[发明专利]一种水泥基材料宏细观孔结构识别与评价方法

说明书

本发明公开了一种水泥基材料宏细观孔隙结构识别与评价方法，包括以下步骤：S1:利用显微照相机拍下试样观测面显微数码照片；S2:编写计算机程序，自动识别显微图像中的孔隙；S3:统计总孔隙率、孔径及孔的个数。本评价方法能够全部统计到所采集显微图像中的孔隙，避免了因漏掉或重复计算等因素造成的测量误差，使测试结果更接近真实值，精确度更高。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种水泥基材料宏细观孔结构识别与评价方法。

背景技术

水泥基材料的孔结构特征是决定其材料性能的关键性因素。不仅可以被用来评价材料的力学强度、渗透性、抗冻性等宏观性能，还能够帮助我们弄清水化产物的成核和生长过程。根据平均孔径的大小不同，可以将混凝土中的孔隙分为宏观孔、细观孔和微观孔。

为了描述这些孔结构的形貌和特征，科学家和工程师们找到了一些不同的手段和技术，如压汞测孔法(MIP)、气体吸附法(通常使用氮气或水蒸气)、扫描电镜法(背散射电子图像可用于定量表征)和小角度X射线散射法(SAXS)等等。MIP法是目前运用最广泛的用于测量水泥基材料孔结构的方法，但由于汞无法进入封闭孔，只能测量连通孔和半通孔，且测试试样小，无法测到水泥石与骨料界面孔隙，测孔范围为5nm～360μm。气体吸附法的孔径测定范围在2～50nm，而对大孔的测定会产生较大的误差。SAXS法由于干涉效应和仪器精度限制，更适用于孔径小于的孔。利用扫描电子显微镜(SEM)也可定量评价材料内部的孔径分布。根据激发电子的不同，分为二次电子图像(SEI)和背散射电子图像(BSEI)。Karen等利用硬化水泥浆体的BSEI和图像分析软件，定量地表征了硬化水泥浆体中各物相的含量和孔隙率，但主要反映的也是1μm以下的微观孔，且单张背散射图片的孔隙分布情况用来表征整个硬化水泥浆体，难以让人信服。另外，以上这些方法需要对试验样品进行干燥处理，很不幸地是，干燥过程中的毛细管压力对水泥基材料的孔结构带来了不可逆地破坏。美国材料与试验协会(ASTM)采用直线导线法来评价硬化水泥基材料的宏细观孔结构，该方法的不足之处是传统的人工统计方法太费时间且个体差异造成的误差较大，在总导线长和导线布置间距选取过程中的取样代表性问题仍然存在严峻挑战，特别是导线切割气孔具有一定的偶然性，在测量过程中，会存在有大量孔隙未被导线切割到的情况出现，从而造成所测气孔含量结果偏小。

综上所述，以上这些技术方法都存在一些缺点，且所能测得的孔径比较单一，不能对孔径大于2μm的细观孔和宏观气孔等宏细观孔结构进行综合评价。而这类孔却是影响着水泥基材料遭受冻融循环和盐侵蚀时耐久性的关键参数。本发明重新给出了水泥基材料宏细观孔结构测试中孔隙的识别和评价方法，提高了孔隙识别的精确性，使测试结果更准确，且取样样本基数大，计算结果可重复性更高，更具有说服力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速、准确地识别评价水泥基材料宏细观孔隙结构的水泥基材料宏细观孔结构识别与评价方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种水泥基材料宏细观孔隙结构识别与评价方法，包括以下步骤：

S1:利用显微照相机拍下试样观测面显微数码照片；

S2:编写计算机程序，自动识别显微图像中的孔隙；

S3:统计总孔隙率、孔径及孔的个数。

进一步的，步骤S2中孔隙结构的识别由计算机程序自动进行，先将图像进行二值化，二值化图像中白色的像素点被识别为孔隙相，相互连接的白色像素点组成一个孔，统计其面积为单个像素点的面积乘以像素点的个数，记为A_j，将每个孔看成一个等效圆，据此求出每个孔的孔径。

进一步的，步骤S3中总孔隙率和孔径的计算按以下公式进行：