基于CT扫描的混凝土非均质性检测研究

李坤　姜修丽　田立勤　薛小燕　栾尚敏

关键词：CT扫描；非均质性；安全

中图分类号：TP399 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）03-0005-04

1 引言

凝土材料是由骨料、砂浆、孔隙以及各组分界面组成的一种多相材料，这些成分在混凝土材料中的分布、形态和尺寸的不连续结构构成了混凝土的非均質特征[1]。在外力作用下，混凝土内部结构组成对其受力变形破坏和宏观力学反应的影响很显著。在建筑行业中，混凝土内部结构对安全的影响至关重要。混凝土材料的非均质特征关系到混凝土的使用性能，尤其对混凝土建筑的安全和使用寿命的影响更加明显。混凝土的非均质特征是混凝土各组分的不均匀性的表现，主要是分布不均匀造成。目前，人们对混凝土材料的非均质性越来越重视，对它的高精度和客观性的要求也随之提高，传统的识别方法已经无法满足人们的要求。因此研究人员开始使用数字图像处理技术，尤其是CT技术进行识别评价，对混凝土内部各组分的分布情况进行分析，基于分析结果提出评价指标对混凝土材料的非均质性进行研究[2]。

目前，人们对于CT技术在混凝土材料内部的非均质性的研究仍处于探索阶段，已有的检测方法具体实施起来比较复杂，组成成分的特征参数存在的误差比较大，并且没考虑到各组分所发挥的作用，因此设计出一种能够更加便捷、实用的混凝土材料的非均质性检测方法尤为重要。本文通过CT技术对混凝土材料的内部结构进行识别，混凝土材料各组分的面积作为特征参数，建立内部结构非均质性检测方法。

2 CT技术

CT技术[3]是用来获取物体内部微观结构的无损检测技术，它可以得到大量连续截面图像。目前，CT技术已经广泛应用在混凝土、岩石的内部结构的检查。可以用在检测样品的3D结构的重建，对材料的性能在各种环境下进行模拟。CT 技术是非破坏性的，检测物体经过CT扫描不会受到破坏，仍然保持其完整性，可以在很多宏观性能检验中使用。

CT技术是使用X射线对样品断面扫描，检测样品的不同位置对X射线的通过率和吸收率是不同的，穿透样品后强度会不同程度地衰落，通过探测器检测强度信息，通过计算机对信息进行处理，就可以得到检测样品的断面图像。

3 非均质性检测方法

根据混凝土材料的各组分的分布特征，通过各组分所占面积，制定混凝土材料内部结构的非均质性检测方法。此方法使用CT扫描技术将混凝土材料划分成若干截面，得到若干CT数字图像，然后将CT图像划分规则的小区域。这样处理CT图像可以让混凝土材料内部结构的非均质性的计算得到简化，并且使非均质性的识别精度也得到了提高。根据CT图像划分的小区域中骨料所占的面积比例计算各组分的非均质性，并作为混凝土材料内部结构的非均质性检测指标。

4 数学统计方法

第1步：判断多边形M中的各个顶点是否在多边形N内，如果在N内，则将该顶点加入集合A。时间复杂度为O（mn）;

第2步：判断多边形N中的各个顶点是否在多边形M内，如果在M内，则将该顶点加入集合B。时间复杂度为O（mn）;

第3步：判断多边形M中的各条边是否与多边形N的边相交，如果相交，则求出交点并加入集合C，时间复杂度为O（mn）;