CN112014297B - 一种机制砂颗粒粒形的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机制砂颗粒粒形的评价方法，属于建筑材料技术领域。包括：1)随机抽取机制砂样品后进行缩分；2)烘干至恒重，分别收集1.18～2.36mm和2.36～4.75mm粒径范围的机制砂颗粒，并放置在白色散光板上；3)将标准圆板放置在机制砂颗粒中央作为参照物；4)对机制砂和标准圆板进行拍照，过滤掉无关的图象阴影，识别出机制砂的投影面积，投影轮廓周长，标准圆板的投影面积，投影轮廓周长；5)将机制砂的投影面积，投影轮廓周长转换成真实的投影面积和投影轮廓周长；6)最后根据机制砂颗粒的平均投影面积，平均投影周长，密度和平均质量计算出机制砂颗粒的圆度和球度值。圆度和球度越接近1，机制砂颗粒的粒形越好；与1的差值越大，机制砂颗粒的粒形越差。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体为一种机制砂颗粒粒形的评价方法。
背景技术
随着我国城镇化的的快速发展，直接推动了建筑行业及基础设施的快速发展，对混凝土材料的需求，特别是高性能混凝土材料的需求日益增加。与此同时，作为混凝土重要组成部分的天然砂资源日益枯竭，取而代之的是机制砂。机制砂是由天然岩石经过机械破碎而成，与天然砂相比，其颗粒表面粗糙、棱角性显著，面对现代社会对高性能混凝土的技术要求，其颗粒粒形成为影响混凝土性能的重要因素之一。
目前，在机制砂粒形方面，我国现有的建筑规范和标准中仅对混凝土用机制砂的针片状含量做了相应的要求，公路规范和标准中仅用棱角性试验来间接评估机制砂的棱角性，这并不足以全面体现出机制砂的粒形状态，部分机制砂虽然不是针片状颗粒范畴，但其粒形仍然属于不规则颗粒范畴，仍然会对混凝土的性能产生不良后果，如工作性不佳，体积稳定性差等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机制砂颗粒粒形的评价方法，通过本发明方法能够准确的计算出机制砂的圆度和球度，进而实现对机制砂粒形的评价，可用于指导混凝土生产配制时对机制砂的选择以及机制砂生产商在制砂工艺及设备参数设定。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种机制砂颗粒粒形的评价方法，包括以下步骤：
1)从机制砂料堆上按照取样规则，随机均匀抽取机制砂样品后按照四分法则进行缩分；
2)将缩分后的机制砂样品烘干至恒重，分别收集1.18～2.36mm或2.36～4.75mm粒径范围的机制砂颗粒，并放置在白色散光板上，机制砂颗粒间相互独立分散开，不出现遮挡、紧挨；
3)将已知直径和厚度的标准圆板放置在机制砂颗粒中间作为参照物，且标准圆板与机制砂颗粒间也不相互干扰；
4)对分散的机制砂和标准圆板进行拍照，然后对照片进行预处理，过滤掉无关的图象阴影，自动识别出机制砂的投影面积，投影轮廓周长，标准圆板的投影面积，投影轮廓周长；
对照片进行预处理的目的是过滤掉无关的图像阴影，进而识别出机制砂的投影面积，投影轮廓周长，标准圆板的投影面积，投影轮廓周长。可以采用能实现上述预处理效果的软件，如MATLAB、Image-Pro Plus等。
5)通过已知标准圆板的真实面积和周长，将机制砂的投影面积，投影轮廓周长转换成真实的投影面积和投影轮廓周长；
6)最后根据机制砂颗粒的平均投影面积，平均投影周长，密度和平均质量计算出机制砂颗粒的圆度和球度值，圆度和球度越接近1，则表明机制砂颗粒的粒形越好；反之，与1的差值越大，则表明机制砂颗粒的粒形越差。
进一步，所述机制砂料堆为机制砂常规堆场，堆场应具有遮雨棚和排水设施，避免雨水冲刷机制砂，使其表面形状发生改变，同时机制砂料堆中应避免混入杂质、人为碾压和离析。
进一步，所述四分法采用分料器分样，分样时机制砂样品应在潮湿状态下拌和均匀。
进一步，所述机制砂样品烘干至恒重的温度为100～105℃，铺开厚度不应超过10mm。
进一步，所述恒重为相邻两次称量时间间隔大于15min时的重量之差小于试验样品质量的0.1％。
进一步，所述1.18～2.36mm或2.36～4.75mm粒径范围的机制砂颗粒应采用标准方孔筛筛分至每分钟通过量小于试样总质量的0.1％为止，并且收集的机制砂颗粒质量精确到0.001g。
进一步，所述白色散光板应干净无杂质，不能反射出强烈的光线，且与机制砂色彩对比明显，机制砂分散铺设到白色散光板上，各颗粒间应相互独立分散，颗粒间两两间距不大于1mm。
进一步，所述标准圆板为金属材质，硬度较高，磨损较低，色彩偏暗淡，圆形面为非镜面，不能反射出较强的光。更进一步，对于1.18～2.36mm的机制砂颗粒，标准圆板直径为10mm，厚度为1.18mm；对于2.36～4.75mm的机制砂颗粒，标准圆板直径为20mm，厚度为2.36mm。
进一步，所述拍照拍摄出的照片呈灰白图案，拍照设备应在机制砂相对正上方20～50cm的位置，拍照分辨率不低于1200万像素，涵盖所有机制砂范围但不超出散光白板的范围，且照片中的机制砂颗粒形貌清晰，棱角分明。
进一步，所述机制砂颗粒的圆度和球度值的计算公式如下：
圆度：
球度：
其中：RO为机制砂颗粒的圆度；SP为机制砂颗粒的球度；A为机制砂颗粒的平均投影面积；p为机制砂颗粒的平均投影周长；m为机制砂颗粒的平均质量；ρ为机制砂颗粒的密度；ε为机制砂颗粒的表面积修正值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中机制砂拍照和图像处理均可使用现有的拍照设备及照片处理软件实现，可操作性强；同时可以将拍照设备，照片处理，换算及计算过程集成为一体，通过某一个软件或APP实现，以手机为载体，拍照后直接对照片进行处理，不需要额外的固定支架和数码相机等照片设备，使用方便高效准确。
本发明在评价过程中引入标准圆板和散光白板，降低了拍摄角度、距离以及光线镜面反射对结果的影响，输出结果完全来源于机制砂颗粒图像，尽可能的排除了人为因素对结果的影响。
本发明评价方法实用性强，能够准确的计算出机制砂的圆度和球度，进而实现对机制砂粒形的评价，可用于指导混凝土生产配制时对机制砂的选择以及机制砂生产商在制砂工艺及设备参数设定。
附图说明
图1为对分散的机制砂和标准圆板进行拍摄得到的图片；
图2为将拍摄得到的图片进行预处理得到的灰度图；
图3为将拍摄得到的图片进行预处理得到的反值图；
图4为将拍摄得到的图片进行预处理得到的投影轮廓图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面从具体步骤对本发明一种机制砂颗粒粒形的评价方法进行详细说明。
本发明一种机制砂颗粒粒形的评价方法，包括以下步骤：
1.从机制砂料堆上按照取样规则，随机均匀抽取机制砂样品后按照四分法则进行缩分。
其中，所述机制砂料堆为机制砂常规堆场，堆场应具有遮雨棚和排水设施，避免雨水冲刷机制砂，使其表面形状发生改变，同时机制砂料堆中应避免混入杂质、人为碾压和离析。
所述四分法采用分料器分样，分样时机制砂样品应在潮湿状态下拌和均匀。
2.将缩分后的机制砂样品烘干至恒重，分别收集1.18～2.36mm或2.36～4.75mm粒径范围的机制砂颗粒，并放置在白色散光板上，机制砂颗粒间相互独立分散开，不出现遮挡、紧挨。
其中，所述机制砂样品烘干至恒重的温度为100～105℃，铺开厚度不应超过10mm。
所述恒重为相邻两次称量时间间隔大于15min时的重量之差小于试验样品质量的0.1％。
所述1.18～2.36mm或2.36～4.75mm粒径范围的机制砂颗粒应采用标准方孔筛筛分至每分钟通过量小于试样总质量的0.1％为止，并且收集的机制砂颗粒质量精确到0.001g。
所述白色散光板应干净无杂质，不能反射出强烈的光线，且与机制砂色彩对比明显，机制砂分散铺设到白色散光板上，各颗粒间应相互独立分散，颗粒间两两间距不大于1mm。
白色散光板采用塑料、亚克力板均可，只要能够形成散色的光，表面满足亚光面，尺寸大小满足颗粒间能够相互独立，在照相镜头内即可。
3.将已知直径和厚度的标准圆板放置在机制砂颗粒中间作为参照物，且标准圆板与机制砂颗粒间也不相互干扰。
其中，所述标准圆板为金属材质，硬度较高，磨损较低，色彩偏暗淡，圆形面为非镜面，不能反射出较强的光。更进一步，对于1.18～2.36mm的机制砂颗粒，标准圆板直径为10mm，厚度为1.18mm；对于2.36～4.75mm的机制砂颗粒，标准圆板直径为20mm，厚度为2.36mm。
4.对分散的机制砂和标准圆板进行拍照，然后对照片进行预处理，过滤掉无关的图象阴影，自动识别出机制砂的投影面积，投影轮廓周长，标准圆板的投影面积，投影轮廓周长。
其中，所述拍照拍摄出的照片呈灰白图案，拍照设备应在机制砂相对正上方20～50cm的位置，拍照分辨率不低于1200万像素，涵盖所有机制砂范围但不超出散光白板的范围，且照片中的机制砂颗粒形貌清晰，棱角分明。
对照片进行预处理的目的是过滤点无关的图像阴影，进而识别出机制砂的投影面积，投影轮廓周长，标准圆板的投影面积，投影轮廓周长。可以采用能实现上述预处理效果的软件，如现有的MATLAB、Image-Pro Plus等，且处理过程对于本领域技术人员是常规和容易实现的。
对分散的机制砂和标准圆板进行拍摄得到的的图片如图1所示，将拍摄得到的图片进行预处理得到的灰度图、反值图和投影轮廓图分别如图2、图3、图4所示。
5.通过已知标准圆板的真实面积和周长，将机制砂的投影面积，投影轮廓周长转换成真实的投影面积和投影轮廓周长。
具体地，将步骤4中通过照片预处理得到的标准圆板的投影面积(或投影轮廓周长)和已知标准圆板的真实面积(或投影轮廓周长)进行比较，找出步骤4中通过照片得到的标准圆板的投影面积(或投影轮廓周长)与标准圆板真实的投影面积(或投影轮廓周长)的比值，根据这个比值将步骤4中机制砂的投影面积(或投影轮廓周长)换算成真实的投影面积(或投影轮廓周长)。
6.最后根据机制砂颗粒的平均投影面积，平均投影周长，密度和平均质量计算出机制砂颗粒的圆度和球度值，圆度和球度越接近1，则表明机制砂颗粒的粒形越好；反之，与1的差值越大，则表明机制砂颗粒的粒形越差。
所述机制砂颗粒的圆度和球度值的计算公式如下：
圆度：
球度：
其中：RO为机制砂颗粒的圆度；SP为机制砂颗粒的球度；A为机制砂颗粒的平均投影面积；p为机制砂颗粒的平均投影周长；m为机制砂颗粒的平均质量；ρ为机制砂颗粒的密度；ε为机制砂颗粒的表面积修正值。
上述算式中，平均投影面积由真实面积除以颗粒数得到，平均投影周长由真实周长除以颗粒数得到，平均质量由机制砂的总质量除以颗粒数得到，取平均值可以消除极个别的极端值，提高计算准确性。
机制砂密度ρ按照本领域的常规方法即可得到，对于本领域技术人员是常规技术，表面积修正值ε为机制砂圆度值的倒数1/RO，可以在一定程度上降低测试和计算所造成的误差。
下面通过具体实施例对本发明一种机制砂颗粒粒形的评价方法进一步说明。
实施例1
本实施例机制砂颗粒粒形的评价方法，具体包括以下步骤：
1.从机制砂料堆上按照取样规则取样，取样时，取样部位应均匀分布；取样前先将取样部位表面铲除，然后从不同部位抽取大致等量的机制砂8份，组成一组样品，样品质量为10kg；将机制砂样品在潮湿状态下拌和均匀，然后采用分料器将机制砂缩分到500g左右备用。
2.将缩分好的机制砂样品倒至托盘上均匀摊铺开，铺开厚度不大于10mm，将托盘连带机制砂放置到105℃的烘箱中烘烤一个小时后称重量，接着继续烘烤机制，15min后再次称量机制砂的重量，如果与上次称量差在机制砂最初质量的0.1％范围内即可停止烘烤，否则，继续烘烤直至机制砂的质量与前次称量之差在机制砂最初质量的0.1％范围。
3、将机制砂放在机制砂套筛上筛分至少10min，检验每分钟机制砂颗粒从2.36mm标准方孔筛掉落的颗粒质量，当每分钟通过量小于试样总质量的0.1％时即可停止筛分。从筛分好的机制砂颗粒中选取20.325g粒径为2.36～4.75mm颗粒。
4、将2.36～4.75mm粒级的机制砂颗粒分别放置在干净、无水泽、面积足够大的白色散光板上，机制砂颗粒间相互独立分散开，不出现遮挡、紧挨等，颗粒中央留出一定的面积用于放置直径为20mm，厚度为2.36mm的标准圆板作为参照物，保证标准圆板与机制砂颗粒间也不相互干扰。
5、将相机置于机制砂上方约30cm的位置，调节焦距和图框使得机制砂所有颗粒均能够较为清晰的拍摄到，机制砂最边缘颗粒宜接近图框边缘并且所有图框的范围不应超过散光白板范围外，通过聚焦到标准圆板上对分散的机制砂和标准圆板进行拍照并保存图片。
6、将拍摄照片导入MATLAB软件，转化为黑白图像(也可以直接拍摄成黑白图像)，软件对照片进行处理，过滤掉无关的图象阴影，自动识别出机制砂的投影面积A1＝1511013像素，投影轮廓周长P1＝51974像素，标准圆板的投影面积A2＝83537像素，投影轮廓周长P2＝566像素，同时MATLAB软件统计出机制砂的颗粒数为n＝368颗。
7、已知标准圆板实际面积RA2＝3.1416cm2；标准圆板实际周长RP2＝6.2832cm，则机制砂的实际面积RA1＝标准圆板的实际面积/标准圆板的投影面积×机制砂的投影面积＝3.1416/83537×1511013＝56.8251cm2；机制砂的实际周长RA1＝标准圆板的实际周长/标准圆板的投影轮廓周长×机制砂的投影轮廓周长＝6.2832/566×51974＝576.9665cm。
8、机制砂颗粒的平均投影面积A＝机制砂的实际面积/机制砂的颗粒数＝56.8251/368＝0.1544cm2；机制砂颗粒的平均投影周长p＝机制砂的实际周长/机制砂的颗粒数＝576.9665/368＝1.5678cm；机制砂的平均质量m＝20.325/368＝0.055g，机制砂的密度为2.72g/cm3。
9、圆度计算
球度计算
圆度和球度越大，机制砂的粒形越好，相比于现有机制砂粒形普遍采用针片状含量、堆积空隙率等简易测试方法，本方法能够定量描述机制砂粒形状况，具有明显的优越性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）从机制砂料堆上按照取样规则，随机均匀抽取机制砂样品后按照四分法则进行缩分；
2）将缩分后的机制砂样品烘干至恒重，分别收集1.18~2.36mm或2.36~4.75mm粒径范围的机制砂颗粒，并放置在白色散光板上，机制砂颗粒间相互独立分散开，不出现遮挡、紧挨；
3）将已知直径和厚度的标准圆板放置在机制砂颗粒中间作为参照物，且标准圆板与机制砂颗粒间也不相互干扰；
4）对分散的机制砂和标准圆板进行拍照，然后对照片进行预处理，过滤掉无关的图象阴影，自动识别出机制砂的投影面积，投影轮廓周长，标准圆板的投影面积，投影轮廓周长；
5）通过已知标准圆板的真实面积和周长，将机制砂的投影面积，投影轮廓周长转换成真实的投影面积和投影轮廓周长；
6）最后根据机制砂颗粒的平均投影面积，平均投影轮廓周长，密度和平均质量计算出机制砂颗粒的圆度和球度值，圆度和球度越接近1，则表明机制砂颗粒的粒形越好；反之，与1的差值越大，则表明机制砂颗粒的粒形越差；
所述机制砂颗粒的圆度和球度值的计算公式如下：
圆度：
球度：
其中：为机制砂颗粒的圆度；/>为机制砂颗粒的球度；/>为机制砂颗粒的平均投影面积；/>为机制砂颗粒的平均投影轮廓周长；/>为机制砂颗粒的平均质量；/>为机制砂颗粒的密度；/>为机制砂颗粒的表面积修正值。
2.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述机制砂料堆为机制砂常规堆场，堆场应具有遮雨棚和排水设施，避免雨水冲刷机制砂，使其表面形状发生改变，同时机制砂料堆中应避免混入杂质、人为碾压和离析。
3.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述四分法采用分料器分样，分样时机制砂样品应在潮湿状态下拌和均匀。
4.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述机制砂样品烘干至恒重的温度为100~105℃，铺开厚度不应超过10mm。
5.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述恒重为相邻两次称量时间间隔大于15min时的重量之差小于试验样品质量的0.1%。
6.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述1.18~2.36mm或2.36~4.75mm粒径范围的机制砂颗粒应采用标准方孔筛筛分至每分钟通过量小于试样总质量的0.1%为止，并且收集的机制砂颗粒质量精确到0.001g。
7.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述白色散光板应干净无杂质，不能反射出强烈的光线，且与机制砂色彩对比明显，机制砂分散铺设到白色散光板上，各颗粒间应相互独立分散，颗粒间两两间距不大于1mm。
8.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述标准圆板为金属材质，硬度较高，磨损较低，色彩偏暗淡，圆形面为非镜面，不能反射出较强的光。
9.如权利要求1所述一种机制砂颗粒粒形的评价方法，其特征在于，所述拍照拍摄出的照片呈灰白图案，拍照设备应在机制砂相对正上方20~50cm的位置，拍照分辨率不低于1200万像素，涵盖所有机制砂范围但不超出散光白板的范围，且照片中的机制砂颗粒形貌清晰，棱角分明。
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