[发明专利]基于CT扫描与3D重构的透水混凝土试件制作方法

说明书

本发明公开了一种基于CT扫描与3D重构的透水混凝土试件制作方法，通过获取透水混凝土试块样品，进行CT扫描，得到扫描二维切片图；将图片灰度化，进行滤波降噪处理，形成图片模型，对模型进行裁剪与二值化分割，确定透水混凝土的骨料结构；利用分水岭算法提取骨料结构数据，形成优化后的透水混凝土骨料模型，进行打印，得到透水混凝土试件。本发明通过CT扫描结合3D建模3D打印生成的试件，重复的应用于同一透水混凝土的实验研究，在测试试件透水性和孔隙率的实验中可以更好的控制变量，达到更好的实验效果，比传统的透水混凝土浇筑和振捣方法生产的透水混凝土差异大具有优势。

技术领域

本发明涉及一种基于CT扫描与3D重构的透水混凝土试件制作方法。

背景技术

目前海绵城市建设中大量使用了透水路面，包括透水混凝土、透水砖以及透水沥青等材料，相关的实验如透水混凝土泥沙堵塞过程中孔隙率的测量等原位测试比较麻烦，通过CT扫描结合3D建模3D打印可以快速进行透水材料相关物理参数包括孔隙率、渗透性等的测试和实验，解决工程实际应用中的问题。本专利通过CT扫描->3D建模->3D打印制作透水混凝土试件以提高试验可重复性的方法。

透水混凝土是由水、水泥、粗骨料组成的，采用单一粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆包裹粘结在粗骨料颗粒，混凝土内部存在着大量的连通孔隙。传统的制备过程要先根据目标孔隙率确定水灰比，骨灰比等参数，在搅拌机中先加入粗骨料和一半的水，等骨料表面被湿润后再加入水泥和水机械搅拌，最后机械振捣20s成型。因为石子大小的随机性，孔隙结构天然具有随机性的特点，有的孔隙是联通的，即有效孔隙；有的是不联通的，也就是无效孔隙，因此目标孔隙率大致相等时实际有效孔隙率可能差别很大。采用这种传统方法即使是同一台机器，同一批人员，产生的试件也不可能完全相同。因此在进行有关于透水混凝土性质的研究试验时，研究人员往往会因为孔隙分布的随机性而无法得到相同的可重复的实验结果。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于CT扫描与3D重构的透水混凝土试件制作方法，本方法通过CT扫描，原始路段的试件可以被采集数据进行“虚拟”保存，实现数据共享，在需要时进行3D打印，可快速的可重复的生成大量试件，进行相关实验。利用此方法批量生成的试件，几乎可以做到完全相同，比传统的透水混凝土浇筑和振捣方法生产的透水混凝土差异大具有优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于CT扫描与3D重构的透水混凝土试件制作方法，包括以下步骤：

(1)获取透水混凝土试块样品，进行CT扫描，得到扫描二维切片图；

(2)将图片灰度化，进行滤波降噪处理，形成图片模型，对模型进行裁剪与二值化分割，确定透水混凝土的骨料结构；

(3)利用分水岭算法提取骨料结构数据，形成优化后的透水混凝土骨料模型，进行打印，得到透水混凝土试件。

所述步骤(1)中，在待测试路段采集圆柱体透水混凝土试块样品，将其在干燥条件、浸水饱和两种条件下进行CT旋转扫描，得到二维切片图。

所述步骤(1)中，根据目标孔隙率计算透水混凝土的水灰比、骨灰比，根据模具尺寸计算透水混凝土试块所需材料的质量，制备透水混凝土试块样品，利用CT设备进行螺旋扫描。

所述步骤(2)中，对二维切片图用256级灰度来表示颜色的分布，对切片进行中值滤波降噪处理。

所述步骤(2)中，模型的尺寸是根据体素和图片的数量相乘进行计算，根据CT扫描的仪器不同，扫描生成的每张图片的体素不同。

所述步骤(2)中，根据每张二维切片图的体素尺寸乘以三维中三个方向切片的张数计算得到透水混凝土模型三个方向的尺寸。