试件3D打印方法。

背景技术

目前海绵城市建设中大量使用了透水路面，包括透水混凝土、透水砖以及透水沥青等材料，相关的实验如透水混凝土泥沙堵塞过程中孔隙率的测量等原位测试比较麻烦，通过CT扫描结合3D建模3D打印可以快速进行透水材料相关物理参数包括孔隙率、渗透性等的测试和实验，解决工程实际应用中的问题。

传统的透水混凝土制备过程要先确定透水混凝土的水灰比，骨灰比等参数，在搅拌机中先加入粗骨料和一半的水，等骨料表面被湿润后再加入水泥和水机械搅拌，最后机械振捣20s成型，在模具中进行养护。然而由于混凝土粗骨料材料不透明，而孔隙结构又是随机分布的，有可联通的孔隙，也有不联通的孔隙，如何深入对其内部的孔隙结构和孔隙堵塞机理进行微观研究和观察就成为困扰研究人员的一大难题。

如果利用3D打印新材料将试件制作成透明的，则可以方便的观察到泥沙在透水混凝土中堵塞的过程，研究堵塞的机理。

3D打印混凝土技术目前可以利用水泥，砂子，水，添加剂等原材料打印出透水混凝土试块，但是成本高，技术困难，其成型的透水混凝土产品强度，抗压抗折力学性能与传统搅拌浇筑工艺生产的透水混凝土试块相比，有一定的差异。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于CT扫描透明透水混凝土试件3D打印方法，本发明能够将原始透水混凝土试件通过CT扫描，3D建模，3D打印技术最终生成透明的透水混凝土材料，对于研究透水混凝土的堵塞机理和过程十分有效。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于CT扫描透明透水混凝土试件3D打印方法，包括以下步骤：

(1)采集透水混凝土试块，将其进行CT扫描，生成二维切片图；

(2)对二维切片图进行灰度处理，利用不同的灰度级别表征不同颜色的分布，并进行滤波和降噪处理；

(3)根据处理后的二维切片图，利用三维可视化技术进行三维模型重构；

(4)根据体素和图片的数量相乘进行计算需要的试块模型的尺寸，依照计算的尺寸对重构的三维模型进行裁剪；

(5)将裁剪后的模型采用二值化分割，提取骨料结构，将得到的透水混凝土骨料模型利用3D打印技术，逐层打印透水混凝土试件。

所述步骤(1)中，海绵城市施工过程的实验路段，采集透水混凝土试块，将其在干燥条件下进行CT扫描。

优选的，为使建立的透水混凝土模型比较合适，采集圆柱体透水混凝土试块。

进一步的，圆柱体透水混凝土试块的尺寸为高度15-30cm高，直径8-15cm。进一步的，CT扫描利用x射线三维显微镜进行，选择旋转扫描方式，得到CT扫描产生的二维切片图。

所述步骤(2)中，扫描的图片在灰度模式下即用256级灰度来表示颜色的分布，对切片进行滤波降噪处理。

所述步骤(2)中，采用中值滤波方法进行滤波。