JPH061267B2 - Analytical method of cellular structure in concrete samples - Google Patents

Analytical method of cellular structure in concrete samples

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JPH061267B2
JPH061267B2 JP63229545A JP22954588A JPH061267B2 JP H061267 B2 JPH061267 B2 JP H061267B2 JP 63229545 A JP63229545 A JP 63229545A JP 22954588 A JP22954588 A JP 22954588A JP H061267 B2 JPH061267 B2 JP H061267B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、コンクリート中に存在する気泡の数や、その
分布並びに大きさ等、気泡の状態を適確に把握するため
に行うコンクリート試料中における気泡組織の解析方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a concrete sample for accurately grasping the state of bubbles such as the number of bubbles present in concrete, its distribution and size. The method of analyzing a bubble structure in the present invention.

〈従来の技術〉 そこでコンクリートの耐久性は、コンクリート中に発生
させた気泡の数(分布)や、その大きさによって決定さ
れる。つまりコンクリートが夏・冬の温度変化やアルカ
リ骨材反応(アルカリシリカ反応)生成物によって体積
を変えようとする時、その体積変化をコンクリート層内
でどれだけ吸収できるかに拘わるものであり、その体積
変化を吸収する緩衝体はコンクリート中にある気泡であ
ることが知られている。このようにコンクリートの耐久
性を支配する主要因が気泡である以上、該気泡の状態を
明確に把握する必要がある。そして、現在このコンクリ
ート中の気泡組織のパラメーターの測定は、ASTM
(American Society of Testing Materials=アメリカ
材料試験協会)・C457(顕微鏡による硬化コンクリー
トの気泡システムのパラメーターと空気量の測定方法)
に定められたリニアトラバース法と、修正ポイントカウ
ント法がある。
<Prior Art> Therefore, the durability of concrete is determined by the number (distribution) of bubbles generated in concrete and the size thereof. In other words, when concrete tries to change its volume due to temperature changes in summer and winter and alkali-aggregate reaction (alkali-silica reaction) products, it is concerned with how much volume change can be absorbed in the concrete layer. It is known that the buffer that absorbs the volume change is air bubbles in concrete. Since the main factor that governs the durability of concrete is air bubbles, it is necessary to clearly understand the state of the air bubbles. And currently, the measurement of the parameters of the cellular structure in this concrete is based on ASTM
(American Society of Testing Materials) C457 (microscopic measurement of parameters of hardened concrete foam system and air content)
There is a linear traverse method defined in 1 and a modified point count method.

即ち、上記ASTM・C457のリニアトラバース法と
は、研摩して仕上げた試料の複数個の横断平面上を一定
間隔おきに顕微鏡でトラバースし、該トラバース線上に
観察される空気泡(気泡)の総数、該空気泡をトラバー
ス線で遮断した弦の長さの和、試料面上の全トラバース
距離等の各データを求め、これを定量的に解析すること
により試料体積に対する空気量を百分率比で表すように
したものである。
That is, the linear traverse method of ASTM C457 is the total number of air bubbles (air bubbles) observed on the traverse line by traversing a plurality of transverse planes of a polished and finished sample with a microscope at regular intervals. , The sum of the lengths of the chords that cut off the air bubbles with a traverse line, the respective data such as the total traverse distance on the sample surface, etc. are obtained, and by quantitatively analyzing this, the air amount relative to the sample volume is expressed as a percentage ratio. It was done like this.

又、後者の修正ポイントカウント法とは、手動のスクリ
ューにより水平方向及びこれと直角な方向の2方向に自
由に移動できるようにした試料台上に試料を載置し、前
記スクリューが一回転する毎に定位置で回転を止め、そ
の停止度数を計数するようにしたものである。
In the latter modified point counting method, the sample is placed on a sample table which can be freely moved in two directions, a horizontal direction and a direction perpendicular to this, by a manual screw, and the screw rotates once. The rotation is stopped at a fixed position for each and the stop frequency is counted.

その他コンピューターを使用して画像処理により解析し
ようとする試みがあるが、この場合、硬化コクリート中
の気泡とセメントペーストとの間には色や形に顕著な相
違がなく、そのままの状態では画像処理しても、気泡と
セメントペーストとの識別が困難である。そこで予め試
料表面の気泡にある種の物質を充填し、着色させること
により画像処理を可能ならしめようとすることが試みら
れている。
There are other attempts to analyze by image processing using a computer, but in this case, there is no noticeable difference in color and shape between the air bubbles in the cured cocrete and the cement paste. However, it is difficult to distinguish air bubbles from cement paste. Therefore, it has been attempted to fill an air bubble on the surface of the sample with a certain substance in advance and to color it so as to enable image processing.

例えば、文献原田克巳、地頭薗博、仁木孟伯共著;画
像解析装置を用いた硬化コンクリート中の気泡組織測定
方法、セメントコンクリート、NO.471,PP22〜29,1986.
S.Chatterji and H.Gudmundsson:Characterization o
f Entrained Air Bubble Systems in Concreta by Mean
s of an Image Analysing Microscope、Cement and Conc
rete Research、Vol1.7,NO.4,PP423〜428,1977(魚木健
人、武若耕司、共訳(抄),コンクリート工学,Vol.1.
18,NO.10,PP56〜58,1980)H.Gudmundsson,S.Chatterj
i,A.D.Jensen,N.Thaulow and P.Christensen:The Keasu
rament of Paste Content in Kardanad Concrete Using
Automatic Image Analysing Technique,Cemant and Co
ncrete Research、Vol.9,NO.5,PP507〜612,1979(魚木
健人、武若耕司、共訳(抄),コンクリート工学,Vol.
1.18,NO.10,PP56〜58,1980)がある。
For example, the literature: Katsumi Harada, Hiroshi Chichizo, and Takehiki Niki; Method of measuring cell structure in hardened concrete using image analyzer, cement concrete, NO.471, PP22-29, 1986.
S. Chatterji and H. Gudmundsson: Characterization o
f Entrained Air Bubble Systems in Concreta by Mean
s of an Image Analysing Microscope, Cement and Conc
rete Research, Vol1.7, NO.4, PP423 ~ 428, 1977 (Kento Uoki, Koji Takewaka, Joint Translation (extract), Concrete Engineering, Vol.1.
18, NO.10, PP56〜58,1980) H.Gudmundsson, S.Chatterj
i, ADJensen, N.Thaulow and P.Christensen: The Keasu
rament of Paste Content in Kardanad Concrete Using
Automatic Image Analysing Technique, Cemant and Co
ncrete Research, Vol.9, NO.5, PP507-612, 1979 (Kento Uoki, Koji Takewaka, Co-translation (abstract), Concrete Engineering, Vol.
1.18, NO.10, PP56-58, 1980).

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、前記従来例のうちリニアトラバース法と修正ポ
イントカウント法とは何れも測定方法には多大の労力と
時間を要し、手軽にしかも簡単に実施できない欠点があ
り、又、コンピューターを使用して画像処理により解析
する方法は、試料表面の気泡内に充填する物質、即ち、
充填材あるいは画像処理技術に問題があり、実用化され
るまでには至っていない。
<Problems to be solved by the invention> However, among the conventional examples, the linear traverse method and the modified point counting method both require a great deal of labor and time for the measuring method, and have the drawback that they cannot be easily and easily implemented. There is also a method of analyzing by image processing using a computer, the substance filled in the bubbles on the sample surface, that is,
There is a problem with the filler or the image processing technology, and it has not been put to practical use.

そこで本発明は、上記各従来例の欠点を改善し、手軽
く、しかも正確にコンクリートの気泡解析ができる方法
を提供しようとする。
Therefore, the present invention intends to provide a method for improving the drawbacks of the above-mentioned conventional examples, which enables easy and accurate air bubble analysis of concrete.

〈課題を解決するための手段〉 蛍光染料を添加したシアノアクリレートを、試料中の気
泡内に充填した後、該試料に紫外線を照射することによ
り気泡組織のみを発光せしめると共に、その際の輝度に
ついて一定閾値により二値化することにより画像処理可
能にするものである。
<Means for Solving the Problems> A cyanoacrylate to which a fluorescent dye has been added, is filled in a bubble in a sample, and then only the bubble tissue is made to emit light by irradiating the sample with ultraviolet rays, and the brightness at that time Image processing is made possible by binarizing with a fixed threshold value.

〈作用〉 組織内への浸透性の強いシアノアクリレートが発光染料
の担体として作用し、気泡やクラック内に侵入し、紫外
線を受けることにより気泡の状態を示すが、閾値によつ
て一定輝度値以下をカットして二値化する。
<Action> Cyanoacrylate, which has strong penetrability into the tissue, acts as a carrier for the luminescent dye, penetrates into bubbles and cracks, and shows the state of bubbles by receiving ultraviolet rays, but it is below a certain brightness value depending on the threshold value. Cut and binarize.

〈実施例〉 以下、本発明について詳細に説明すると、本発明方法を
実施するには、試料の作成と面積の測定と紫外線の照射
方法並びに閾値の決定とに分けて説明する。
<Examples> The present invention will be described in detail below. In order to carry out the method of the present invention, preparation of a sample, measurement of an area, irradiation method of ultraviolet rays, and determination of a threshold value will be separately described.

そこで先ず試料の作成について述べると、画像処理装置
を用いて試料の被測定面における気泡組織を識別するた
めには、気泡と該気泡以外の部分との間に画像面上で輝
度に差をつける必要がある。そこで気泡に蛍光染料を充
填させ、この蛍光染料に紫外線を照射して発光させる
と、気泡とその外部との間に明確な輝度差ができ、気泡
の分布状態が容易に把握できるようになる。
Therefore, first, the preparation of the sample will be described. In order to identify the bubble structure on the measured surface of the sample by using the image processing apparatus, a difference in brightness is made on the image surface between the bubble and a portion other than the bubble. There is a need. Therefore, when a bubble is filled with a fluorescent dye and the fluorescent dye is irradiated with ultraviolet rays to emit light, a clear brightness difference is created between the bubble and the outside thereof, and the distribution state of the bubble can be easily grasped.

そして、気泡内に蛍光染料を充填する方法としては、シ
アノアクリレート(アロンアルファ又はシアノボンドの
商品名で知られ接着剤として広く使用されている)に蛍
光染料を添加して固定させる方法を考えた。
Then, as a method of filling the fluorescent dye in the bubbles, a method of adding and fixing the fluorescent dye to cyanoacrylate (which is widely known as an adhesive known by the trade name of Aron Alpha or Cyanobond) was considered.

しかし、接着剤として使用されているアロンアルファは
無色透明であり、これに染料を添加するとライフタイム
が短くなる欠点があるので、更にこれを改良して固結時
間が長くなり、染料を添加してもライフタイムがある程
度保たれるようにしたものを用いた。こうしたシアノア
クリレートは取り扱いも容易であり、優れた浸透性を有
し、接着力が強いので浸透して固結後は試料の強度は更
に増加するので取り扱いに特別な配慮を必要としない。
However, Aron Alpha used as an adhesive is colorless and transparent, and adding dye to it has the drawback of shortening the life time. Also, I used the one that kept the lifetime to some extent. Such cyanoacrylate is easy to handle, has excellent penetrability, and has a strong adhesive force, so that the strength of the sample is further increased after it has penetrated and solidified, so that no special consideration is required for handling.

上記シアノアクリレートを試料中の気泡に充填させる方
法については種々試みた結果、研摩された試料表面全体
にシアノアクリレートを塗布(数回反復塗布したり、注
入圧力を高めても大差なし)して気泡中にシアノアクリ
レートを充填したものが結果的に良く、その後、該シア
ノアクリレートが固化した後試料表面を注意深く研摩し
て気泡以外に付着しているシアノアクリレートを削り落
とすのであるが、この余剰のシアノアクリレートを除去
する作業は、削り過ぎに注意しながら実行しなければ、
セメントペーストを削り過ぎると試料表面下にある気泡
が新しく浮上してくる虞れがあるので充分な注意のもと
で試料の作成を行うものである。
As a result of various attempts to fill the bubbles in the sample with the above cyanoacrylate, the cyanoacrylate was applied to the entire surface of the polished sample (applying several times or increasing the injection pressure did not make much difference). It is better to fill the inside with cyanoacrylate, and after that, after the cyanoacrylate solidifies, the sample surface is carefully polished to scrape off the cyanoacrylate adhering to other than the bubbles. If you do not carry out the work of removing the acrylate carefully,
If the cement paste is shaved too much, air bubbles under the surface of the sample may newly float, so the sample should be prepared with sufficient care.

次に面積の測定について述べると、試料の面積を測定す
るにはCCDカメラで撮つた小さい画像を実体顕微鏡を
用いて拡大するか、あるいは接写リングを用いて拡大す
る方法があるが、ここでは接写リングにより、X−Yス
テージ(測定用器具)上にセットした試料片を一定間隔
おきに複数個所についてトラバースして面積を測定す
る。つまりこの場合1回の測定面積は630[mm2]であり、
しかも1画像を構成する画素数は511×479個であるか
ら、これより1画素の面積を算出すると0.0026[mm2]と
なる。更に、これ円の直径に換算すると約0.057[mm2]と
なり、これは同じ材料について従来のリニアトラバース
法によって計測した場合の最小気泡径の約2.2倍に相当
する大きさではあるが、小さい気泡の多い試料について
は、実体顕微鏡により拡大すると共に測定回数を多くし
て測定する。
Next, to measure the area, to measure the area of the sample, there is a method of enlarging a small image taken by a CCD camera using a stereoscopic microscope or using a close-up ring. With the ring, the sample pieces set on the XY stage (measuring instrument) are traversed at a plurality of points at regular intervals to measure the area. In other words, in this case, the measurement area for one measurement is 630 [mm 2 ],
Moreover, since the number of pixels forming one image is 511 × 479, the area of one pixel is calculated to be 0.0026 [mm 2 ]. Furthermore, when converted to the diameter of this circle, it is about 0.057 [mm 2 ], which is a size equivalent to about 2.2 times the minimum bubble diameter when measured by the conventional linear traverse method for the same material, but small bubbles For samples with a large number of samples, enlarge the sample with a stereomicroscope and increase the number of measurements.

次に紫外線の照射方法並びに閾値の決定について述べる
と、画像処理装置により気泡組織の幾何学的パラメータ
ーを算出するためには対称となる画像が二値化されてい
ることが前提となり、こうして二値化するには閾値を定
め装置定数として与えることにより、試料内の気泡に充
填された蛍光染料の発光強度(輝度値)の最低値が定ま
る。
Next, regarding the method of irradiating ultraviolet rays and the determination of the threshold value, it is assumed that the symmetrical image is binarized in order to calculate the geometrical parameter of the bubble tissue by the image processing device. In order to realize the above, a minimum value of the emission intensity (luminance value) of the fluorescent dye filled in the bubbles in the sample is determined by setting a threshold value and giving it as an apparatus constant.

上記発光強度は照射する紫外線の波長及び強度に依存す
る。そして、前記発光強度つまり輝度値の変化を一次元
的に分析すると、後述する第3図のようになり、気泡と
セメントペーストとの間の輝度の差は顕著であるが、充
分な輝度が得られない気泡も存在するが、しかしその量
は全体から見れば僅かであり、これらは適当な閾値の設
定によりカットされるので鮮明な処理画像として再現さ
れる。
The emission intensity depends on the wavelength and intensity of the ultraviolet rays to be applied. A one-dimensional analysis of the change in the emission intensity, that is, the brightness value is as shown in FIG. 3 described later, and the brightness difference between the air bubbles and the cement paste is remarkable, but sufficient brightness is obtained. There are some bubbles that are not present, but the amount thereof is small as a whole, and since these are cut by setting an appropriate threshold value, a clear processed image is reproduced.

そこで、上記紫外線の波長については幾通りかを試みた
が波長3,650Åが最も良好で強力な蛍光が得られてい
る。又、測定条件や測定個所を変化させ、予め従来のリ
ニアトラバース法によって空気量を測定した試料につい
て画像処理法により気泡を測定し、実験的に最適の閾値
を求めて見ると本発明方法の実施に使用された装置によ
る場合、閾値は94が最適であるが輝度の立ち上がりがシ
ャープなことから、閾値を変化して見ても測定値には大
きい変化はなく適正閾値の設定範囲には余裕があって、
その設定はそれ程困難ではないことが確かめられた。
Therefore, several attempts were made for the wavelength of the ultraviolet rays, but the wavelength of 3,650 Å was the best and the strongest fluorescence was obtained. Further, the measurement conditions and measurement points are changed, and the bubbles are measured by the image processing method with respect to the sample whose air amount is previously measured by the conventional linear traverse method. In the case of the device used for, the threshold value is optimally 94, but the brightness rises sharply.Therefore, even if the threshold value is changed, there is no large change in the measured value, and there is a margin in the setting range of the appropriate threshold value. There
It was confirmed that the setting was not so difficult.

以上のように本発明方法の実施においては、試料の作
成、面積の測定、閾値の設定等の段階を主要部としてお
り、これらを順次に実施する場合を述べると、前述の
ようにして蛍光染料を気泡組織内に充填せしめた所定大
の試料(第1図)をX−Yステージ上に載せ、充分に強
い発光が得られるように留意して紫外線を照射し、気泡
中に充填された前記蛍光染料を発光(第2図)せしめ、
第3図に示すようにA−Aライン間の輝度分布を求め
る。
In the implementation of the method of the present invention as described above, the steps of sample preparation, area measurement, threshold setting, etc. are the main parts, and the case where these are carried out sequentially is described. A sample of a predetermined size (Fig. 1) in which bubbles were filled in was placed on an XY stage, and ultraviolet rays were radiated while paying attention to obtain sufficiently strong light emission. Make the fluorescent dye emit light (Fig. 2),
As shown in FIG. 3, a luminance distribution between AA lines is obtained.

次に接写リングを取付けたCCDカメラ(十分に拡大
できるようにしている)で前記蛍光染料の発光状況を撮
影し、画像処理装置に入力する。画像処理装置に入力
された画像をあらかじめ設定した閾値により第4図のよ
うに二値化して処理画像を得る。
Next, the light emission state of the fluorescent dye is photographed by a CCD camera (so that it can be magnified sufficiently) with a close-up ring attached, and the photographed state is input to the image processing apparatus. An image input to the image processing apparatus is binarized as shown in FIG. 4 by a preset threshold value to obtain a processed image.

そして画像処理装置の演算機能により、前記二値化し
た画像から気泡組織のパラメーターを算出し、上記X
−Yステージを移動させて第2図のA−Aラインを順次
にずらせて予定の測定面積に達するまで上記操作を反復
しながら画像処理装置によって、コンクリート中の気泡
量を算出して行く。
Then, the parameter of the bubble tissue is calculated from the binarized image by the calculation function of the image processing apparatus, and the above X
The amount of bubbles in the concrete is calculated by the image processing apparatus while repeating the above operation until the Y stage is moved to sequentially shift the line AA in FIG. 2 and the predetermined measurement area is reached.

尚、上記図面は写真像に基づいて記述したものであり、
しかも符号aは低輝度部、b閾値に達した輝度部、cは
高輝度部をそれぞれ示している。
Incidentally, the above drawings are described based on the photograph image,
Moreover, reference numeral a indicates a low-luminance portion, a luminance portion that has reached the threshold value b, and c indicates a high-luminance portion, respectively.

そこで、3種類のコンクリートについて上述のように染
色により画像処理した場合と、従来のリニアトラバース
法による場合との空気量を比較して次表に示す。
Therefore, the following table shows the comparison of the air amount between the case where the image processing is performed on the three types of concrete by dyeing as described above and the case where the conventional linear traverse method is used.

これより明らかなようにサンプルS1・S2は何れとも同じ
結果を示すがサンプルS3では本発明の染色−画像処理に
よる場合はリニアトラバース法による場合より稍々大き
い数値を示している。このようにすることによりコンク
リート内の気泡組織が占める割合からコンクリートの耐
久性を判断することができる。
As is clear from this, the samples S 1 and S 2 show the same results, but the sample S 3 shows a slightly larger value in the case of the dyeing-image processing of the present invention than in the case of the linear traverse method. By doing so, the durability of the concrete can be judged from the ratio of the cellular structure in the concrete.

尚、上記空気量以外に、気泡の個数、周囲の長さ、横の
形状係数、等価直径(面積値で等価円としたときの直
径)などのパラメーター及びそれらの基礎的な統計量も
画像処理装置内に設けた演算処理機能により自動的に算
出できる。
In addition to the above air amount, parameters such as the number of bubbles, the length of the circumference, the lateral shape factor, the equivalent diameter (the diameter when the equivalent circle is defined by the area value), and their basic statistics are also image processed. It can be automatically calculated by the arithmetic processing function provided in the device.

〈発明の効果〉 本発明方法は上述のようにシアノアクリレートを担体と
してコンクリート試料の気泡内に充填した蛍光染料を紫
外線の照射によって発光せしめ、その輝度を電気的に捉
えてこれを画像処理するようにしたので、紫外線の照射
方法によっては測定値に若干の変動は認められるが、し
かし強い紫外線を照射すれば発光状態は安定して高精度
の測定ができる。
<Effects of the Invention> In the method of the present invention, the fluorescent dye filled in the bubbles of the concrete sample using the cyanoacrylate as a carrier as described above is caused to emit light by irradiation of ultraviolet rays, and its brightness is electrically captured so that the image is processed. Therefore, although some fluctuations in the measured values are recognized depending on the method of irradiating with ultraviolet rays, if the ultraviolet rays are irradiated with strong ultraviolet rays, the light emitting state is stable and highly accurate measurement is possible.

そして、本発明方法によれば従来のリニアトラバース法
や、修正ポイントカウント法によるものより効果を迅速
に求めることができ、又、操作や取り扱いも極めて簡単
であるなど特有の効果を有する。
According to the method of the present invention, the effects can be obtained more quickly than those obtained by the conventional linear traverse method and the modified point counting method, and the operation and the handling are extremely simple.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、コンクリート試料の測定面の様子を示す写真
に基づく模写図、 第2図は、発光状態を示すコンクリート試料の写真に基
づく模写図、 第3図は、第2図A−Aライン上の輝度分布状態を示す
特性図、 第4図は、第2図を二値化して画像処理した写真に基づ
く模写図である。
FIG. 1 is a copy diagram based on a photograph showing the state of a measurement surface of a concrete sample, FIG. 2 is a copy diagram based on a photograph of a concrete sample showing a light emitting state, and FIG. 3 is a line A-A in FIG. 4 is a characteristic diagram showing the above luminance distribution state, and FIG. 4 is a reproduction diagram based on a photograph obtained by binarizing FIG. 2 and performing image processing.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−214633(JP,A) 特開 昭52−45956(JP,A) 特開 昭55−70740(JP,A) 特開 昭50−131150(JP,A) 特開 昭60−134148(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-63-214633 (JP, A) JP-A-52-45956 (JP, A) JP-A-55-70740 (JP, A) JP-A-50- 131150 (JP, A) JP 60-134148 (JP, U)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】蛍光染料を添加したシアノアクリレート
を、コンクリート試料の測定面に塗布することにより、
該試料中に存在する気泡内に浸入充填させ、前記シアノ
アクリレートがライフタイムによって固化した時点で研
磨し、該試料の測定面に紫外線を照射することにより固
定化されたシアノアクリレートの部分のみを発光せし
め、その際の輝度分布を一定の閾値によって二値化する
ことにより画像処理可能にしたことを特徴とするコンク
リート試料中における気泡組織の解析方法。
1. A cyanoacrylate to which a fluorescent dye is added is applied to the measurement surface of a concrete sample,
The sample is infiltrated and filled in the air bubbles present in the sample, and is polished when the cyanoacrylate is solidified by the lifetime, and the measurement surface of the sample is irradiated with ultraviolet rays to emit only the cyanoacrylate portion immobilized. A method for analyzing a cellular structure in a concrete sample, characterized in that the brightness distribution at that time is binarized by a constant threshold value to enable image processing.
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