[发明专利]一种钢筋全角度锈蚀特征参数的测定装置和分析方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种钢筋全角度锈蚀特征参数的测定装置和分析方法，属于锈蚀钢筋的测试技术和分析方法。

二、背景技术

受外部腐蚀性环境作用的影响，钢筋混凝土结构时常发生钢筋锈蚀。由于混凝土材料的不均匀性、外部腐蚀环境的变异性以及钢筋各部位受力程度的差异性，导致混凝土内部钢筋的锈蚀分布形态具有显著的空间变异性，所以需要准确分析钢筋的锈蚀特征参数，才能合理描述钢筋的空间锈蚀分布形态。

目前，钢筋锈蚀特征参数的分析方法包括失重法、游标卡尺法、排水法和3D扫描法。其中，失重法根据钢筋锈蚀前后的质量差来定义质量锈蚀率，只能确定钢筋整体的平均锈蚀严重程度，而无法反映钢筋锈蚀的空间分布特征；游标卡尺法沿锈蚀钢筋长度方向逐一测定每个横截面的长短两个方向的尺寸，进而利用二者的平均值近似作为锈蚀钢筋的直径计算锈蚀钢筋的剩余截面积，该方法虽然可以粗略确定锈蚀钢筋最小截面积的位置及大小，但是存在测试工作量大、计算精度低的缺点；排水法将锈蚀钢筋垂直挤入装满水的溶液中，将溢出的水的质量转化成体积，从而计算挤入溶液部分的锈蚀钢筋的体积，该方法可以测试锈蚀钢筋的剩余截面积，但是无法测试锈蚀钢筋的最大截面锈蚀深度，而且在测试过程中难免会出现部分水溶液附在钢筋或者容器壁上，导致测试精度难以保证；3D扫描法将激光束按照特定的轨迹对锈蚀钢筋进行扫描，利用反射的激光点信息形成激光点云数据，进而通过数据分析计算钢筋的锈蚀特征参数，该方法存在测试设备昂贵、测试数据量庞大、测试数据处理过程复杂(需要对三维扫描图像进行拼合、补洞、碎片处理、坐标轴修正)、测试过程耗时的缺点。因此，有必要发明一种能够准确分析钢筋锈蚀特征参数(包括最大锈蚀深度、最大截面锈蚀率和质量锈蚀率)的测定装置和分析方法。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种钢筋全角度锈蚀特征参数的测定装置和分析方法，不仅能够连续获取钢筋的全角度锈蚀形态图像，而且能够准确地分析钢筋的锈蚀特征参数，包括钢筋的最大锈蚀深度、最大截面锈蚀率和质量锈蚀率，从而能够合理描述钢筋的空间锈蚀分布形态。

本发明通过以下技术方案实现上述目的，一种钢筋全角度锈蚀特征参数的测定装置。所述装置包括：底座、钢筋固定装置、钢筋驱动装置、调节支架、数码相机，所述钢筋固定装置由支座、滑杆、移动轴承、固定轴承和橡胶圈组成，支座固定在底座上，滑杆固定在支座上、移动轴承和固定轴承安装在滑杆上、橡胶圈安装在移动轴承和固定轴承的座孔内，通过钢筋固定装置固定不同长度和直径的钢筋，所述钢筋驱动装置由步进电机和联轴器组成，步进电机固定在底座上，联轴器一端连接步进电机的转轴，另一端连接固定轴承，通过钢筋驱动装置带动钢筋转动，调节支架固定在底座上，调节支架的水平导杆安装在调节支架的立杆上，数码相机安装在调节支架的水平导杆上，通过调节支架调整数码相机的上下左右位置，通过数码相机连续获取钢筋转动不同角度后的锈蚀形态图像。

所述底座的拍摄面为白色漫反射材料。

所述移动轴承可以在滑杆上左右移动，到固定轴承的可调节距离为0～500mm。

所述橡胶圈的外径大小与移动轴承和固定轴承的座孔内径大小相等，橡胶圈内径可调节范围为6～25mm。

所述步进电机的转轴与钢筋在同一直线上，步进电机根据预定的角度带动钢筋作等角度转动，步进电机预定角度为0.9°的整数倍。

所述调节支架的立杆有间距为30mm的调节孔，可以调整数码相机的上下移动，数码相机到钢筋表面的距离可调节为60mm、90mm、120mm和150mm，调节支架的水平导杆可以调整数码相机的左右移动，数码相机到水平导杆任意端部的可调节距离为0～600mm。

一种钢筋全角度锈蚀特征参数的分析方法，包括以下步骤：

1、对钢筋的全角度锈蚀形态图像进行二值化处理：利用图像处理技术，分别对旋转角度为α_i＝iΔα(i＝0,1,2,...,n，n为旋转总次数，Δα为单次旋转角度)时的钢筋锈蚀形态图像进行二值化处理；

2、获取钢筋全角度锈蚀轮廓的上下边缘线到轴线的距离：分别基于旋转角度为α_i(i＝0,1,2,...,n)时二值化处理后的钢筋锈蚀形态图像，从钢筋左端开始沿钢筋长度方向等间距选取m个控制截面，截面间距为Δz，依次确定第k(k＝1,2,3,...,m)个控制截面锈蚀钢筋轮廓的上边缘线到轴线的距离和下边缘线到轴线的距离