[发明专利]一种混凝土表面非均匀应变测量系统与方法

说明书

本发明涉及混凝土表面非均匀应变测量系统与方法。所述系统包括试样定位系统和三维数字图像采集系统和数字图像存储与计算系统。本发明使用双目、高分辨率工业相机实时采集变形前后混凝土表面散斑图，然后通过匹配工业相机采集的数字图像以及匹配变形前后的数字图像，得到混凝土表面变形的非均匀应变分布图。该系统能够高精度确定试样的位置，便于根据研究需要，调整测量区域，获得试样整体或局部的非均匀应变，并可实现样品的批量化测量。本发明测量混凝土表面非均匀应变具有非接触，空间分辨率高，精度高和全场测量等优点。此方法可以测量不同环境条件下，不同尺寸混凝土样品表面的非均匀应变。

技术领域

本发明属于混凝土材料变形检测技术领域，涉及一种混凝土表面非均匀应变测量系统与方法。

背景技术

混凝土是土木工程中使用最多的建筑材料之一。研究混凝土的性能对于工程设计和改善提高其服役寿命具有重要的意义。而体积稳定性作为混凝土的重要性能，在服役期间会一直影响其使用寿命。混凝土自成型后就开始发生体积变化，其包括早期沉降收缩、水泥结构形成的自收缩、硬化过程中的干燥收缩、碳化收缩，干湿反复作用及温度变化引起的体积变化。这些体积变化统称为混凝土体积稳定性。混凝土体积变化若受到约束，就会开裂，从而影响混凝土的耐久性。80％以上的开裂都是由于混凝土变形所引起的，只有很小一部分是由于承载力不足大致。

目前，测试混凝土体积变形的方法主要有传统的比长仪和应变片。由于这两种传统方法的空间分辨率较低，所以只能测试混凝土材料的整体变形量。而且，环境的变化会影响应变片测试方法的精度。

实际上，在细观尺度下，混凝土是一种多相的复合材料包括骨料相和浆体相。当环境中的温湿度发生变化时，骨料相和浆体相，都会产生体积变形。由于两相的性能有明显的差别，导致其收缩性能存在较大的差异。因此，研究细观尺度下混凝土中非均匀的收缩应变对研究混凝土体积稳定性具有重要的指导意义。

发明内容

本发明目的是提供一种混凝土表面非均匀应变测量系统与方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种混凝土表面非均匀应变测量系统，所述系统包括试样定位系统和三维数字图像采集系统和数字图像存储与计算系统。

优选的，所述试样定位系统包括激光定位器、定位螺钉、样品台，根据所测量的混凝土样品变形区域来定位样品的初始位置和变形后的位置；所述三维数字图像采集系统包括镜头、工业相机、偏振镜、触发采集器、单色光源，所述工业相机包括左右双相机；所述偏振镜安装在镜头上，所述镜头安装在工业相机上，所述工业相机安装在立体支架上，所述数字图像存储与计算系统主要包括图形工作站和硬盘。

优选的，所述的工业相机是双目高分辨率工业相机，所述高分辨率是其像素400～500万。

一种混凝土表面非均匀应变测量方法，包括以下步骤：

(1)三维数字图像采集系统的安装

工业相机包括左右双相机。根据目标测试的区域面积，确保测试的区域在左右双相机中完全成像，调整所述双相机的工作距离，双相机的角度为30°～60°，并将双相机安装在固定支架上，然后使用标定板对镜头和工业相机进行标定，获得其内参数和外参数，所述内参数是焦距和主点坐标和相机畸变系数，所述外参数是旋转矩阵和平移向量；

(2)待测混凝土试样的处理

根据测试平面和样品台表面的距离来确定混凝土试样的厚度，切割混凝土，使其暴露骨料结构；在切割面一侧，先喷一层白色的哑光漆，3～5分钟后待白漆干燥，再随机制作黑色的散斑点，每个散斑的直径大小为5～7像素；

(3)混凝土试样的定位

根据所需研究的试样区域，来调整样品台上试样的定位系统，获得试样的起始位置，并确保测试区域在工业相机中完全成像；