為進(jìn)行 X-ray CT 掃描取得混凝土內(nèi)部圖像以及對比分析鋼纖維的分布，實(shí)驗(yàn)室分別制備了定向與亂向鋼纖維混凝土試件。實(shí)驗(yàn)采用了統(tǒng)一的基準(zhǔn)混凝土配合比，水∶ 水泥∶砂∶ 石子 = 0. 4∶ 1∶ 1. 8∶ 2. 2。所用水泥為 P·O 42. 5級普通硅酸鹽水泥; 細(xì)集料采用天然河沙，細(xì)度模數(shù)2. 5; 鋼纖維為端鉤型，長 25 mm，直徑 0. 5 mm，長徑比 50，抗拉強(qiáng)度 ＞ 1 100 MPa。鋼纖維混凝土中骨料的粒徑需不大于 20 mm 或 2 /3 的纖維長度，因此骨料選取最大粒徑為 20 mm 的石灰石碎石。所有原材料均符合《普通混凝土配合比試驗(yàn)規(guī)程》中的要求。
  在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，制備了鋼纖維體積摻量為 0. 9% 、1. 2% 、1. 5% 的定向與亂向鋼纖維混凝土試件，試件尺寸為邊長 100mm 的立方體，定向鋼纖維混凝土試件的制備按文獻(xiàn)［8］的方法進(jìn)行。定向鋼纖維混凝土試件分別標(biāo)記為 D09、D12 和 D15，亂向鋼纖維混凝土試件分別標(biāo)記為 L09、L12、L15( 其中 09、12、15 分 別 表 示 鋼 纖維 的 體 積 摻 量 為0. 9% 、1. 2% 、1. 5% ) 。試 件 標(biāo) 準(zhǔn) 養(yǎng) 護(hù) 7d 后，進(jìn)行X-ray CT 掃描測試并分析。鋼纖維混凝土試件的 X-ray CT 掃描儀器為YXLON 生產(chǎn)的高分辨率的 Y． CT Precision S 斷層掃描系統(tǒng)，試件從上到下每 0. 14 mm 掃描得到一張圖像，每個(gè)試件可掃描得到 700 多張圖像，完整反映了鋼纖維在混凝土內(nèi)部的分布細(xì)節(jié)。
  CT 設(shè) 備主 要 由 X-ray 源 和 探 測 器 組成，X-ray穿透物體，不同密度的物質(zhì)對 X-ray 有不同的吸收能力，探測器收集 X-ray 經(jīng)不同物質(zhì)吸收后的信息，
將 X-ray 信號轉(zhuǎn)變成電信號后送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算得出與該點(diǎn) X-ray 吸收系數(shù)直接關(guān)聯(lián)的 CT 數(shù)值( 灰度值) 作為該點(diǎn)的像素點(diǎn)，這些像素點(diǎn)按物質(zhì)原有順序排列，即構(gòu)成 CT 圖像。每一張?jiān)紥呙鑸D像尺寸約為 100 mm × 100mm，為避免邊壁效應(yīng)對分析結(jié)果的影響，保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取試件中心 80 mm × 80 mm 的區(qū)域進(jìn)行圖像分析，將區(qū)域外的部分去除( 如圖 1) 。

  掃描圖像由無數(shù)個(gè)像素點(diǎn)組成，不同像素點(diǎn)具有相應(yīng)的 CT 數(shù)值，不同材料對應(yīng)的 CT 數(shù)( 灰度) 不同，其中鋼纖維的最高( 圖 1 中白點(diǎn)) ，粗骨料其次，水泥砂漿再次之，孔隙的灰度最低。通過對圖像進(jìn)行二值化處理，可將鋼纖維像素點(diǎn)從鋼纖維混凝土試件截面圖中提取出來。圖像二值化即將所有灰度大于或等于特定 CT 數(shù)的像素點(diǎn)判定為屬于特定物體，其灰度值用 255 表示，否則這些像素點(diǎn)被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為 0，表示背景區(qū)域。為將鋼纖維像素點(diǎn)從截面圖像中提取出來，將鋼纖維混凝土 CT 圖像二值化處理，根據(jù)圖像處理經(jīng)驗(yàn)將代表鋼纖維像素的灰度值( 150 ～ 255) 設(shè)置為 255，其余像素的灰度值( 0 ～ 150) 均設(shè)置為 0 作為背景色( 圖2) 。

  然后，通過圖像處理軟件獲取二值圖像上每一個(gè)鋼纖維像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，結(jié)合截面在混凝土中的位置，確定該點(diǎn)的空間坐標(biāo)。將二值化處理后且獲取鋼纖維點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)百張圖片依序放置( 圖 3) ，根據(jù)相鄰圖片上鋼纖維像素的位置，分析重構(gòu)鋼纖維的分布。重構(gòu)方法如下。

  首先，如圖 3 所示，識別每層圖像內(nèi)鋼纖維的截面輪廓，因所用鋼纖維直徑為 0. 5 mm，而相鄰圖像在試件中的位置相差 0. 14 mm，同一鋼纖維輪廓在相鄰圖像中肯定會部分或全部重疊。從第一張出現(xiàn)鋼纖維橫截面像素點(diǎn)的圖像開始，采用三角面片法將相鄰圖片上位置有重疊的鋼纖維像素點(diǎn)構(gòu)成的大小、形狀一致的截面輪廓線相連，到數(shù)張圖片后鋼纖維截面消失，構(gòu)成一根完整的鋼纖維。
  其次，所用鋼纖維為端鉤型，端鉤前后相鄰圖像中纖維截面像素點(diǎn)組成的截面輪廓線大小、形狀不發(fā)生變化，端鉤處由于存在彎點(diǎn)使相鄰圖像中纖維截面輪廓線形狀變化較大，但構(gòu)成端鉤的圖片數(shù)量有限，即數(shù)張圖片之后相鄰圖像中纖維截面連線的斜率不再變化。
  另外，當(dāng)兩根纖維出現(xiàn)交叉時(shí)，隨著交叉點(diǎn)的靠近圖像上兩根鋼纖維的橫截面輪廓線會逐漸靠近，在交叉點(diǎn)處兩纖維截面輪廓線相切，交叉點(diǎn)之后圖像上的兩截面又將逐漸遠(yuǎn)離，直到鋼纖維的橫截面在圖像中消失，整根鋼纖維的三維重構(gòu)過程完成。最后，將全部纖維三維重構(gòu)完成后可清晰看到鋼纖維在三維空間中的分布情況。

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