基于﹢CT﹢处理技术的混凝土破坏过程的分析.pdf

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1、２０１５年第６期（总第１５９期）江西建材应用研究基于ＣＴ处理技术的混凝土破坏过程的分析■史攀飞，刘京红，高洋，杨跃飞■河北农业大学城乡建设学院，河北保定０７１００１摘要：对混凝土试件进行单轴压缩实验，并利用ＣＴ技术扫描混凝土试样，获得混凝土内部细观破坏过程的ＣＴ图像．通过Ａｍｉｒａ软件图像处理技术提取混凝土试块孔隙，并对对混凝土试块不同加载阶段的孔隙进行统计计算，作出孔隙体积与压力的变化曲线，分析外部荷载和孔隙体积之间的关系。结果表明：在单轴压缩条件下，可以用孔隙体积的变化来描述混凝土的破坏过程。图３试样单轴压缩条件下破坏过程的孔隙分割提取图像关键词：ＣＴ；Ａｍｉｒａ细观破坏孔隙体积１引

2、言［１－３］混凝土是一种复杂的人工组合材料，长期实践表明混凝土在外部荷载作用下的宏观破坏伴随着孔隙的萌生、扩展和贯通。因此，要想找到混凝土材料细观损伤与宏观力学性能的关系，首先要能用混凝土细观特征描述混凝土材料的损伤破坏过程。计算机层析成像技术又称为ＣＴ，ＣＴ实验在对混凝土材料进行无损探测、实时观测混凝土材料内部裂［４］纹的变化情况有独特的优势。陈厚群院士利用ＣＴ实时扫描观测了单轴压缩条件下的混凝土细观破坏，获得了混凝土试件内部微裂纹萌生、扩展和贯通的全过程ＣＴ图像；吴丽琴［５］把截面的ＣＴ数作为代表材图４压力—孔隙体积图［６］由压力—位移图看出，第一条加载曲线几乎是直线，试块主要处于料

3、破坏的特征，从ＣＴ数角度上描述了混凝土内部破坏过程。刘汉昆弹性阶段，在压力—孔隙体积图上表现为第一段曲线是下降的，表示此利用ＭＩＭＩＣＳ软件对ＣＴ图像进行三维重建，获得混凝土三维几何模型，阶段整体主要表现为原始孔隙被压密，孔隙体积减小；压力—裂纹体积导入Ａｂａｑｕｓ有限元软件中完成了数值模拟分析，取得良好的效果。［７］图上第二段曲线略有上升，此阶段试块的微小孔隙逐渐扩大，整体表现Ａｍｉｒａ是一款三维建模软件系统，不仅可以利用ＣＴ图像进行三维重为孔隙体积增加，在压力－位移图上第二条加载曲线呈现平缓上升，试建，而且还能精确统计各组成材料的体积。本文通过Ａｍｉｒａ软件对混凝块进入弹塑性阶段；第

4、四次加载曲线覆盖了第三次加载曲线，表明第三土试块不同加载阶段的裂纹进行提取，并对裂纹体积进行统计，进而得次加载试件已进入塑性变形阶段，在压力—孔隙体积图上表示为第三到孔隙体积与压力的变化曲线，最终探讨混凝土的细观损伤过程。段曲线明显上升，ＣＴ图像上也可看出此时试块已出现明显裂纹。直到２ＣＴ实验和裂纹体积统计最后一次加载试块破坏，孔隙体积达到最大值。试验中混凝土试件是高１９０ｍｍ，半径５０ｍｍ的圆柱体，混凝土强度３结论Ｃ２０，水灰比０．５７８。本文基于ＣＴ图像，利用Ａｍｉｒａ对图像进行分割，提取裂纹，并计算ＣＴ机采用中国矿业大学（北京）国家重点实验室ＡＣＴＩＳ３００－３２０／统计了裂纹的体

5、积。通过孔隙体积的变化分析混凝土试样细观破坏的２２５Ｘ，位移控制加载，加载速度是１０．００ｍｍ／ｍｉｎ，采用循环加载制度，过程，得出了以下结论：（１）通过Ａｍｉｒａ三维重建可视化软件人机交互每隔３０ＫＮ卸载，ＣＴ扫描，再重新加载，直至试件破坏，由加载设备数的进行了ＣＴ图像分割，提取裂纹，统计各个阶段的裂纹体积。（２）单据所得试件压力—位移如图１。轴压缩条件下，混凝土试样细观破坏过程整体上表现的是开始加载阶段孔隙体积有小幅度的减小，随着荷载逐渐的增大孔隙体积也随着增大，直到混凝土试样破坏。可以看出在单轴加载过程中孔隙体积的变化体现出混凝土试样细观裂纹从压密、萌生、扩展到贯通的全过程。（３）

6、可以用孔隙体积的变化来描述混凝土的破坏过程。参考文献［１］唐春安，朱万成．混凝土损伤与断裂—数值试验［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３．［２］闫小虎，杨华全，石妍，李明霞．基于ＣＴ－连续加荷水泥乳化沥青混图１循环加载下位移—压力曲线凝土细观损伤规律研究［Ｊ］．长江科学院院报，２０１３，３０（３）：７５－ＣＴ图片像素大小５００５００，扫描厚度０．２ｍｍ，对试块上半部分７８．１００ｍｍ进行扫描，共得到４９９张ＣＴ图像，去除顶部和底部部分质量稍［３］李杰．混凝土随机损伤力学的初步研究［Ｊ］．同济大学学报，２００４，差的图片，取剩下的ＣＴ图片，利用Ａｍｉｒａ进行后续的分割，提取裂纹，３２（１０

7、）：１２７０－１２７７．并计算裂纹的体积。取试件其中一个断面在不同加载阶段的ＣＴ图像［４］陈厚群，丁卫华，蒲毅彬．单轴压缩条件下混凝土细观破裂过程的Ｘ如图２，并利用Ａｍｉｒａ软件提取孔隙结果如图３。射线ＣＴ实时观测［Ｊ］．水利学报，２００６，３７（９）：１０４４－１０５０．基金项目：河北省教育厅重点项目（ＺＤ２０１４０７３）；河北农业大学非生命基金项目（Ｆｓ２０１００１０４）作者简介：史攀飞（１９８９年生），男，河南安阳人，河北农业