[发明专利]基于图像处理技术分析机制砂颗粒形状的测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于图像处理技术的机制砂颗粒形状测量方法及其装置，机制砂颗粒形状对其混凝土拌合用水量影响很大，进一步影响混凝土硬化之后的力学性能与耐久性能。本发明是在机制砂颗粒形状指标（圆形度，球形度，长宽比，宽高比）的基础上提出了一种新的方法，本方法使用机制砂颗粒形状测量装置（固定支架、数码相机和LED灯板组成）。本测量方法的使用包括：（1）取样，（2）制样，（3）图像采集，（4）图像处理，（5）形状指标计算。本发明的特点是：根据物体三视图的相互关系，完成机制砂颗粒三维尺寸的计算，首次实现基于图像处理技术的颗粒三维尺寸的直接获取；测定方法操作简单，计算结果准确，适用性强。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种基于图像处理技术分析机制砂颗粒形状的测试方法及装置。

背景技术

天然砂作为一种有限资源，在短时间内不可再生，且其分布呈现地区性差异，不能完全满足建设市场对细骨料的需求；机制砂是通过机械破碎得到的小于4.75mm粒径的岩石颗粒，储量丰富，可作为天然砂替代资源；而机械破碎得到的机制砂与天然砂相比起表面粗糙，颗粒不规则，表现为多棱角、多片状和棒状，这些特性会导致机制砂混凝土与天然砂混凝土性质上出现差异，一般认为，在保证坍落度和水泥用量相同的情况下，采用机制砂配制混凝土需水量更大，从而引起混凝土力学性质和耐久性能的变化。

目前中国尚未对机制砂颗粒形状进行严格规范，主要通过目测评价，文献资料中的细骨料颗粒形状测量方法主要有以下两类：

间接测量法：通过建立与颗粒形状相关且便于测量的物理化学指标，间接反映颗粒形状信息，主要有以下4种：

(1)间隙率法：我国现行标准《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005中规定，测定一定量的细集料通过标准漏斗，装入标准容器中的间隙率，称为细集料棱角性，以百分率表示，该方法间接反映细骨料颗粒形状，且在测量机制砂毛体积相对密度时主观性大，影响计算结果。

(2)流动时间法：我国现行标准《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005中规定，测定一定体积的细集料全部通过标准漏斗所需要的流动时间，称为细集料的棱角性，以秒表示，该方法操作简单，但是在测量机制砂流动时间时易出现堵管现象，引起误解。

(3)条形孔筛法：宋少民等人定制不同孔径尺寸的长孔筛，利用筛分结果计算得到片状颗粒的含量，进而反应机制砂形状，但是该方法只能区分圆球颗粒与片状颗粒，对于棒状颗粒不能很好地区分。

(4)亚甲基蓝溶液法：将机制砂清洗液烘干得到石粉含量，对其进行亚甲基蓝标记试验，待沉积于滤纸上的沉淀物周围出现淡蓝色色晕时记录滴加的亚甲基蓝溶液体积，用以描述机制砂颗粒形状，该方法脱胎于天然砂含泥量，确切来说测得结果反映的是机制砂中的石粉含量，并不能反应机制砂颗粒形状。

直接测量法：通过图像处理和三维重构直接获取细骨料颗粒的形状，进而建立形状指标加以描述，主要有以下4种：

X射线CT技术：Garboczi利用X-ray CT技术得到细骨料颗粒的三维形状，并向其储存在球谐函数中，通过三维重构得到颗粒实体，可以计算颗粒的三维尺寸、表面积和体积，但是该项技术更适合用于混凝土建模时的颗粒生成，对于评价具有统计意义的细骨料颗粒形状信息尚有不足，具体表现在分析采样困难，分析复杂且经济性低。

激光扫描技术：Komba利用激光扫描技术获取了骨料颗粒的三维尺寸、表面积和体积信息，建立了长宽比、宽高比、球形度等形状指标，对于细骨料颗粒形状分析，往往需要较高分辨率，提高了检测成本，限制了激光扫描技术在机制砂颗粒形状测量中的应用。