基于图像分析的透水混凝土孔隙研究

通过对透水混凝土试块打磨并拍摄图像,利用MATLAB、IMAGE PROPLUS与IMAGE J对透水混凝土截面孔隙进行二值化处理与分析,获得孔隙面积、分形维数等参数,分析骨料粒径、水灰比对等效孔径大小及分形维数的影响,并研究了孔隙分形维数与实测孔隙率的关系.结果表明,粗骨料最大粒径和透水混凝土的目标孔隙率是影响透水混凝土内部孔径及分形维数的主要因素,而水灰比对其影响很小.实测孔隙率能达到目标孔隙率的85％以上,与孔隙分形维数呈现良好的线性关系.     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明:决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质(水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向)的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

龄期和掺合料对混凝土孔隙影响的分形学评价

为研究龄期和掺合料对混凝土孔隙的影响，采用压汞法测试不同龄期和不同掺合料混凝土的孔结构参数，并计算混凝土孔隙的体积分形维数，探究孔隙体积分形维数的变化及其与强度和耐久性的关系。结果表明：混凝土的孔结构具有明显的分形特征，随着龄期的增长，孔隙率逐渐降低，而孔隙体积分形维数逐渐增大，混凝土孔隙结构越来越不规则；不同掺合料混凝土孔隙体积分形维数与强度和氯离子渗透系数都有一定相关性，强度随分维的增大而增大，氯离子渗透系数随分维增大而降低；掺合料会影响混凝土孔隙结构，掺加矿粉会使混凝土的孔隙率降低，孔隙体积分形维数增大，而掺加粉煤灰会使混凝土早期孔隙率增大，孔隙体积分形维数降低。     

渗透孔隙水压对混凝土孔结构影响的试验研究

通过压汞试验探究了混凝土在渗透孔隙水压作用前后,孔隙的孔隙率、总孔隙面积、平均孔径、最可几孔径、临界孔径、孔径分布的演化规律,并计算不同状态下混凝土孔体积分形维数,进一步分析渗透孔隙水压对混凝土不同位置孔隙结构以及混凝土渗透性能的影响。结果表明,受渗透孔隙水压后混凝土孔隙结构与孔径分布都发生变化,其中对毛细孔改变最大;混凝土外侧孔隙特征改变要比内部显著;渗透率和孔隙率与大孔阶段的分形维数D1呈正相关关系,定性分析了混凝土渗透率与孔结构的关系。     

基于CT试验的混凝土裂纹扩展演化研究

针对混凝土宏观性能指标与破坏特性细观参数之间关系的技术难题,采用工业CT对单轴压缩条件下的混凝土试样进行了CT扫描试验;利用图像处理技术对混凝土CT图像进行分析,得到不同加载阶段混凝土孔隙和裂纹的三维细观模型及孔隙率变化规律。运用分形理论建立了CT图像分形维数计算模型,对混凝土CT图像分形特征进行了研究。结果表明:混凝土孔隙体积和分形维数的快速增大是混凝土失稳破坏的预警信息;利用混凝土CT三维重建图像结合分形理论观察研究混凝土裂纹扩展全过程,为有效分析混凝土细观损伤破坏提供了新技术。     

掺锂渣再生混凝土细观结构与抗压强度关系研究

基于计算机图像处理技术,从掺锂渣再生混凝土的CT图像中提取出孔隙结构,利用IPP和FractalFox软件对不同再生粗骨料取代率和不同锂渣掺量立方体试件的孔隙率、分形维数、形状因子进行了计算与统计,并对孔隙特征与立方体抗压强度进行了关联性研究。结果表明:掺锂渣再生混凝土的孔隙率与立方体抗压强度满足三次方程关系;一定范围内,孔隙形状因子与抗压强度之间的关联性良好。     

桥梁用高性能混凝土养护龄期对弹性模量和孔隙结构的影响

混凝土养护龄期对混凝土弹性模量和和孔隙结构都会产生重要影响,通过研究桥梁用C50高性能混凝土的弹性模量随龄期增长的发展规律,利用压汞测试仪对龄期为5、28 d混凝土的孔隙结构进行了测试,并引入分形理论分析了混凝土的孔隙结构,进而分析了养护龄期对弹性模量和孔隙结构的影响。结果表明:养护龄期对混凝土性能和孔隙结构有较大的影响,混凝土表观性能与孔隙结构之间存在密切关系;随着混凝土养护龄期的增大,混凝土弹性模量不断增大,混凝土孔隙率不断减小,同时孔径分布更加均匀,混凝土更加致密。分形维数和孔隙率变化趋势相反,分形维数随孔隙率增大而减小,混凝土的孔体积分形维数随弹性模量的提高而变大。     

混凝土孔隙面分形特征与测试方法研究

为了更好地确定混凝土孔隙的面分形维数,完善混凝土孔隙分形的相关研究,采用液态硫磺浸渍样品,利用反光显微镜采集图片,并结合图像分析软件分析图片和处理数据,以获得不同龄期和不同掺和料下混凝土孔隙的面分形维数,并对面分形维数变化与强度变化之间的关系进行了探讨.结果表明:混凝土孔隙的面分形维数会随着龄期的变化而变化,不同掺量的掺和料会对面分形维数产生不同影响,但相同掺量、不同掺和料的面分形维数却变化不大;面分形维数与强度呈反比,两者具有一定相关性,且相关系数一般在0.90以上,掺和料的活性与掺量会对上述相关性产生不同影响.     

基于CT试验的高强高性能混凝土高温下孔隙分析

为探讨高强高性能混凝土高温爆裂机制,基于CT扫描技术,对掺与不掺聚丙烯纤维的C80高性能混凝土高温下内部孔隙的发生、发展、劣化过程进行研究,并利用计盒法估算孔隙分形维数。CT切片分析表明:随着温度升高,C80混凝土内部孔隙面积、数量总体呈增大趋势,掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的孔隙劣化较素混凝土快;素混凝土(除300℃外)、掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的各孔径范围内孔隙数量总体增大,在此过程中,10~20μm孔径的孔隙数量始终占比最大;分形维数总体均呈增大趋势,掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的分形维数增幅较素混凝土大;素混凝土的分形维数在400℃前小幅增加,400℃后增加明显,掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的分形维数在500℃后增加显著;分形维数的变化情况与混凝土内部孔隙劣化规律一致。     

膨润土溶出性侵蚀分形模型的数值模拟研究

分析膨润土的微观结构,可得到一维侵蚀模型的控制方程。但作为多孔介质,膨润土孔隙结构具有分形特征,不能由传统几何来准确描述。基于分形毛细管束模型,采用孔隙面积分形维数和孔通道弯曲分形维数分别描述孔隙大小分布和孔隙通道弯曲程度,得到了孔隙率、分形维数与Kozeny-Carman常数的关系式,完善了一维侵蚀模型。通过对模型影响因素的分析得出:随着电解质溶液浓度的增大,膨胀力变小;表面电荷密度增大,膨胀力也增大;初始体积分数增大,膨胀力变大。     

C50泵送混凝土孔隙分形与氯离子渗透特征

在对C50泵送混凝土孔隙特征和氯离子渗透特征的试验基础上,研究了孔隙分形维数与氯离子渗透的关系。研究表明,用孔50~550 nm孔径分形维数能够很好地反映泵送混凝土的氯离子渗透特征。随着孔隙的分形维数增大,凝胶孔增多,混凝土氯离子扩散系数显著降低。矿渣粉煤灰双掺的C50泵送混凝土总孔隙率最小,氯离子扩散系数最小,粉煤灰混凝土总孔隙率最大,分形维数最小,氯离子扩散系数最大。     

基于自适应模糊阈值法的植生混凝土孔隙特征研究

为提升植生混凝土的伪装效果,研究了骨料粒径、孔隙率和水灰比对植生混凝土伪装材料内部孔隙结构的影响机理。首先基于不同骨料粒径及水灰比条件,制备目标孔隙率20%和35%的植生混凝土试件;其次采集试件切割后截面图像数据,利用自适应模糊阈值算法、Otsu阈值算法、Matlab和Image-Pro Plus等对混凝土截面进行图像处理,表明自适应模糊阈值算法图像处理结果能够真实反映混凝土多孔结构特征;最后分析不同骨料粒径、孔隙率和水灰比条件下,混凝土内部各孔径区间范围孔隙结构分布规律。结果表明：骨料粒径对孔隙直径的影响较为显著,骨料粒径越大孔径越大,孔隙率越大或降低水泥用量混凝土越易形成中大型孔隙。     

两种不同集料粒径多孔混凝土的孔隙结构特征研究

利用工业CT对两种多孔混凝土进行了CT无损扫描,分别获取试件的CT扫描图像.利用图像处理技术提取了多孔混凝土的孔隙并定量表征了孔隙结构特征信息.对比分析了括孔隙率、孔隙间距、孔隙面积、孔隙长短轴比及孔隙形状因子等,最后研究了孔隙率与孔隙间距的相关关系.     

外加剂对混凝土孔隙特征影响的分形评价

混凝土在其形成和服役过程中表现出了一系列分形的特征,介绍了混凝土孔隙的测试方法、混凝土孔隙的分形维数的计算方法、用压汞法测试了6组混凝土的孔结构数据,且计算了其孔隙分形维数,并结合SEM微观分析对外加剂对混凝土孔隙特征的影响进行了评价。     

泡沫混凝土人工引入孔结构分形特征研究

泡沫混凝土具有良好的热工性能和隔音轻质等特性,人工引入大量气泡,并令其均匀分布。根据分形理论,泡沫混凝土近似为具有分形结构的空间载体,分析其人工引入孔结构的分形特征,研究孔隙分布的复杂程度,并引入孔隙分布分形维数D,得出分形孔隙率的公式。     

碳化水泥砂浆分形特征研究

利用压汞试验对不同碳化程度水泥砂浆孔结构的分形特征进行研究。结果表明:水泥砂浆具有多重分形的特征;碳化使水泥砂浆总孔隙率降低,孔径细化,凝胶孔的孔隙体积分形维数降低;而生成的碳酸钙在大孔、毛细孔中沉积,大孔、毛细孔的体积分形维数增大。因此,分形维数能表达碳化对混凝土材料孔结构的影响。     

孔隙分形修正的混凝土中氯离子扩散系数

在已有的氯离子扩散理论和孔隙分形理论的基础上,提出小孔的孔轴线分形维数表征氯离子扩散的曲折度、大孔的孔表面分形维数修正孔隙率,并推导得到基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数模型。通过分析龄期为14 d 和28 d 不同配比混凝土的基于孔隙分形的氯离子扩散系数模型的计算结果和快速氯离子扩散试验（ASTM C1202）电通量,发现两者之间有良好的线性关系。采用基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数代入 Fick 第二定律的解析解,对试验后各组混凝土中不同扩散深度的氯离子浓度进行拟合,计算结果与实测值吻合情况较好。     

高流动混凝土孔分形特征及其与抗冻性的关系

采用压汞法测定了不同矿物掺合料高流动混凝土的孔结构参数,通过基于热力学关系的分形模型计算得到了高流动混凝土的孔结构表面积分形维数,探讨了含不同矿物掺合料高流动混凝土分形维数与小于100 nm孔隙比例、中值孔径、平均孔径及抗冻性的关系.结果表明:孔表面积分形维数随养护龄期和掺合料的种类和掺量的不同而不同;分形维数越大,孔径小于100 nm孔隙比例越大,中值孔径与平均孔径越小,高流动混凝土抗冻性能越好.基于热力学关系的分形模型计算得到的孔表面积分形维数能够很好地表征混凝土孔结构的分布状况与抗冻性能.     

多孔质火山岩透水混凝土试验研究

采用多孔质火山岩为骨料制作了不同孔隙率的透水混凝土试件,研究了孔隙率对抗压强度、透水系数的影响;制作了尺寸为100mm×100mm×100mm,100mm×100mm×150mm和?113mm×150mm的透水混凝土试件,研究了透水厚度、试件形状对透水系数的影响。试验表明:透水混凝土28d抗压强度与实测孔隙率满足线性递减关系;7d透水系数与实测孔隙率满足线性递增关系;透水厚度与透水系数无直接关联;试件的形状与透水系数有关,在透水面积相同的条件下,圆柱体试件比立方体试件透水系数高约10%。     

基于近场动力学单轴压缩下宏观孔隙混凝土的损伤破裂模拟

基本蒙特卡罗方法,采用MATLAB程序生成随机孔隙结构的物理模型,通过自编近场动力学程序模拟了单轴压缩下宏观孔隙混凝土的裂纹萌发与扩展,并结合混凝土单轴压缩试验对计算结果进行了对比验证。结果表明：宏观孔隙混凝土抗压强度与孔隙率近似呈线性负相关关系,当孔隙率由0增加到5%时,抗压强度下降幅度最为显著;随着孔隙率的增加,混凝土压缩破坏形式由剪切剥落破坏转变为孔隙导向连通形成柱状劈裂破坏或剪切滑移破坏;当孔隙率达到20%后,试件两端表现为压溃现象,并随着孔隙率的增加,试件端部出现了大块混凝土的破裂滑移,当孔隙达到30%后,试件在应力峰值前均有不同程度的应力跌落现象。另外,当孔隙均为20%时,混凝土抗压强度与弹性模量随着孔隙粒径的增大而减小。试件压缩试验结果验证了近场动力学计算模型的准确性。