CN105548202A - 一种混凝土收缩裂缝自动监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其包括样品监测工作台，用于盛放待监测的混凝土测试样品。所述工作台上还设置有纵向延伸的第一轨道，所述第一轨道上设置有支架，所述支架在第一驱动装置的驱动下，可沿所述第一轨道延伸的方向往返移动。所述支架上设置有横梁，所述横梁上设置有横向延伸的第二轨道，所述第二轨道上设置有裂缝监测装置，所述裂缝监测装置在第二驱动装置的驱动下可沿所述第二轨道往返移动。其中所述监测装置用于对所述混凝土测试样品进行相关的裂缝监测并输出结果。

Description

一种混凝土收缩裂缝自动监测系统
技术领域
本发明涉及一种混凝土性能的监测系统，特别是，一种用于自动监测混凝土早期收缩裂缝的监测系统。
背景技术
随着我国现代工业的迅速发展和城市规模的不断扩大，城镇人口急剧增加，这使得城市建设工程也不断加大，而其中涉及使用的混凝土用量，也是大幅度增加。
混凝土由于其自身材料性质，使得其在凝结硬化过程中时，会出现收缩裂缝现象。而为了保证建筑工程的工程质量，需要了解其使用混凝土的这种性能指标，以免出现因混凝土收缩裂缝，而导致出现工程质量问题。
一般而言，影响混凝土耐久性的因素主要有钢筋锈蚀、化学腐蚀（包括混凝土碳化）、冻融循环和碱-骨料反应。相对来讲，钢筋锈蚀所造成的影响和破坏可能是最严重的。由于高性能混凝土具备高抗渗性和高强度，上述影响因素和影响方式可能会发生变化。
提高混凝土的耐久性，必须从混凝土制备的源头开始。高抗渗性混凝土成为近年来的研究热点。但是随着各种外加剂的加入，混凝土自身的收缩或膨胀发展，开始脱离混凝土原始的发展规律。
影响混凝土耐久性的缓慢过程，与有害离子在混凝土中的传输或局部发生的化学反应有关，所以用电测方法来测试和评价混凝土耐久性成为主流。但电测方法的巨大弊端就是人为施加的电压对于混凝土内部环境的破坏，由此产生的误差无法估量。
混凝土耐久性能的控制，最基本的指标在于控制其裂缝的发展；而混凝土早期自收缩的控制，又是裂缝控制的根本。
研究混凝土早期收缩的一个首要问题是如何通过试验的方法测得混凝土早期收缩的发展规律，从而可以定性地比较不同组分混凝土的收缩开裂趋势，也可为定量的结构分析提供基础性的材料性能数据。评估混凝土早期收缩性能可通过量测混凝土的自由收缩值与观测约束收缩时的开裂趋势来确定。自由收缩的测量通常只能定性的分析不同混凝土的收缩大小，但不能定量分析收缩对结构的影响；而约束收缩试验除了定性分析开裂趋势外，还可进一步对收缩造成的结构影响加以量化分析。
目前，业界评估混凝土裂缝监测以及早期收缩性能和约束收缩试验主要有两种。其中混凝土裂缝监测一般参照国家标准《危险房屋鉴定标准》（GJG125-1999），监测裂缝宽度来评定房屋危险点的相关要求，通过裂缝测宽仪进行拍照取样并得出测试结果。混凝土干燥收缩与混凝土早期自收缩的监测，可参照国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GBJ50082-2009），通过接触式千分表和非接触式电涡流传感器进行数据的采集和计算。干燥收缩则较多采用机械千分表人工读数的方式进行，非接触法早期自收缩测定仪的数据均有电脑软件采集和计算。
进一步的，其中混凝土开裂性能的测试方法主要有三种：
1.采用土工工程学会（CCES2004-01）标准方形混凝土受限开裂试模，使用56套通螺纹螺杆作为限制器，加速混凝土的开裂。数据采集方式为人工值守和观察，待出现肉眼可见的裂缝后进行记录和跟踪，一般一个试模的试块可能出现2至3条可见裂缝。
2.采用国家标准（GBJ50082/2009）推荐的刀口形混凝土受限开裂试模，使用7根倒三角裂纹诱导器。数据采集方式同方形试模一致。
3.采用铁建设（2005）-160号推荐的圆环形受限开裂试模，使用内外圆环形受限方式，数据采集可使用贴应变片和数据采集仪的方式进行。
这其中，人工值守的缺点首先是耗时耗力而又不精确。例如，其一般的做法是安排测试人员值守，直至肉眼可见的裂缝出现以后才开始记录数据，但很多细微裂纹可能在此之前已经发展多时，故此方法无法做到精确判断。由于在此过程中的人为误差，导致无法在第一时间确定哪个配合比的试样先开裂，而只能判断哪个配合比的试样最终发展出来的裂纹更宽、更长。
而当前由于混凝土技术的发展，高抗渗性混凝土对于抵抗离子侵蚀的能力，在任何细微的微裂纹下，都将散失殆尽。评判混凝土耐久性能的优劣，不能单纯从最终裂纹的粗细长短来评价。
有一些研究者采用应变片的方法进行试验，由于应变片的灵敏度不够高，无法精确判断表面的细微裂纹，因此，在混凝土表面贴应变片进行数据采集的方法也并未得到很好的推广。
另外，也有一些研究是采用光纤光栅传感器的方法，来测试细微裂纹的产生，但是由于传感器本身封装比较困难，成品率不够高，加之价格昂贵等原因，导致试验的运行成本太高。
因此，确有必要，来研发一种新型的混凝土收缩裂缝的全自动监测装置，来克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的混凝土收缩裂缝自动监测系统，其能自动跟踪监测混凝土早期收缩裂缝形成和扩展过程，评估混凝土特别是高性能混凝土的早期收缩性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其包括样品监测工作台，其上设置有混凝土抗裂试模，用于盛放待监测的混凝土测试样品。所述工作台上还设置有纵向延伸的第一轨道，所述第一轨道上设置有支架，所述支架在第一驱动装置的驱动下，可沿所述第一轨道延伸的方向往返移动。所述支架上设置有横梁，所述横梁上设置有横向延伸的第二轨道，所述第二轨道上设置有裂缝监测装置，所述裂缝监测装置在第二驱动装置的驱动下可沿所述第二轨道往返移动。其中所述裂缝监测装置包括接收指令单元、图像采集单元以及中央处理单元，其中所述指令接收单元用于接收外部指令；所述图像采集单元用于对所述混凝土测试样品进行不同时间、不同位置的拍照，以采集所述混凝土测试样品早期裂缝出现时间、裂缝宽度以及裂缝长度等信息，并将这些图像数据传送给所述中央处理单元，由其对这些图像数据进行处理，得出所述混凝土测试样品，其早期裂缝出现时间、裂缝宽度以及裂缝长度等信息。所述检测装置的中央处理单元还与所述第一驱动装置和第二驱动装置连接，从而协调所述监测装置和所述第一驱动装置和第二驱动装置之间的关联运作。
进一步的，其中所述裂缝监测装置的指令接收单元包括一个显示屏操作单元，用于接收外部输入的指令，从而根据所述输入指令，控制整个系统的操作运转。
进一步的，其中所述裂缝监测装置的中央处理单元，其是采用二维图像拼接的方式，来进行图像数据处理的。
进一步的，其中所述中央处理单元，其采用的二维图像拼接图像处理方式，是基于特征的图像拼接技术（ImageStitchingTechnologiesBasedOnFeatures），进行图像数据处理。
进一步的，其中所述中央处理单元，其采用的二维图像拼接图像处理方式，是基于色差处理技术（ColorProcessingTechnologies），进行图像数据处理。
进一步的，其中所述图像采集单元，其采用的高清摄像头，其放大倍数在10~100倍。
进一步的，其中所述图像采集单元，其采用的高清摄像头，其像素在200~1000W。
进一步的，其中所述第一驱动装置和第二驱动装置，包括驱动电机。
进一步的，其中所述驱动电机包括步进电机或是伺服电机中的一种。
进一步的，其中所述第一轨道包括两个，两者平行设置，所述支架架设在所述两平行的第一轨道上。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明涉及的一种新型的混凝土收缩裂缝自动监测系统，其能自动地跟踪监测采集测试混凝土早期收缩裂缝形成和扩展过程的图像信息，并根据这些图像信息的处理结果输出所述测试混凝土相关的裂缝图像信息，根据这一结果信息，从而可有效的评估混凝土，特别是高性能混凝土的早期收缩性能。
附图说明
图1是本发明涉及的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统的结构示意图。
图中的附图标记说明如下。
样品监测工作台 10 混凝土抗裂试模 11
第一轨道 12 支架 14
横梁 16 裂缝监测装置 20
图像采集单元 22
具体实施方式
以下将结合说明书附图对本发明涉及的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统的技术方案作进一步的详细说明。
本发明的一个实施方式，提供了一种新型混凝土收缩裂缝自动监测系统，其包括样品监测工作台10，其上设置有混凝土抗裂试模11，用于盛放待监测的混凝土测试样品，即约束混凝土平板。
所述工作台上还设置有一对纵向延伸的第一轨道12，两者平行设置。所述第一轨道12上设置有支架14，所述支架14与一驱动电机连接，在其驱动下可沿所述第一轨道12延伸的方向往返移动。
所述支架14上设置有横梁16，所述横梁上设置有横向延伸的第二轨道，所述第二轨道上设置有监测装置20。所述监测装置20与第二驱动电机连接，并在其驱动下沿所述第二轨道往返移动。
进一步的，其中所述监测装置20包括有显示屏操作单元、图像采集单元22以及中央处理单元。其中所述显示屏操作单元用于接收外部输入的指令，从而根据所述输入指令，控制整个系统的操作运转。
所述图像采集单元，例如高清摄像头，用于对所述混凝土测试样品进行不同时间、不同位置的拍照，以采集所述混凝土测试样品早期裂缝出现时间、裂缝宽度以及裂缝长度信息，并将这些拍照图像数据传递给所述中央处理单元，由其对其进行图像数据处理，得出所述混凝土测试样品，其早期裂缝出现时间、裂缝宽度以及裂缝长度信息，然后再将所述图像数据处理结果输出。
而所述监测装置的中央处理单元还会所述第一驱动电机和第二驱动电机连接，从而协调所述监测装置和所述第一驱动电机和第二驱动电机之间的关联运作，从而实现系统功能。
具体来讲，在一个实施方式中，一种本发明涉及的混凝土收缩裂缝自动监测系统，其具体的技术参数如下：
1．符合规范：CCES2004/01；
2．摄像头放大倍数：DIGICAM系列，10~100倍可调；
3．摄像头CCD：200W~500W像素可选；
4．电机精度：0.001mm，X与YZ轴协调工作；
5．减震光学平台：高度1000mm，面积1000*1100mm；
6．采样面积：600*600mm。
工作原理：从混凝土试样浇筑完成开始，对试样表面进行循环显微拍摄，通过记录坐标的方式，对前后同一坐标的图像进行对比，通过编制好的计算机软件来判断试样是否已开裂或者开裂的程度。
图像采集方式是通过拍照的方式，自动采集混凝土早期裂缝出现时间，裂缝宽度，裂缝长度。其中图像处理方式是采用，基于特征的图像拼接技术（ImageStitchingTechnologiesBasedOnFeatures）和色差处理技术（ColorProcessingTechnologies）相结合。
具体来讲，二维图像拼接依据特征信息提取方法的不同，可以分为基于区域和基于特征两种。基于特征的拼接可以提取有旋转平移缩放不变性的不变量，具有快速准确的特点，在工业测量中还可人为加入特制标记，使测量更有实用性。
图像拼接的关键是精确找出相邻图像中重叠部分的位置，然后确定两张图像的变换关系，然后进行拼接和拼缝融合。但是由于照相机受环境和硬件等条件影响，所要拼接的图像往往存在平移、旋转、大小、色差及其组合的形变与扭曲等差别。因此，本发明涉及的监测系统采用基于特征的图像拼接技术，首先对图像进行轮廓提取，然后再对提取的轮廓进行匹配，从而确定重叠位置，最后对重叠部分进行融合，完成将两幅有重叠的图像拼合成一张大尺寸图。
试样是否开裂的评判依据是前后同一坐标两张图片的对比，通过色差处理，挑选出产生裂纹的图片并对坐标和时间进行记录。产生裂纹附近的图片，又会通过二维图像拼接技术，计算出裂纹的宽度和长度，以及裂纹面积等指标。
在本发明涉及的监测系统，其监测装置内设置的运行软件，会根据接收到的指令，设定机器硬件的运转进而自动的进行工作。当软件预先设定好的工作时间完成后，会自动得输出监测结果，包括第一条细微裂缝出现的时间（裂缝的指标可在软件里设定），裂缝的数量，每条裂缝的长度和最大宽度，裂缝面积等等。
进一步的，本发明涉及的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其工作流程可以是包括以下步骤：
1.样品的制作：根据国家混凝土耐久性试验规范，在工作平台上的混凝土试模上，成型混凝土测试样品，分层振捣后抹平；
2.样品的处理：待样品初凝后，例如，约8小时；在样品表面均匀撒上硫酸钡粉末，使粉末尽量完全覆盖整个样品表面，例如，其表面积可以是，600X600mm；
3.试验参数的设定：试验参数主要是测试时间的设定，可以预约试验时间，也可以设定试验的结束时间，也可以在试验过程中任意时间段终止试验；
4.试验结果的处理：图像数据处理结果包括第一道裂缝产生的时间，每一道裂缝的坐标位置，每一道裂缝的长度宽度和面积，总裂缝的长度宽度和面积；而在其他实施方式中，也可以根据试验要求进行特殊设定。
本发明涉及的一种新型的混凝土收缩裂缝自动监测系统，其能自动地跟踪监测采集测试混凝土早期收缩裂缝形成和扩展过程的图像信息，并根据这些图像信息的处理结果输出所述测试混凝土相关的裂缝图像信息，根据这一结果信息，从而可有效的评估混凝土，特别是高性能混凝土的早期收缩性能。
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用于限制此发明。凡在本发明的精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混凝土收缩裂缝自动监测系统；其特征在于，其包括样品监测工作台，其上设置有混凝土抗裂试模，用于盛放待监测的混凝土测试样品；所述工作台上还设置有纵向延伸的第一轨道，所述第一轨道上设置有支架，所述支架在第一驱动装置的驱动下，可沿所述第一轨道延伸的方向往返移动。
2.所述支架上设置有横梁，所述横梁上设置有横向延伸的第二轨道，所述第二轨道上设置有裂缝监测装置，所述裂缝监测装置在第二驱动装置的驱动下可沿所述第二轨道往返移动；其中所述监测装置包括接收指令单元、图像采集单元以及中央处理单元，其中所述指令接收单元用于接收外部指令；所述图像采集单元用于对所述混凝土测试样品进行不同时间、不同位置的拍照，以采集所述混凝土测试样品早期裂缝出现的时间、裂缝宽度以及裂缝长度等信息，并将这些获得的图像数据传送给所述中央处理单元，由其对这些图像数据进行处理，得出所述混凝土测试样品，其早期裂缝出现时间、裂缝宽度以及裂缝长度等信息；所述检测装置的中央处理单元还与所述第一驱动装置和第二驱动装置连接，从而协调所述监测装置和所述第一驱动装置和第二驱动装置之间的关联运作。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述裂缝监测装置的指令接收单元包括一个显示屏操作单元，用于接收外部输入的指令，从而根据所述输入指令，控制整个系统的操作运转。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述裂缝监测装置的中央处理单元，其是采用二维图像拼接的方式，来进行图像数据处理的。
5.根据权利要求3所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述中央处理单元，其采用的二维图像拼接图像处理方式，是基于特征的图像拼接技术，进行图像数据处理。
6.根据权利要求3所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述中央处理单元，其采用的二维图像拼接图像处理方式，是基于色差处理技术，进行图像数据处理。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述图像采集单元，其采用的高清摄像头，其放大倍数在10~100倍。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述图像采集单元，其采用的高清摄像头，其像素在200~1000W。
9.根据权利要求1所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述第一驱动装置和第二驱动装置，包括驱动电机。
10.根据权利要求8所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述驱动电机包括步进电机或是伺服电机中的一种，根据权利要求1所述的一种混凝土收缩裂缝自动监测系统，其特征在于：其中所述第一轨道包括两个，两者平行设置，所述支架架设在所述两平行的第一轨道上。
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