文档介绍：第 41卷第 17期人民长江 ,

2010年 9月 Yangtze River Sep., 2010
文章编号:1001-4179(2010)17-0079-05
基于 CT图像处理技术的混凝土损伤演化研究
郝景宏,姜袁,梅世强,雷敏
(三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002)
摘要:采用 X射线 CT技术对单轴受压作用下的混凝土试件进行实时扫描观测,获得了混凝土试件的裂纹开
裂、扩展、贯通的全过程图像。运用 7种不同的方法分析了混凝土损伤演化全过程。分析结果表明,X射线
CT是研究混凝土细观结构的有效方法,可以定性和定量分析混凝土细观结构损伤演化全过程;采用聚类分析
算法,避免了由于窗宽和窗位不同引起的人为误差,真实地反映了混凝土细观结构,并较好地识别了粗骨料、
砂浆和孔隙;通过差值算法得到的裂纹图像具有较强的直观性,有效地提取了裂纹;利用裂纹区像素点个数的
变化代替 CT数平均值,可以很好地反映混凝土损伤发展状态,当裂纹迅速扩展时,混凝土裂纹区像素点的个
数发生了量级上的变化。
关键词:混凝土;CT;图像处理;机理分析;损伤演化
中图法分类号:TV43 文献标志码:A
利用 X射线 CT技术研究混凝土在国外仅有 30
1 CT试验条件及扫描过程
多年的历史,在我国只有十几年的历史。近年来,用 X
射线 CT研究混凝土材料的细观破裂过程已成为热点加载和扫描过程
课题,目前已取得了一些进展[1-4],但仍处于研究的初
本次试验图像采集设备采用 PHLIPS16层螺旋 CT
级阶段。关于裂纹具体形状的描述和萌生时间的判定
机,该 CT机具有扫描层超薄、扫描时间快、扫描范围
问题尚未解决,有关混凝土 CT图像中裂纹的定量分
大、空间分辨率高等优点,可以满足本次试验的需要。
析进展不大,裂纹模式识别、空间定位和演化过程描述
加载设备为长春市朝阳试验仪器有限公司生产的 CT
等问题依然存在。有学者指出,合成材料中窄裂纹与
-500型便携式三轴试验机,最大输出力 500kN,轴向
宽裂纹在 CT图像的纵剖面上要采用不同的方法描
变形测量范围 0~25mm,围压测量范围为 0~10
述。还有学者指出,动态条件下 CT图像中裂纹宽度
MPa。
的测量与静态有所不同,可把同一扫描断面不同应力
混凝土试件采用高度为 100mm,直径为 50mm
状态的 CT图像中裂纹变化过程进行比较,这比静态
的圆柱体试件。试验过程中先将混凝土试件装入三轴
CT图像裂纹宽度的测量多了一个有利条件[5-7]。
压力仓,用 CT床送入扫描空间,未加围压。加载前先
国内外少有对混凝土 CT图像进行定量分析的报
进行初次扫描,然后逐步施加轴压,分 10个加载步。
道。对混凝土 CT图像中的裂纹演化过程的追踪和描
每次加载完成后扫描一次,直到卸荷完成时停止,共扫
述的难题已经成为制约混凝土 CT研究发展的不争事
描 11次,如图 1所示。选择混凝土试件中的 3个典型
实。受当前研究手段和相关专业发展不足等主客观条
断面进行分析,如图 2所示。
件制约,混凝土细观结构的定量研究工作才刚刚起步。