运用数字技术检测与分析再生混凝土综合性能

张红玲

摘 要：再生混凝土的综合性能检测与分析，是再生混凝土进行工程应用和产品开发的基础环节。在介绍再生混凝土部分主要生产工艺基础上，对智能化数字技术进行再生混凝土综合性能分析的优点进行了分析，同时对智能化数字技术在再生混凝土变形监测、孔结构特征评价、水化程度等综合性能方面的应用进行了综述。结果表明，智能化数字技术具有比一般传统检测方法更高的可操作性、精度等优势。

关键词：智能化数字技术;数字图像处理;再生混凝土;性能分析

中图分类号：TU528 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）12-0112-03

Comprehensive Performance Test and Analysis of Recycled Concrete Using Digital Technology

Zhang Hongling

（Shaanxi Institute Of International Trade & commerce， Xi an 712046 ， China）

Abstract：The comprehensive performance test and analysis of recycled concrete is the basic link for the engineering application and product development of recycled concrete. On the basis of introducing partial main production process of recycled concrete， the advantages of intelligent digital technology in the comprehensive performance analysis of recycled concrete are analyzed. At the same time， the application of intelligent digital technology in the comprehensive performance of recycled concrete， such as deformation monitoring， pore structure characteristic evaluation， hydration degree and so on， is summarized. The final results show that the intelligent digital technology has higher operability and accuracy than the general traditional test methods.

Key words：Intelligent digital technology; Digital image processing; Recycled concrete; Performance analysis

0 引言

再生混凝土——一系列处理以后得到的混凝土。再生混凝土具有资源循环利用、绿色可持续等特征，是现代建筑领域绿色可持续发展的重要实现途径之一。对于再生混凝土而言，开展材料的综合性能分析是再生混凝土产品开发、应用以及后续建筑结构件性能分析的重要环节。传统的再生混凝土性能检测分析，多采用實验、模拟图像处理等方法，为得到较为理想的性能检测结果往往需要进行大量的对比试验和数据统计分析等，所得的监测结果往往容易带有部分主观性缺陷，需要开发一种可操作性更强、可以多次重复进行检测分析[1]。

因此，本文基于智能化数字图像处理技术进行分析，对该技术在再生混凝土性能检测与分析中的应用进行综述，旨在为再生混凝土产品研发、建筑以及人工智能与建筑材料结合等领域的发展提供数据支撑。

1 再生混凝土

1.1 材料分类

混凝土废弃料在进行破碎、清洗后并不能直接作为再生混凝土材料使用，需要在分级筛选以后重新加入水泥、复合材料以及水等进行配比，方可得到新的混凝土料。再生混凝土中的废弃混凝土块主要作为集料代替传统的砂石等天然材料，按照集料类型、粒径等，可对再生混凝土材料进行图1所示的划分[2]。

1.2 主要生产工艺

再生骨料的主要生产工艺具有多种，多集中在切割破碎设备、传送机械等方向，通过10余道工艺实现废弃混凝土料的破碎、去杂、分级等（如图2所示）。不同的再生混凝土生产厂家在具体的生产工艺细节方面存在一定的差异，但基本都以图2所示流程为主[3]。

2 数字技术检测再生混凝土综合性能优势

2.1 再现性好

模拟图像处理技术受操作的影响较大，会因存储、传输等操作改变图像的质量;而数字图像处理技术解决了这一难题。再生混凝土材料在进行数字化处理时只要准确的表达了原材料，后续再进行一系列处理时材料的图像都不会发生改变。

2.2 处理精度高

现在的数字处理技术基本已经实现了模拟图像数字化为二维数组，对再生混凝土处理精准度的高低取决于图像数字化设备的能力[4]。

2.3 灵活性高

运用数字技术的图像处理基本可以分为以下几部分：图像的像质改善、图像分析和图像重建。数字图像处理技术是集合了图像的光学处理与数字图像处理，实现了线性运算与非线性处理。近年来随着科学技术的发展，再生混凝土技术在添加剂、性能等方面有了诸多的发展，与之相匹配的检测技术也在不断的完善和发展。

3 再生混凝土综合性能数字技术检测应用

3.1 变形监测领域

智能化数字技术在再生混凝土变形监测领域的应用主要集中在两方面[5]。

（1）监测混凝土收缩

再生混凝土的收缩变形主要包括5种类型，具体如图3所示。其中，塑性收缩通常发生在再生混凝土大面积浇注的道路、机场等工程中，当外界气温过高时部分路面工程会因混凝土塑性收缩而出现开裂等现象，给道路耐久性和使用安全性带来隐患。干燥收缩变形通常发生在某些干旱、缺乏降水的地区，当外界降水含量首次降低时再生混凝土会在材料收缩率作用下产生干缩变形;而变形后的混凝土材料在外界降水后会因为受潮而出现膨胀，之后的脱水又会造成再生混凝土材料的二次收缩变形，严重影响再生混凝土浇注结构件的稳定性。自生收缩变形多见于再生混凝土结构件初龄期，是一种由于再生混凝土水泥水化形成的自干燥收缩变形，与再生混凝土材料本身的孔结构高度相关。温度收缩变形是再生混凝土结构件所处环境温度变化时，因材料热胀冷缩以及材料的自收缩作用而形成结构内部应力;在该应力作用下导致再生混凝土结构件开裂，进而影响结构件正常使用。碳化收缩变形是再生混凝土结构件在空气中CO2作用下，与材料内部的Ca（OH）2发生反映，生成CaCO3和H2O，最终影响再生混凝土内部结构，使之收缩形成[6]。

从智能化数字检测的方法进行分析，再生混凝土的塑性收缩变形和自生收缩变形的测量较为困难，传统的监测技术多采用人工观察、测量与统计的方法进行检测。然而，随着数字照相技术的日渐成熟，这种误差大、可重复性差、效率低的监测方法已经逐渐被数字技术取代。利用数字技术，可以对再生混凝土结构件垂直方向上的体积变化、尺寸变化进行高精度获取，在试样的特定位置插入传感器，在不断改变外界环境如温度差、干燥程度、CO2浓度的情况下观察同一批次、型号的再生混凝土结构件收缩变化特征;利用图像处理软件对系统采集的再生混凝土结构件试样变化情况进行智能对比，即可得出不同龄期的再生混凝土结构件收缩微应变值。同时，该方法能够随数字图像精度和像素值提升而不断进化，获得越来越高的监测精度[7]。

（2）监测裂缝特征

再生混凝土材料是一种多孔、多相结构材料，在利用再生混凝土材料进行结构件制备过程中会因为材料的结构特征而产生大量的微裂纹。同时，再生混凝土结构件在长期使用过程中也会因外部环境作用、长期受力以及内部结构变化而产生裂缝。主观上采用人工进行裂缝特征监测，是一项耗时、费力且容易漏检的工作。为提升再生混凝土裂缝特征监测的效率，诸多施工企业尝试利用数字技术对再生混凝土的收缩裂缝等进行观察、图像捕捉、处理、裂缝特征，能够通过图像复制、图像次序拼合、生成组织图、栅形蒙版等获得更加精准的裂缝信息，从而大幅提高再生混凝土裂缝特征监测的精度和监测效率。

3.2 孔结构特征评价领域

再生混凝土应用过程中通常需要加入一定的引气剂，从而提升再生混凝土结构件的耐低温性和抗冻性等。引气剂提升再生混凝土结构件抗冻性幅度的大小，通常取决于引气剂在再生混凝土结构件中形成的气泡间距。传统对气泡间距的测量多采用显微镜进行直接观察法进行数据获取，这种方法所得到的检测结果具有很强的主观性，不同的观察人员所得的结果往往会存在一定的差异，进而影响最终的检测精度和结果可信度[8]。利用数字技术进行气泡体系参数确定，主要包含3种方法：①通过截取再生混凝土结构件横断面中气泡的直径和圆心距等进行气泡体系参数计算;②利用线性横向绕程法测量再生混凝土结构件中横向有规律排列的空间线与气泡相交的弦，通过计算机进行自动计算得到气泡体系各项参数;③通过优化线性横向绕程法，将再生混凝土内部气泡体系中一系列有规律的横向分布线由计算机对各项参数的波动性变化规律进行总结，从而得到该类型再生混凝土类似条件下的气泡间距变化规律，从而大幅降低后续参数监测工作强度。

3.3 水泥水化程度测试

再生混凝土水泥水化程度的测试方法较多，工程上多采用试样加热的方法将水泥水由105℃逐渐加热至1 000℃，通过挂差加热过程中以及加热完成以后水泥水试样的质量变化，得到再生混凝土水泥水体系的化学结合水含量，最终通过比例变换得到再生混凝土水泥水化程度在28 d的化学结合水质量。该方法基于实验分析结果，具有一定的可信度;但存在实验结果易受环境影响、误差较大等问题[9]。利用数字图像技术进行水泥水化程度測试，能够对再生混凝土结构件试样抛光后的断面进行数据采集;假设该断面所呈现的图像结果中平均颗粒多，则图像所呈现出的视觉效果为发黑，平均颗粒越多则发黑效果越明显。计算机将会对采集图像进行256灰度转换，水化程度的测量结果可以通过256灰度转换数据处理以后未水化水泥所占的面积分数进行呈现;再根据体视觉原理将再生混凝土未水化水泥的面积占比转换为体积占比，即可得到该试样的水泥水化程度。该方法能够直观呈现水泥水化程度的自动化检测，无需人工参与计算等。

4 结语

利用智能化数字技术进行再生混凝土综合性能检测与分析，具有操作简单、可重复性强等优势，已经在混凝土产品加工、建筑施工等领域得到了广泛的应用。本文对再生混凝土综合性能检测中应用数字技术的情况进行综述，旨在为再生混凝土产品研发以及建筑企业数字化转型等提供借鉴[10]。

参考文献

[1]肖建庄，李 宏，袁俊强. 数字图像技术在再生混凝土性能分析中的应用[J]. 建筑材料学报，2014，17（03）：459-464.

[2]李 娜，冯 琪，南黄河，等. 再生混凝土力学性能试验研究[J]. 合成材料老化与应用.2017，46（05）：91-96.

[3]董春盈. 混凝土配合比设计及力学性能试验分析[J].合成材料老化与应用.2020，49（05）：90-93.

[4]刘朋飞，郭庆林. 含玻璃纤维的沥青混凝土抗裂性能的评价[J]. 合成材料老化与应用.2020，49（04）：57-60.

[5]刘 琼，肖建庄，潘智生，等. 废混凝土骨料和废砖骨料再生混凝土的模型化研究[J]. 建筑结构学报，2020，41（12）：133-140.

[6]王芸芸，寇长江，胡皓天，等. 基于数字图像技术的再生骨料沥青混合料骨架接触类型量化表征[J]. 公路工程，2021，46（01）：57-62.

[7]孔祥清，何文昌，周 聪，等. 混杂掺入钢/聚丙烯纤维再生混凝土力学性能及抗冲击性能试验研究[J]. 建筑科学，2020，36（03）：94-99.

[8]王晨霞，刘 路，曹芙波，等. 冻融循环后再生混凝土力学性能试验研究[J]. 建筑结构学报，2020，41（12）：193-202.

[9]侯永利，李晨霞，霍俊芳，等. 再生混凝土力学性能和收缩性能试验研究[J]. 硅酸盐通报，2017，36（01）：311-314.

[10]魏 涛，全晓旖，闫强强，等. 高延性铁尾矿砂再生混凝土力学性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2019，（08）：93-96.