CN116930057B - 三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置及方法，涉及水泥基材料性能检测技术领域。主要由待测试件、电化学腐蚀机构、取芯机构和腐蚀区检测机构四部分构成。以待测试件中部切割断面为检测面，在距离检测面一定厚度处植入铁板，电化学腐蚀机构对待测试件进行电解加速腐蚀后，取芯机构取出试件内部铁板，腐蚀区检测机构识别所述铁板腐蚀区图像、经处理输出腐蚀区云图，通过分析腐蚀区云图图像特征即可定量评价三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度。本发明解决了现有技术难以定量检测三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度的问题，实现高精度定量检测超疏水改性剂对三维整体超疏水改性水泥基材料内部的改性效果。

Description

三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及水泥基材料性能检测技术领域，特别涉及超疏水改性水泥基材料改性效果检测技术领域，具体是一种三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置及方法。

背景技术

超疏水改性水泥基材料是指通过理化反应将低表面能材料附着在常规水泥基材料表面或内部孔隙壁上，从而极大降低材料的表面能和亲水性，进而制得具有极端非润湿特性的新型水泥基材料，与常规水泥基材料相比，其具有更加优异的抗渗性、抗冻性和抗氯离子侵蚀性，可有效提升水泥基材料在低温、潮湿环境中的耐久性，具有较好的应用前景。

现有研究对水泥基材料进行超疏水改性的方式主要有两种: 表面涂层超疏水改性和三维整体超疏水改性。其中，表面涂层超疏水改性是指采用喷涂或浸涂的方式将超疏水改性剂涂覆在水泥基材料的表面，从而制得表面具有超疏水特性的水泥基材料；三维整体超疏水改性是指将超疏水改性剂混合物直接掺入到水泥中参与拌合，待材料凝结硬化后，实现对水泥基材料表面和内部的三维整体超疏水改性。显然，三维整体超疏水改性相较于表面涂层超疏水改性在提升水泥基材料耐久性方面更具优势。研究表明，超疏水改性剂在不同温湿度下固化程度、速度不同，但三维整体超疏水改性水泥基材料通常采用蒸汽养护或喷水养护，水化时内外水化进程不同、温湿度差异大，导致三维整体超疏水改性水泥基材料内外改性程度存在差异。为研究造成超疏水改性剂对水泥基材料内外改性差异的原因及机理，进而制备内部超疏水性能更为优异的三维整体超疏水改性水泥基材料，需要开展三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度的研究。

经调研，已有三维整体超疏水水泥基材料改性深度的检测仅为定性检测，常用的方式有两种：破裂法和腐蚀法。破裂法通过施加外力断裂三维整体超疏水水泥基材料试件，观察水滴在断裂面的润湿性行为，判断试件内部是否具备超疏水性，进而定性评价超疏水改性剂对水泥基材料内部的改性效果。腐蚀法通过在三维整体超疏水水泥基材料试件中植入钢筋，利用电化学试验加速钢筋的腐蚀，腐蚀结束后破坏试件，观察水泥基材料内部包裹钢筋是否发生腐蚀，进而判断氯离子及水分是否进入试件内部，从而定性评价超疏水改性剂对水泥基材料的改性效果，但该方法受水泥基材料表面超疏水性能的干扰，即水泥基材料仅表面存在稳定的超疏水性时，氯离子及水分同样不易进入试件内部，其内部钢筋不会发生腐蚀，不能准确评定超疏水改性剂对水泥基材料内部的改性效果。因此，研发一种可定量检测评价三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度的检测装置十分必要，有助于推动三维整体超疏水改性水泥基材料的进一步研究及实际应用。

基于此，本发明提供了一种三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置及方法，解决了现有技术难以定量检测三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度的问题，可高精度定量检测超疏水改性剂对三维整体超疏水改性水泥基材料内部的改性效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置及方法，解决了现有技术难以定量检测三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度的问题，可高精度定量检测超疏水改性剂对三维整体超疏水改性水泥基材料内部的改性效果。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，主要包括所述待测试件、所述电化学腐蚀机构、所述取芯机构和所述腐蚀区检测机构四部分，具体包括以下结构。

所述待测试件包括所述水泥基材料基体、所述铁板和所述树脂固化剂，所述待测试件检测面为圆柱形水泥基材料试样中部圆形切割断面，距离所述待测试件检测面10mm处植入所述铁板，所述铁板具有延伸部伸出所述水泥基材料基体，所述待测试件除检测面外均用所述树脂固化剂封闭。

进一步的，所述水泥基材料基体为超疏水改性剂掺入水泥中参与拌合、凝结硬化后形成的三维整体超疏水改性水泥基材料，所述水泥基材料基体为圆柱体，尺寸是直径为100mm、高度为40mm。

进一步的，所述铁板为圆饼形，尺寸是直径为90mm、厚度为3mm，所述铁板延伸部尺寸是长为30mm、宽为10mm、厚度为3mm，所述铁板延伸部与所述导线焊接后外部用所述树脂固化剂封闭。

进一步的，所述待测试件制样时，浇筑成型直径为100mm、高度为100mm的三维整体超疏水改性水泥基材料试样，再通过封闭、切割、打磨加工后，制得两个直径为100mm、高度为40mm的所述待测试件，同时检测两个所述待测试件，经对比验证有助于提高试验结果的准确性。

进一步的，所述铁板同样在水泥拌合成型过程中植入所述水泥基材料基体，所述水泥基材料基体采用蒸汽养护至28天。

进一步的，所述树脂固化剂封闭所述待测试件后，除所述待测试件检测面与所述电解液直接接触外，其余位置均不与所述电解液直接接触，保证检测结果真实反应所述待测试件检测面的被改性特征。

所述电化学腐蚀机构包括所述电化学腐蚀箱、所述铜电极、所述电源、所述导线、所述电解液和所述电解液循环装置，所述电化学腐蚀箱设置在所述电解液循环装置上部，所述电化学腐蚀箱底部设有液体循环用所述进液口和所述出液口，所述电化学腐蚀箱和所述电解液循环装置内部液体均为所述电解液，所述铜电极和所述待测试件置于所述电化学腐蚀箱内部、并浸没于所述电解液中，所述铁板和所述铜电极通过所述导线与所述电源连接，所述电解液循环装置设有所述控制面板。

进一步的，所述电源为直流稳压开关电源，进行电化学腐蚀试验时输出电压为26V直流电压，所述电解液为3.5%NaCl溶液，所述电解液循环装置控制所述电化学腐蚀箱中所述电解液浓度恒定。

进一步的，所述控制面板控制电化学腐蚀试验的通电时间和所述电解液的循环速率。

进一步的，所述电解液循环装置通过所述进液口将所述电解液输入所述电化学腐蚀箱，所述电化学腐蚀箱中浓度不足的所述电解液通过所述出液口排出，通过所述控制面板调节该循环速率，可保障进行电化学腐蚀试验时所述电解液浓度充足且恒定。

进一步的，所述电化学腐蚀箱采用有机玻璃材料制成，试验过程中能清晰观察所述待测试件的反应情况。

进一步的，进行电化学腐蚀试验时，所述待测试件检测面若存在未成功超疏水改性区域，即试件未改性区，所述电解液将渗入该区域并与所述铁板接触，从而所述铁板产生电化学加速腐蚀。

所述取芯机构包括所述主机架、所述加载电机、所述压板、所述连接轴、所述调紧螺栓、所述加载平台和所述试件固定夹具，所述主机架上部通过所述连接轴固定安装所述压板，所述连接轴和所述压板为二分结构，二分结构之间间隙可通过所述铁板，所述连接轴靠近所述压板处设置所述调紧螺栓，所述主机架下部为所述加载平台，所述加载平台内部安装所述加载电机，所述加载电机上部安装所述试件固定夹具。

进一步的，所述主机架设置在所述电化学腐蚀机构一侧、并固定所述电化学腐蚀箱和所述电解液循环装置，所述主机架内部安装固定所述电源，所述试件固定夹具中部为与所述待测试件侧面契合的弧形凹槽。

进一步的，将所述待测试件安装在所述试件固定夹具上，调整所述延伸部位于二分结构之间间隙，启动所述加载电机，所述压板将所述待测试件的所述水泥基材料基体和所述树脂固化剂压碎，并从所述铁板上脱落，从而完整取出所述铁板。

进一步的，所述铁板通过所述取芯机构完整取出后，需进一步清理残留的水泥基材料杂质。

进一步的，进行腐蚀区检测试验时，所述铁板延伸部被所述调紧螺栓竖向固定在所述高精度相机正前方，所述铁板朝向所述待测试件检测面的一面为腐蚀区检测面。

所述腐蚀区检测机构包括所述高精度相机、所述照明设备和所述图像处理系统，所述高精度相机安装在所述主机架中部，所述高精度相机周围布设所述照明设备，所述高精度相机将采集高分辨率图像发送至所述图像处理系统，经所述图像处理系统分析处理后输出所述腐蚀区云图，通过分析所述腐蚀区云图图像特征即可定量评价所述待测试件超疏水改性深度。

进一步的，所述图像处理系统对采集的高分辨率图像进行所述颜色特征及轮廓提取、所述轮廓信息定位，并基于所述颜色特征、所述轮廓和所述轮廓信息定位确定所述待测试件的超疏水改性深度。

进一步的，所述照明设备帮助识别所述铁板腐蚀区颜色及边界信息，有助于提高所述颜色特征、所述轮廓和所述轮廓信息定位精度。

第二方面，本发明还提供了一种三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测方法，用于如上述第一方面中任一项所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置进行检测，包括以下步骤。

S1、制作直径为100mm、高度为100mm的三维整体超疏水改性水泥基材料试样，所述试样浇筑时，在高度30mm、70mm处各水平居中植入所述铁板，将所述试样蒸汽养护至28天。

S2、养护结束后，将所述试样外部包括所述铁板延伸部用所述树脂固化剂封闭，将封闭后的所述试样从中部水平切割、打磨加工为两个直径为100mm、高度为40mm的所述待测试件，所述待测试件的切割、打磨面为电化学腐蚀测试面。

S3、通过所述电化学腐蚀机构，同步开展2个所述待测试件的电化学腐蚀试验，所述电源电压设置为26V直流电压，持续通电时间为1min。

S4、电化学腐蚀试验结束后，通过所述取芯机构，将所述铁板从所述待测试件中取出，所述铁板朝向所述待测试件检测面的一面为腐蚀区检测面，清理所述铁板腐蚀区检测面上残留的水泥基材料杂质。

S5、通过所述腐蚀区检测机构，识别所述铁板腐蚀区检测面的腐蚀区图像，经所述图像处理系统分析处理后获取所述腐蚀区云图。

S6、通过分析所述腐蚀区云图，定量评价三维整体超疏水改性水泥基材料的改性深度。

进一步的，所述S6中所述腐蚀区云图分析流程如下。

S61、提取所述腐蚀区云图图像的所述颜色特征，前期试验建立所述腐蚀区云图图像颜色特征与所述铁板腐蚀程度的对应关系，即可根据提取的所述腐蚀区云图图像颜色特征判断所述铁板被腐蚀强弱。

S62、提取所述腐蚀区云图在不同图像颜色特征范围内图像的所述轮廓和所述轮廓信息定位，计算并输出不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图等效圆的直径、圆形度和长径比，计算表达式如下：

式中，D为所述腐蚀区云图等效圆的直径，S为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图的面积，C为所述圆形度，p为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图的周长，L为所述长径比，a为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图最小外接矩形的宽，b为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图最小外接矩形的长；所述腐蚀区云图等效圆的直径表征所述待测试件的改性范围，所述腐蚀区云图等效圆的直径越大，表示改性范围越小；所述圆形度和所述长径比表征检测精度，所述圆形度及所述长径比越接近1，表征所述待测试件成型质量越高，检测结果越准确。

S63、通过所述轮廓信息定位，输出所述腐蚀区等效圆区位分布云图。所述腐蚀区等效圆区位分布云图表征超疏水改性剂的分散程度，所述腐蚀区等效圆区位分布云图杂乱，表明超疏水改性剂在所述待测试件中未充分分散，所述腐蚀区等效圆区位分布云图越接近同心圆，表明超疏水改性剂在所述待测试件中分散性越好。

本发明实施例带来了以下有益效果。

本发明解决了现有技术难以定量检测三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度的问题，可高精度定量检测超疏水改性剂对三维整体超疏水改性水泥基材料内部的改性效果。

本发明同时制备并检测两个所述待测试件，经对比验证有助于提高试验结果的准确性。

本发明可同时检测超疏水改性剂对三维整体超疏水改性水泥基材料的改性范围、程度和分散性，并同步得出所述待测试件的成型品质，排除因试样质量原因导致的结果误差，提高检测结果的精度和可信度。

本发明通过所述铁板被腐蚀形成的腐蚀图像，处理后输出所述腐蚀区云图，计算所述腐蚀区云图等效圆直径、圆形度和长径比，用量化指标评价三维整体超疏水改性水泥基材料内部的改性深度，有助于后续研究统一标准并进行对比论证。

本发明结构简单，各部件功能单一，互不影响，某一构件损坏时易于维修和更换，检测效率和精度高，有助于三维整体超疏水改性水泥基材料的深入研究。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置主要构成示意图；

图2为待测试件结构示意图；

图3为检测原理示意图；

图4为取芯机构工作示意图；

图5为腐蚀区检测机构工作示意图；

图6为腐蚀区云图等效圆直径、圆形度和长径比计算示意图；

图7为腐蚀区等效圆区位分布云图示意图；

图8为三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测方法示意图；

图9为腐蚀区云图分析流程图。

图中：1-主机架，2-电化学腐蚀箱，3-铜电极，4-电源，5-导线，6-电解液，7-电解液循环装置，8-控制面板，9-进液口，10-出液口，11-加载电机，12-压板，13-连接轴，14-调紧螺栓，15-加载平台，16-试件固定夹具，17-高精度相机，18-照明设备，19-图像处理系统，20-待测试件，21-水泥基材料基体，22-铁板，23-树脂固化剂，24-电解液分子，25-试件未改性区，26-腐蚀区云图，27-腐蚀区云图等效圆，28-腐蚀区等效圆区位分布云图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1至图7，本发明实施例提供一种技术方案：三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，主要由所述待测试件、所述电化学腐蚀机构、所述取芯机构和所述腐蚀区检测机构四部分构成，具体包括：1-主机架，2-电化学腐蚀箱，3-铜电极，4-电源，5-导线，6-电解液，7-电解液循环装置，8-控制面板，9-进液口，10-出液口，11-加载电机，12-压板，13-连接轴，14-调紧螺栓，15-加载平台，16-试件固定夹具，17-高精度相机，18-照明设备，19-图像处理系统，20-待测试件，21-水泥基材料基体，22-铁板，23-树脂固化剂，24-电解液分子，25-试件未改性区，26-腐蚀区云图，27-腐蚀区云图等效圆，28-腐蚀区等效圆区位分布云图。

如图1、图2和图3，所述待测试件20包括所述水泥基材料基体21、所述铁板22和所述树脂固化剂23，所述待测试件20检测面为圆柱形水泥基材料试样中部圆形切割断面，距离所述待测试件20检测面10mm处植入所述铁板22，所述铁板22具有延伸部伸出所述水泥基材料基体21，所述待测试件20除检测面外均用所述树脂固化剂23封闭。如图2，所述水泥基材料基体21为超疏水改性剂掺入水泥中参与拌合、凝结硬化后形成的三维整体超疏水改性水泥基材料，所述水泥基材料基体21为圆柱体，尺寸是直径为100mm、高度为40mm；所述铁板22为圆饼形，尺寸是直径为90mm、厚度为3mm，所述铁板22延伸部尺寸是长为30mm、宽为10mm、厚度为3mm，所述铁板22延伸部与所述导线5焊接后外部用所述树脂固化剂23封闭；所述树脂固化剂23封闭所述待测试件20后，除所述待测试件20检测面与所述电解液6直接接触外，其余位置均不与所述电解液6直接接触，保证检测结果真实反应所述待测试件检测面的被改性特征。

如图1，所述电化学腐蚀机构包括所述电化学腐蚀箱2、所述铜电极3、所述电源4、所述导线5、所述电解液6和所述电解液循环装置7，所述电化学腐蚀箱2采用有机玻璃材料制成，试验过程中能清晰观察所述待测试件20的反应情况，所述电化学腐蚀箱2设置在所述电解液循环装置7上部，所述电化学腐蚀箱2底部设有液体循环用所述进液口9和所述出液口10，所述电化学腐蚀箱2和所述电解液循环装置7内部液体均为所述电解液6，所述铜电极3和所述待测试件20置于所述电化学腐蚀箱2内部、并浸没于所述电解液6中，所述铁板22和所述铜电极3通过所述导线5与所述电源4连接，所述电解液循环装置7设有所述控制面板8，所述控制面板8控制电化学腐蚀试验的通电时间和所述电解液6的循环速率。所述电源4为直流稳压开关电源，进行电化学腐蚀试验时输出电压为26V直流电压，所述电解液6为3.5%NaCl溶液，所述电解液循环装置7通过所述进液口9将所述电解液6输入所述电化学腐蚀箱2，所述电化学腐蚀箱2中浓度不足的所述电解液6通过所述出液口10排出，进而控制所述电化学腐蚀箱2中所述电解液6浓度充足且恒定。

如图3，进行电化学腐蚀试验时，检测面的所述水泥基材料基体21若中部存在所述试件未改性区25，所述电解液分子24将渗入该区域并与所述铁板22接触，从而所述铁板22产生电化学加速腐蚀。因此，根据所述铁板22被腐蚀程度、分布和腐蚀面积，即可间接表示所述水泥基材料基体21被超疏水改性剂的改性情况，从而表征所述待测试件20的改性深度。

如图1、图4和图5，所述取芯机构包括所述主机架1、所述加载电机11、所述压板12、所述连接轴13、所述调紧螺栓14、所述加载平台15和所述试件固定夹具16，所述主机架1上部通过所述连接轴13固定安装所述压板12，所述连接轴13和所述压板12为二分结构，二分结构之间间隙可通过所述铁板22，所述连接轴13靠近所述压板12处设置所述调紧螺栓14，所述主机架1下部为所述加载平台15，所述加载平台15内部安装所述加载电机11，所述加载电机11上部安装所述试件固定夹具16；所述主机架1设置在所述电化学腐蚀机构一侧、并固定所述电化学腐蚀箱2和所述电解液循环装置7，所述主机架1内部安装固定所述电源4，所述试件固定夹具16中部为与所述待测试件20侧面契合的弧形凹槽。

如图4，所述待测试件20安装在所述试件固定夹具16上，调整所述铁板22延伸部位于二分结构之间间隙，启动所述加载电机11，所述压板12将所述待测试件20的所述水泥基材料基体21和所述树脂固化剂23压碎，并从所述铁板22上脱落，从而完整取出所述铁板22；所述铁板22通过所述取芯机构完整取出后，需进一步清理残留的水泥基材料杂质。

如图5，进行腐蚀区检测试验时，所述铁板22延伸部被所述调紧螺栓14竖向固定在所述高精度相机17正前方，所述铁板22朝向所述待测试件20检测面的一面为腐蚀区检测面。

如图1和图5，所述腐蚀区检测机构包括所述高精度相机17、所述照明设备18和所述图像处理系统19，所述高精度相机17安装在所述主机架1中部，所述高精度相机17周围布设所述照明设备18，所述高精度相机17将采集高分辨率图像发送至所述图像处理系统19，经所述图像处理系统19分析处理后输出所述腐蚀区云图26，所述图像处理系统19对采集的高分辨率图像进行所述颜色特征及轮廓提取、所述轮廓信息定位，并基于所述颜色特征、所述轮廓和所述轮廓信息定位确定所述待测试件的超疏水改性深度。

如图8和图9，本发明实施例还提供一种三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测方法，采用上述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置进行检测，包括以下步骤。

S1、制作直径为100mm、高度为100mm的三维整体超疏水改性水泥基材料试样，所述试样浇筑时，在高度30mm、70mm处各水平居中植入所述铁板22，将所述试样蒸汽养护至28天。

S2、养护结束后，将所述试样外部包括所述铁板22延伸部用所述树脂固化剂23封闭，将封闭后的所述试样从中部水平切割、打磨加工为两个直径为100mm、高度为40mm的所述待测试件20，所述待测试件20的切割、打磨面为电化学腐蚀测试面。

S3、通过所述电化学腐蚀机构，同步开展2个所述待测试件20的电化学腐蚀试验，所述电源4电压设置为26V直流电压，持续通电时间为1min。

S4、电化学腐蚀试验结束后，通过所述取芯机构，将所述铁板22从所述待测试件20中取出，所述铁板22朝向所述待测试件20检测面的一面为腐蚀区检测面，清理所述铁板22腐蚀区检测面上残留的水泥基材料杂质。

S5、通过所述腐蚀区检测机构，识别所述铁板腐蚀区检测面的腐蚀区图像，经所述图像处理系统分析处理后获取所述腐蚀区云图26。

S6、通过分析所述腐蚀区云图26，定量评价三维整体超疏水改性水泥基材料的改性深度。

本实施例中，所述S6中所述腐蚀区云图26分析流程如下。

S61、提取所述腐蚀区云图26图像的所述颜色特征，前期试验建立所述腐蚀区云图26图像颜色特征与所述铁板22腐蚀程度的对应关系，即可根据提取的所述腐蚀区云图26图像颜色特征判断所述铁板22被腐蚀强弱。

S62、提取所述腐蚀区云图26在不同图像颜色特征范围内图像的所述轮廓和所述轮廓信息定位，计算并输出不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图等效圆27的直径、圆形度和长径比，参考图6，计算表达式如下：

式中及图6中，D为所述腐蚀区云图等效圆27的直径，S为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图26的面积，C为所述圆形度，p为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图26的周长，L为所述长径比，a为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图26最小外接矩形的宽，b为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图26最小外接矩形的长。

所述腐蚀区云图等效圆27的直径表征所述待测试件20的改性范围，所述腐蚀区云图等效圆27的直径越大，表示改性范围越小；所述圆形度和所述长径比表征检测精度，所述圆形度及所述长径比越接近1，表征所述待测试件20成型质量越高，检测结果越准确。

S63、通过所述轮廓信息定位，输出所述腐蚀区等效圆区位分布云图28，如图7。所述腐蚀区等效圆区位分布云图28表征超疏水改性剂的分散程度，所述腐蚀区等效圆区位分布云图28杂乱，表明超疏水改性剂在所述待测试件中未充分分散，所述腐蚀区等效圆区位分布云图28越接近同心圆，表明超疏水改性剂在所述待测试件中分散性越好。

通过所述S1至S6，即可综合定量评价三维整体超疏水改性水泥基材料的改性深度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，主要由待测试件、电化学腐蚀机构、取芯机构和腐蚀区检测机构四部分构成；所述待测试件包括水泥基材料基体、铁板和树脂固化剂，所述待测试件检测面为圆柱形水泥基材料试样中部圆形切割断面，距离所述待测试件检测面10mm处植入所述铁板，所述铁板具有延伸部伸出所述水泥基材料基体，所述待测试件除检测面外均用所述树脂固化剂封闭；所述电化学腐蚀机构包括电化学腐蚀箱、铜电极、电源、导线、电解液和电解液循环装置，所述电化学腐蚀箱设置在所述电解液循环装置上部，所述电化学腐蚀箱底部设有液体循环用进液口和出液口，所述电化学腐蚀箱和所述电解液循环装置内部液体均为所述电解液，所述铜电极和所述待测试件置于所述电化学腐蚀箱内部、并浸没于所述电解液中，所述铁板和所述铜电极通过所述导线与所述电源连接，所述电解液循环装置设有控制面板；所述取芯机构包括主机架、加载电机、压板、连接轴、调紧螺栓、加载平台和试件固定夹具，所述主机架上部通过所述连接轴固定安装所述压板，所述连接轴和所述压板为二分结构，二分结构之间间隙可通过所述铁板，所述连接轴靠近所述压板处设置所述调紧螺栓，所述主机架下部为所述加载平台，所述加载平台内部安装所述加载电机，所述加载电机上部安装所述试件固定夹具；所述腐蚀区检测机构包括高精度相机、照明设备和图像处理系统，所述高精度相机安装在所述主机架中部，所述高精度相机周围布设所述照明设备，所述高精度相机将采集高分辨率图像发送至所述图像处理系统，经所述图像处理系统分析处理后输出腐蚀区云图，通过分析所述腐蚀区云图图像特征即可定量评价所述待测试件超疏水改性深度。

2.根据权利要求1所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，所述水泥基材料基体为超疏水改性剂掺入水泥中参与拌合、凝结硬化后形成的三维整体超疏水改性水泥基材料，所述水泥基材料基体为圆柱体，尺寸是直径为100mm、高度为40mm。

3.根据权利要求1所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，所述铁板为圆饼形，尺寸是直径为90mm、厚度为3mm，所述铁板延伸部尺寸是长为30mm、宽为10mm、厚度为3mm，所述铁板延伸部与所述导线焊接后外部用所述树脂固化剂封闭。

4.根据权利要求1所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，所述电源为直流稳压开关电源，进行电化学腐蚀试验时输出电压为26V直流电压，所述电解液为3.5%NaCl溶液，所述电解液循环装置控制所述电化学腐蚀箱中所述电解液浓度恒定。

5.根据权利要求1所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，所述控制面板控制电化学腐蚀试验的通电时间和所述电解液的循环速率。

6.根据权利要求1所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，所述主机架设置在所述电化学腐蚀机构一侧、并固定所述电化学腐蚀箱和所述电解液循环装置，所述主机架内部安装固定所述电源，所述试件固定夹具中部为与所述待测试件侧面契合的弧形凹槽。

7.根据权利要求1所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置，其特征在于，所述图像处理系统对采集的高分辨率图像进行颜色特征及轮廓提取、轮廓信息定位，并基于所述颜色特征、所述轮廓和所述轮廓信息定位确定所述待测试件的超疏水改性深度。

8.三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测方法，用于如权利要求1~7任一项所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测装置进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制作直径为100mm、高度为100mm的三维整体超疏水改性水泥基材料试样，所述试样浇筑时，在高度30mm、70mm处各水平居中植入所述铁板，将所述试样蒸汽养护至28天；

S2、养护结束后，将所述试样外部包括所述铁板延伸部用所述树脂固化剂封闭，将封闭后的所述试样从中部水平切割、打磨加工为两个直径为100mm、高度为40mm的所述待测试件，所述待测试件的切割、打磨面为电化学腐蚀测试面；

S3、通过所述电化学腐蚀机构，同步开展2个所述待测试件的电化学腐蚀试验，所述电源电压设置为26V直流电压，持续通电时间为1min；

S4、电化学腐蚀试验结束后，通过所述取芯机构，将所述铁板从所述待测试件中取出，所述铁板朝向所述待测试件检测面的一面为腐蚀区检测面，清理所述铁板腐蚀区检测面上残留的水泥基材料杂质；

S5、通过所述腐蚀区检测机构，识别所述铁板腐蚀区检测面的腐蚀区图像，经所述图像处理系统分析处理后获取所述腐蚀区云图；

S6、通过分析所述腐蚀区云图，定量评价三维整体超疏水改性水泥基材料的改性深度。

9.根据权利要求8所述的三维整体超疏水改性水泥基材料改性深度检测方法，其特征在于，所述S6中所述腐蚀区云图分析流程为：

S61、提取所述腐蚀区云图图像的颜色特征，前期试验建立所述腐蚀区云图图像颜色特征与所述铁板腐蚀程度的对应关系，即可根据提取的所述腐蚀区云图图像颜色特征判断所述铁板被腐蚀强弱；

S62、提取所述腐蚀区云图在不同图像颜色特征范围内图像的轮廓和轮廓信息定位，计算并输出不同图像颜色特征范围内腐蚀区云图等效圆的直径、圆形度和长径比，计算表达式如下：

式中，D为所述腐蚀区云图等效圆的直径，S为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图的面积，C为所述圆形度，p为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图的周长，L为所述长径比，a为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图最小外接矩形的宽，b为不同图像颜色特征范围内所述腐蚀区云图最小外接矩形的长；所述腐蚀区云图等效圆的直径表征所述待测试件的改性范围，所述腐蚀区云图等效圆的直径越大，表示改性范围越小；所述圆形度和所述长径比表征检测精度，所述圆形度及所述长径比越接近1，表征所述待测试件成型质量越高，检测结果越准确；

S63、通过所述轮廓信息定位，输出腐蚀区等效圆区位分布云图；所述腐蚀区等效圆区位分布云图表征超疏水改性剂的分散程度，所述腐蚀区等效圆区位分布云图杂乱，表明超疏水改性剂在所述待测试件中未充分分散，所述腐蚀区等效圆区位分布云图越接近同心圆，表明超疏水改性剂在所述待测试件中分散性越好。