CN104297251A - 一种用于评价水泥基材料抗泛碱性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量评价水泥基材料抗泛碱性能的方法：先对待测水泥基材料进行泛碱处理，再利用图像灰度示差技术对材料表面泛碱图像进行分析，评价水泥基材料所具有的抗泛碱性能。泛碱程度越深、面积越大则说明该材料抗泛碱性能越弱。较其他评价方法，具有定量化和高准确性的优势。试验表明，该抗泛碱性能评价方法可以准确地评价水泥基材料抗泛碱性能，并能有效减少材料材质、外界环境等造成的评价误差。

Description

一种用于评价水泥基材料抗泛碱性能的方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别是对水泥基材料抗泛碱性性能的评价方法。

背景技术

水泥基材料是目前应用最为广泛的建筑材料。然而在一定的外界环境条件下，水泥基材料外表面会发生泛碱现象。泛碱现象是由于水泥基材料内部可溶性物质在材料表面沉积所引起的，主要表现为材料表面出现“白霜”。对于一些有外观美学要求的建筑物，如：清水桥面、建筑物外墙饰面等，泛碱问现象会严重影响水泥基材料的美学性能。

目前评价水泥基材料抗泛碱性能的国家标准主要为定性的方法：将待测材料表面冲刷后烘干或者浸泡后烘干若干次，以模拟环境中干湿交替的条件进行泛碱处理，然后通过肉眼观察材料表面或触摸材料表面感觉是否有粉末掉落的方法评价该材料的抗泛碱性能。这类方法无法准确、定量的评价水泥基材料的抗泛碱性能。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种用于评价水泥基材料抗泛碱性性能的方法，用于解决现有的国标中规定的方法无法准确定量评价水泥基材料的抗泛碱性性能的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于评价水泥基材料抗泛碱能力的方法，包括顺序执行的以下步骤：

(1)在待测水泥基材料表面置于在恒定光源强度与恒定光源位置的条件下，将数码相机垂直于待测水泥基材料表面，采集待测水泥基材料初始表面高分辨图像P₁；

(2)以待测水泥基材料表面为底搭建无盖容器，利用密封材料封闭接缝处空隙；

(3)进行泛碱处理，向容器中加入适量去离子水，使待测水泥基材料表面上形成5mm～10mm厚度的水层，静置24h，再利用大于5m/s的恒定速率并且平行于待测水泥基材料表面的气流吹拂水层表面，直至待测水泥基材料表面的水分完全蒸发；重复该步骤进行泛碱处理2～3次；

(4)在与步骤(1)相同的拍摄条件下，采集待测水泥基材料经过泛碱处理后的表面图像P₂；

(5)将采集的图像P₁、P₂进行图像预处理：对两图像进行同位切割，使P₁、P₂图像表征材料表面位置信息一一对应，再将图像转换为仅存在灰度变化的黑白图像；

(6)将预处理后的图像进行灰度示差分析：以水泥基材料初始表面图像P₁为背景噪声灰度，以水泥基材料经过泛碱处理后的表面图像P₂为检测灰度，将检测灰度中的背景噪声灰度去除，得到消除背景噪声灰度后的待测水泥基材料表面图像P₃＝P₂-P₁；

(7)对消除背景噪声后的待测水泥基材料表面图像P₃，某一位置的灰度值与该位置的泛碱程度成正比，计算不同灰度值所占整个待测水泥基材料表面面积的比例，得到泛碱相对面积，泛碱相对面积越大表明抗泛碱能力越差。

进一步的，在本发明中，步骤(5)中，黑白图像保存为8位。8位图像的灰度值变化范围为0～255，足够较为准确地反映出图像上各个区域灰度的不同，从而反映出该区域的泛碱程度。

进一步的，在本发明中，步骤(7)中，将灰度值≤80所对应的区域划分为I型泛碱区域，80＜灰度值≤200所对应的区域划分为II型泛碱区域，分别计算得到I型泛碱区域和II型泛碱区域所占整个待测水泥基材料表面面积的比例。计算每个灰度对应的区域的大小，工作量较大且没有必要，所以可以参考上述划分方法，该方法是经过多次实验对某外墙板泛碱图像进行分析与甄别后总结出来的划分区间，实验时以距离待测水泥基材料表面6米以外观测，肉眼可见的泛碱程度较重的区域一般灰度值≤80，肉眼可见的泛碱程度较轻的区域一般80＜灰度值≤200，将整个待测水泥基材料表面存在泛碱的区域划分为这两个块，待测水泥基材料表面的其他区域灰度值＞200可以认为此处几乎没有泛碱的情况，这样得到上述两个不同区域所占的面积的比例，两者的比例相加数值越大表面抗泛碱能力越弱，并且其中I型泛碱区域的比例越大则泛碱越严重、抗泛碱能力越弱，这样，对整个待测水泥基材料表面的泛碱状况有一个相对准确的定量评估。

有益效果：

本发明对待测水泥基材料表面图像利用计算机进行图像处理与分析，根据待测水泥基材料表面图像不同区域灰度值的差异进行泛碱程度与区域的甄别，再计算出泛碱的区域，评价材料的抗泛碱能力。与传统的评价方法相比，有着将定性评价转化为定量评价的优势。具体包括如下优点：

1、与传统评价方法中的泛碱处理相比，静止水层渗透与蒸发不会像流水一样带走水泥基材料内部泛出物质，更为准确的反映了待测水泥基材料的抗泛碱能力；

2、与传统评价方法中的判断是否有泛碱现象相比，待测水泥基材料表面图像分析技术由定性评价转变为定量评价，可以表征待测水泥基材料表面不同程度的泛碱以及其面积；

3、与已有的利用图像分析技术表征材料抗泛碱能力的方法相比，本发明采用灰度示差处理方法，在定光源、定角度等条件下采集泛碱处理前与处理后待测水泥基材料表面的图像，这样可以减少了由于材料材质、环境等造成的误差；

4、本发明针对实际生产中的泛碱现象进行了分类，通过对定义6米外肉眼可见的I型泛碱灰度范围与6米内肉眼可见II型泛碱灰度范围，更为合理的表征了水泥基材料表面泛碱程度并评价抗泛碱能力。目前试验表明：本发明中的水泥基材料抗泛碱能力评价方法不仅可以有效的评价多种配比的水泥基材料，对于具有不同颜色的水泥基材料也有良好的评价效果。

附图说明

图1显示采集水泥基材料表面数码图像示意图；

图2显示无盖盒装容器搭建示意图；

图3中，左侧为待测水泥基材料初始表面高分辨图像P₁，右侧为水泥基材料表经过泛碱处理的表面图像P₂；

图4中，左侧为经过预处理后的图像P₁，中间为经过预处理后的图像P₂；右侧为消除背景噪声灰度后的待测水泥基材料表面图像P₃；

图5中，左上为图像P₂不去背景噪声进行阈值切割后的I型泛碱区域；右上为图像P₂不去背景噪声进行阈值切割后的II型泛碱区域；左下为图像P₃进行阈值切割后的I型泛碱区域；右下为图像P₃进行阈值切割后的II型泛碱区域；

图6为图像P₂、P₃的I型泛碱相对面积与II型泛碱区域泛碱面积。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

(1)采集初始图像：如图1所示，将待测水泥基材料置于恒定光源下，将高分辨数码相机垂直于材料表面，调整拍摄高度、角度等参数，采集待测水泥基材料初始表面高分辨图像P₁，如图3左侧图像所示；

(2)如图2所示，以待测水泥基材料表面为底，PVC板为侧面搭建高度大于20mm的无盖盒装容器，利用密封材料封闭接缝处空隙；

(4)进行泛碱处理，向容器中加入适量去离子水，使材料表面上方形成5mm～10mm厚度的水层，静置24h，使水分充分渗入水泥基材料内部；利用恒定速率(大于5m/s)的气流平行吹拂水层表面，加速水分蒸发，使水泥基材料内部可溶性组分随水分迁移至材料表面沉积；待水分完全蒸发后，重复上述过程2～3次；

(4)采集泛碱图像：将经过泛碱处理的水泥基材料置于与步骤(1)中相同的拍摄条件下采集待测水泥基材料经过泛碱处理后的表面图像P₂，如图3右侧图像所示；

(5)图像预处理：利用图像处理软件Photoshop对图像P₁与P₂进行同位切割，使两图像所代表的材料表面区域完全相同，位置一一对应；再将图像P₁与P₂转换为8位图像，该类型图像为黑色图像，仅存在灰度变化，变化范围为0～255，分别得到如图4所示的图像，图4左侧为图像P₁经过预处理后的图像，图4中间为图像P₂经过预处理后的图像。

(6)将采集的图像P₁、P₂进行图像预处理：对两图像进行同位切割，使P₁、P₂图像表征材料表面位置信息一一对应，再将图像转换为仅存在灰度变化的黑白图像；

(7)将预处理后的图像进行灰度示差分析：水泥基材料初始表面图像P₁或多或少会对图像P₂上灰度的判断有影响，因此直接从图像P₂上进行判断会导致比较大的误差；所以以水泥基材料初始表面图像P₁为背景噪声灰度，以水泥基材料经过泛碱处理后的表面图像P₂为检测灰度，利用图像分析软件imageJ将图像P₂-P₁，即去背景噪声后，获得得到消除背景噪声灰度后的待测水泥基材料表面图像P₃，如图4右侧所示。该操作大大减少了由于材料材质、初始表面不均匀、外部环境等多种因素带来的图像灰度干扰，图像P₃即为待测水泥基材料表面泛碱的实际图像。

(8)泛碱程度与面积测定：利用图像分析软件imageJ将图像P₃进行阈值切割，计算灰度≤80范围内的I型泛碱区域占据的像素点个数m，80＜灰度值≤200范围内的II型泛碱区域占据的像素点个数m₂，定义m₀为整个图像像素点个数，即有I型泛碱相对面积w₁＝m₁/m₀，II型泛碱相对面积w₂＝m₂/m₀。

如图6所示，比较图像P₂与图像P₃阈值切割后的不同程度泛碱区域的面积，可见灰度示差分析有效地减少了各类因素导致的泛碱面积误差。

实施例1：

(1)取某工厂预制水泥基外墙板构件，规格为250mm*200mm*17.5mm，表面为灰色。利用15W节能灯作为光源，将数码相机垂直置于该构件中心上方0.5m处，采集外墙板表面图像；

(2)使用252mm*30mm、202mm*30mm规格PVC板各两块与外墙板构件搭建盒装容器，并使用石蜡封堵接缝处；

(3)向容器中加入250ml去离子水，使材料表面上形成5mm厚度水层，静置24h后，使用6.33m/s横风平行吹拂水层表面，待水分完全蒸发后重复该操作2遍；

(4)在与步骤(1)相同条件下采集外墙板构件泛碱处理后的表面图像；

(5)经过图像预处理、灰度差值分析与面积计算后，得出该外墙板构件I型泛碱相对面积为27.14％、II型泛碱相对面积为9.75％。

实施例2：

(1)成型水泥基材料规格为300mm*300mm*12.5mm，水灰比W/C＝0.3076，砂率为1，染料添加量为胶凝材料质量0.07的红色板状试件，在砂浆标准养护条件下养护7天(成型模具尺寸在300mm*300mm*30mm)；

(2)利用15W节能灯作为光源，将数码相机垂直置于试件中心上方0.62m处，采集水泥基材料表面图像；

(3)使用石蜡将试件与模具接缝处密封；

(4)向模具中加入270ml去离子水，使试件表面形成5mm厚度水层，静置24h后，用8.5m/s横风平行吹拂水层表面，待水分完全蒸发后重复该操作2遍；

(5)在与步骤(2)相同的条件下采集试件经泛碱处理后的表面图像；

(6)经过图像预处理、灰度差值分析与面积计算后，得出试件I型泛碱相对面积为65.33％、II型泛碱相对面积为21.89％。

实施例3：

(1)成型水泥基材料规格为300mm*300mm*17.5mm，水灰比W/C＝0.2576，染料添加量为胶凝材料质量为0.07的红色板状试件，在砂浆标准养护条件下养护7d(成型模具尺寸在300mm*300mm*30mm)；

(2)利用15W节能灯作为光源，将数码相机垂直置于试件中心上方0.62m处，采集水泥基材料表面图像；

(3)使用石蜡将试件与模具接缝处密封；

(4)向模具中加入540ml去离子水，使试件表面形成10mm厚度水层，静置24h后，用9.33m/s横风平行吹拂水层表面，待水分完全蒸发后重复该操作3遍；

(5)在与步骤(2)相同的条件下采集试件经泛碱处理后的表面图像；

(6)经过图像预处理、灰度差值分析与面积计算后，得出试件I型泛碱相对面积为42.70％、II型泛碱相对面积为21.36％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于评价水泥基材料抗泛碱能力的方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：

(1)在待测水泥基材料表面置于在恒定光源强度与恒定光源位置的条件下，将数码相机垂直于待测水泥基材料表面，采集待测水泥基材料初始表面高分辨图像P₁；

(2)以待测水泥基材料表面为底搭建无盖容器，利用密封材料封闭接缝处空隙；

(3)进行泛碱处理，向容器中加入适量去离子水，使待测水泥基材料表面上形成5mm～10mm厚度的水层，静置24h，再利用大于5m/s的恒定速率并且平行于待测水泥基材料表面的气流吹拂水层表面，直至待测水泥基材料表面的水分完全蒸发；重复该步骤进行泛碱处理2～3次；

(4)在与步骤(1)相同的拍摄条件下，采集待测水泥基材料经过泛碱处理后的表面图像P₂；

(5)将采集的图像P₁、P₂进行图像预处理：对两图像进行同位切割，使P₁、P₂图像表征材料表面位置信息一一对应，再将图像转换为仅存在灰度变化的黑白图像；

(6)将预处理后的图像进行灰度示差分析：以水泥基材料初始表面图像P₁为背景噪声灰度，以水泥基材料经过泛碱处理后的表面图像P₂为检测灰度，将检测灰度中的背景噪声灰度去除，得到消除背景噪声灰度后的待测水泥基材料表面图像P₃＝P₂-P₁；

(7)对消除背景噪声后的待测水泥基材料表面图像P₃，某一位置的灰度值与该位置的泛碱程度成正比，计算不同灰度值所占整个待测水泥基材料表面面积的比例，得到泛碱相对面积，泛碱相对面积越大表明抗泛碱能力越差。

2.根据权利要求1所述的用于评价水泥基材料抗泛碱能力的方法，其特征在于：步骤(5)中，黑白图像保存为8位。

3.根据权利要求2所述的用于评价水泥基材料抗泛碱能力的方法，其特征在于：步骤(7)中，将灰度值≤80所对应的区域划分为I型泛碱区域，80＜灰度值≤200所对应的区域划分为II型泛碱区域，分别计算得到I型泛碱区域和II型泛碱区域所占整个待测水泥基材料表面面积的比例。