一种砂子细度模数与级配测算方法技术

本发明专利技术属于土木工程材料研究和应用技术领域，具体涉及一种砂子细度模数与级配测算方法，基于二维砂浆切面粒径与三维真实粒径的关系，建立二维切面每组颗粒数目与筛分法每组颗粒数目的关系，结合图像分析方法，计算砂细度模数和颗粒级配，既可以避免常规筛分法劳动强度较大、效率较低等缺陷，又可以避免反复称重造成的误差，有效解决了小颗粒半径看不到、图像分析过程中砂子难以分散造成误差较大的问题，对硬化混凝土中的砂进行研究具有重要的参考价值；其原理科学可靠，劳动强度低、效率高，与常规筛分法进行对比，获得了良好的一致性。获得了良好的一致性。获得了良好的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种砂子细度模数与级配测算方法

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[0001]本专利技术属于土木工程材料研究和应用
，具体涉及一种砂子细度模数与级配测算方法，通过硬化混凝土的二维切面，分析砂浆切面粒径与三维真实粒径的关系。

技术介绍
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[0002]混凝土是土木建筑工程中必不可少的材料，而砂的细度在混凝土的配合比设计中占据着重要地位，如果砂的细度发生变化，砂率和加水量也要进行相应的调整，才能维持混凝土的工作性能不变。砂的细度模数是表征天然砂和人工砂粒径的粗细程度和类别的指标，虽然不能完全反映颗粒的级配，但是，作为一种简明的指标，仍然能够在一定的程度上反映细集料的差别，所以在工程应用和混凝土试验中，大多数工程技术人员及其相关科研人员均以砂的细度模数评定砂的粗细程度和颗粒级配。
[0003]《建设用砂》(GB/T 14684
‑
2022)中规定了细度模数的计算方法：(1)按规定对砂取样后，用筛孔为9.5mm的方筛筛除粒径大于10mm的砂颗粒将试样缩分至1100g，放在干燥箱中烘干至恒重，待冷却后分为相等的两份作为试样备用；(2)将套筛置于摇筛机上摇十分钟后取下套筛，按套筛的大小依次逐个用手筛，筛至每分钟试样的通过量小于试样总量的0.1％为止，通过的试样并入下一号套筛中，并和下一号套筛中试样一起过筛，依次顺序进行，直至各号套筛全部筛完为止，然后称量各个套筛的筛余量精确至1g；(3)将筛孔尺寸为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm和0.15mm的套筛的分计筛余百分率记为P1、P2、P3、P4、P5、P6，累计筛余百分率记为A1、A2、A3、A4、A5、A6；砂的细度模数计算式分析如下表所示：
[0004][0005][0006]将
①‑⑥
式带入
⑦
式中，砂的细度模数表示为
[0007][0008]其不仅需要特定的相关设备，而且劳动强度较大、效率较低，由于需要反复的称重、人为判断每分钟试样通过量小于试样总量的0.1％的界限，容易造成误差。
[0009]细骨料是混凝土主要成分，占混凝土总体积的30％以上，随着混凝土的使用量不断增加，天然砂资源逐渐短缺，面临枯竭，现代建筑领域的发展对于天然砂的需求逐年增大，天然砂的资源有限性导致供求矛盾突出，为解决这一矛盾，机制砂逐渐取代天然砂以促
进生态建材发展。然而，破碎机生产出来的机制砂级配和细度模数大小参差不齐，直接影响了混凝土原料用量和性能强度。传统测量机制砂级配使用的方法：振动筛分法，因为筛分过程人工成本和时间成本较大，无法满足实际的工程需要。随着图像处理技术的快速发展，越来越多学者采用数字图像处理技术实现颗粒检测。
[0010]Bagheri等采用扫描电镜、显微CT和图像分析等方法对颗粒的体积和表面积进行研究，通过颗粒的投影面积估计颗粒的表面积、等效直径和球形度。Watano等开发的颗粒图像探测器，通过CCD拍摄分散颗粒，传入图像处理系统，经过线性滤波、二值化、去噪、形态学分离粘连颗粒等处理，使用Feret直径表征颗粒粒径、圆度表征颗粒粒形。Masad，E等针对细集料图像先进行腐蚀再进行膨胀处理，计算边界处的棱角特征与面积损失，评价棱角性，发现分形长度随棱角性增强而增加，提出基于半径的棱角性指数和基于轮廓变化梯度的棱角性指数作为粒形评价参数。Bagheri，GH等发现颗粒的体积和表面积与其球形度有关，通过颗粒投影面积得到颗粒的等效椭球，以此估计颗粒的表面积、等效直径和球形度。Okpeafoh，SA等通过图像法和测得的弦长数据，得到可靠的颗粒尺寸分布和长宽比分布。Huang等用显微镜采集机制砂和天然砂图像，结合图像处理技术发现天然砂更接近球形且更光滑，而机制砂则更纤细、平坦和粗糙。Yang等利用振动分散和高速视频成像技术开发了一种机器制砂粒度测量方法，证明了基于成像方法的颗粒大小和形状测量系统满足机制砂的检测要求。Maitre等利用光学显微镜获取矿物颗粒的图像，基于图像技术和机器视觉，首次利用超像素分割代替传统分割方法以分割矿物颗粒。戴镇潮等提出了细度模数的计算公式，并与筛分法公式进行了比较。田文玉等对筛分法公式进行了修正，扣除了盘底0.16mm以下的部分。孙志刚等对筛分法公式进行了改进，将公式中的累计筛余百分量，换成了分计筛余量，通过对原始数据进行最直接的处理，避免了计算过程可能产生的舍入误差，减少了计算过程中繁琐步骤。秦雪等提出了一种新的计算方法，首次采用图像分析法计算砂子的细度模数，应用体积比与重量比相等的准则，避免砂子的称重过程，以最小费雷特直径作为可过筛的砂子等效粒径，更好地保证了测定数据的精确性。刘树明等人公开了一种新的细度模数测量方法，利用图像处理技术提取上层全裸露砂粒轮廓图像信息进行数据的分类统计和分析，对下层全覆盖及半覆盖砂粒图像进行模糊处理，以作为背景图像，提高了砂粒分析精确度，创新性的将旋转式圆筒状扫描装置引进对砂粒的细度模数测量中。蔡园园等公开了一套机制砂检测系统，基于数字图像处理的方法，系统提取颗粒的轮廓特征，检测速度快、采用非接触测量不会破坏颗粒的原有形状。黄晓宇等提出了基于动态图像的机制砂级配测量，研究动态下落的机制砂颗粒图像灰度化、滤波、二值化等预处理方式及粒度、粒形特征提取方法，并公开了提取机制砂图像特征及形态参数的图像处理算法。
[0011]然而，上述方法或现有技术无论是对筛分法公式进行修改，还是通过图像分析法对各种参数探索或者设备的改进依然存在很大的误差。因此，研发设计一种砂子细度模数与级配测算方法，解决图像分析过程中砂子难以分散的问题，十分有必要。

技术实现思路
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[0012]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种砂子细度模数与级配测算方法，有效避免图像分析过程中因砂子难以分散导致结果误差较大的问题。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种砂子细度模数与级配测算方法制备方法的
＝0.14mm；
[0042]②
确定砂子分级粒径
[0043]以最小费雷特直径作为图像分析的参照，筛选出对应每层颗粒的数目r'2～r'1、r'3～r'2、r'4～r'3、r'5～r'4、r'6～r'5、r'7～r'6分别为a1、a2、a3、a4、a5、a6；
[0044](5)计算筛余量
[0045]首先，根据表1得出每组数量：
[0046][0047][0048]表1(理论上可以计算a7,对应筛分法时，只需要计算a1‑
a6)
[0049]然后，带入公式：计算出重量g1、g2、g3、g4、g5和g6；
[0050]最后，根据公式：计算各级的分计筛余量P，同理，计算得到P2、P3、P4、P5和P6；
[0051]其中，γ为砂的重度，g为每组砂的重量，d为上下筛的平均值；
[0052](6)计算细度模数
[0053]通过戴镇潮细度模数公式：计算细度模数，其中，F
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为砂子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砂子细度模数与级配测算方法，其特征在于，工艺过程包括以下步骤：(1)制作砂浆试块按照设定的配合比，将砂子与水泥和水混合，制成砂浆试块，标准养护3天；(2)获取与拍摄切面首先，对砂浆试块进行切割；然后，对切面进行打磨，得到平整的切面；最后，对切面进行拍摄，将拍摄的图片导入图像分析软件；(3)分析与处理图片
①
预处理图片增强对比度后校正背景；
②
校正标尺首先，将定标杠拖动到图片中标尺的两个刻度上，得到标尺两个刻度长度方向的像素值，通过像素值和标尺两个刻度长度的换算确定标尺长度，用实际长度值表示测量数据；然后，将像素值和标尺长度关系以文件的方式保存备用；最后，将标尺区域图像填充为图片的背景色彩或直接裁切掉；
③
分离背景中的砂粒首先，通过确定颜色相同或相近的阀值将砂粒从砂浆中分离出来，并依次编号，使用吸管工具在砂粒上反复汲取色值，使所有砂粒或砂粒上的各个区域都从背景中分离出来；然后，通过RGB色值直方图工具，根据砂粒像素点的RGB色值确定RGB的取值范围；最后，选择RGB值在该取值范围内的象素点，将砂粒从砂浆中分离出来；
④
低通处理通过低通滤镜保留图片上的大尺度图形，模糊细节；
⑤
分割粘连的砂粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：范宏，牛宝乐，王洪全，段国政，吕贺特，齐雨行，蓝悦，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：