水泥檢測的影響因素分析及質(zhì)量檢測方法研究

王旭

摘 要：水泥檢測過程較為復(fù)雜且由于檢測儀器、環(huán)境及人為等多種因素影響，導(dǎo)致水泥質(zhì)量檢測準(zhǔn)確率較低。為此，結(jié)合水泥檢測影響因素，研究水泥質(zhì)量檢測方法。利用工業(yè)相機(jī)獲取水泥樣本圖像，并對圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取圖像邊緣，基于此，利用網(wǎng)絡(luò)層次法建立質(zhì)量模糊判斷集，判斷質(zhì)量綜合指標(biāo)，進(jìn)而實現(xiàn)水泥質(zhì)量檢測。對所提方法的檢測性能進(jìn)行驗證，結(jié)果證明，所提方法在水泥質(zhì)量檢測方面能夠提高檢測準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞：水泥；影響因素；質(zhì)量檢測；方法設(shè)計

1 前言

在當(dāng)今發(fā)展中，建筑行業(yè)的發(fā)展日益完善，水泥作為重要的建筑材料，其用量也在不斷增長。而水泥質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到施工安全及工程質(zhì)量。因此，需要對水泥檢測過程嚴(yán)格把控，全面分析在建成過程中影響檢測結(jié)果的因素，保證獲取較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，確保投入施工的水泥質(zhì)量，提升工程的安全等級。為此，本文從水泥質(zhì)量檢測角度出發(fā)，通過對監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境及操作等方面進(jìn)行深入分析，明確水泥在檢測過程中存在的影響因素，結(jié)合分析結(jié)果設(shè)計水泥質(zhì)量檢測方法。

2水泥檢測的影響因素分析

水泥是建筑混凝土中不可或缺的原材料，為保證施工現(xiàn)場能夠獲取關(guān)于水泥質(zhì)量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)結(jié)果，有必要對水泥質(zhì)量進(jìn)行預(yù)先檢測，合理使用水泥材料，進(jìn)一步提升過程質(zhì)量[1]。因此，本文通過分析水泥檢測中的各方面影響因素，結(jié)合分析結(jié)果，提出水泥質(zhì)量檢測方法。

2.1檢測儀器因素分析

各種儀器設(shè)備在水泥檢測中起到了至關(guān)重要的作用，能夠確保水泥質(zhì)量的準(zhǔn)確檢測結(jié)果，檢測設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)及運行參數(shù)等的精準(zhǔn)性能夠?qū)z測結(jié)果造成直接影響。例如，振實臺是水泥檢測中的必備裝置，若其底座的質(zhì)量達(dá)不到水泥所需的重量要求，則會產(chǎn)生水泥膠在振動過程中的能量散失現(xiàn)象，使得振實條件無法滿足，導(dǎo)致檢測結(jié)果存在較大誤差[2]。

2.2檢測環(huán)境因素分析

水泥質(zhì)量檢測常常會受到外界環(huán)境等不可控因素的影響，因此，水泥檢測過程必須在標(biāo)準(zhǔn)試驗室進(jìn)行，以最大程度降低外界因素干擾。水泥檢測環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)條件如表1所示。

試驗環(huán)境中的各項參數(shù)均會對水泥檢測結(jié)果造成不同程度的影響，溫度越高，水泥凝固的速度越快，強(qiáng)度也會越來越高。

2.3操作因素分析

在對水泥材料進(jìn)行驗收時，還需要工作人員進(jìn)行檢測操作，因此不可避免會受到人為因素的影響。相同的樣品和相同的操作方法，若有操作人員操作不符合規(guī)范，將會擴(kuò)大在允許范圍內(nèi)的誤差，從而無法保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

3水泥質(zhì)量檢測方法設(shè)計

通過前文對水泥檢測中的影響因素分析，針對實際操作中的問題，本文提出水泥質(zhì)量檢測方法，避免監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境及人為操作帶來的影響，實現(xiàn)水泥質(zhì)量的智能檢測。

3.1水泥圖像樣本獲取

在對水泥表觀成型質(zhì)量進(jìn)行檢測前，首先需要采集數(shù)量足夠的缺陷樣本，由于在采集樣本過程中，易受到其他條件干擾，具有一定的主觀隨意性。為實現(xiàn)成像速度快、信號輸出一致的目的，本文用于獲取水泥圖像樣本的相機(jī)選用工業(yè)相機(jī)MV CA050-lOGC。

基于上述工業(yè)相機(jī)，本文特此設(shè)定獲取水泥表觀質(zhì)量圖像的方式：

第一，采集距離：距離水泥表面300 mm～500 mm。

第二，采集對象：水泥澆筑完成且達(dá)到終凝強(qiáng)度。

第三，拍攝角度：拍攝鏡頭與水泥表面平行，且光照充足。

第四，圖像格式：jpg，bmp。

在上述獲取設(shè)定的水泥表觀質(zhì)量圖像的采集方式下，對水泥質(zhì)量圖像進(jìn)行獲取，并且將圖像尺寸統(tǒng)一調(diào)整為224×224×64，有助于接下來的圖像處理及質(zhì)量檢測。

3.2水泥圖像邊緣提取

后續(xù)數(shù)據(jù)標(biāo)注和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的質(zhì)量會在很大程度上受到形狀規(guī)則和布局均勻性的影響，這是因為它們對任務(wù)的完成具有重要影響，會降低檢測精度。因此，需要對圖像邊緣進(jìn)行檢測，標(biāo)注圖像中的水泥區(qū)域，剔除不含有重要信息的背景部分。而在提取圖像邊緣之前，需要通過一定的手段，增強(qiáng)圖像中的主體部分，弱化圖像的背景區(qū)域，提高圖像質(zhì)量，以達(dá)到豐富信息量的目的。本文采用像素值分布變換方法對圖像內(nèi)容實現(xiàn)增強(qiáng)。

水泥圖像邊緣提取是一種常見的圖像處理任務(wù)，可用于提取水泥圖像中物體的邊界信息，以便進(jìn)一步分析和識別。下面是一種基于邊緣檢測算法的水泥圖像邊緣提取方法，供參考：

圖像預(yù)處理：首先，對水泥圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括灰度化、濾波和增強(qiáng)等操作，以優(yōu)化圖像質(zhì)量和增強(qiáng)邊緣信息。

邊緣檢測算法選擇：選擇適合水泥圖像邊緣提取的邊緣檢測算法，常用的邊緣檢測算法包括Sobel算子、Prewitt算子、Canny算子等。在這里，我們選擇Canny算子作為邊緣檢測算法，因為它能夠提供準(zhǔn)確而清晰的邊緣輪廓。

Canny邊緣檢測算法步驟：

第一，高斯濾波：使用高斯濾波器對灰度圖像進(jìn)行平滑處理，去除噪聲。通過選擇合適的高斯核大小和標(biāo)準(zhǔn)差來平衡平滑效果和邊緣保留效果。

第二，計算梯度幅值和方向：對平滑后的圖像使用Sobel算子計算水平和垂直方向的梯度，并計算每個像素點的梯度幅值和方向。

第三，非極大值抑制：沿著邊緣方向上對梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制，以保留邊緣的細(xì)節(jié)信息。

第四，雙閾值檢測：將圖像像素根據(jù)梯度幅值分為強(qiáng)邊緣和弱邊緣。

第五，邊緣跟蹤和連接：通過利用強(qiáng)邊緣的連通性，對弱邊緣進(jìn)行邊緣跟蹤和連接，以得到完整的邊緣輪廓。

第六，邊緣后處理：對提取出的邊緣輪廓進(jìn)行后處理，包括去除無關(guān)邊緣、填補(bǔ)斷裂的邊緣和平滑邊緣等操作，以獲取更準(zhǔn)確和連續(xù)的邊緣信息。

在圖像的幾何空間內(nèi)，參數(shù)變量為r圓的半徑，圓心位置所在區(qū)域坐標(biāo)為（a，b），其表達(dá)式為：

在上述表達(dá)中，可以說圖像的幾何空間信息中的平面圖形在參數(shù)空間上對應(yīng)于（x，y）的一個點，而在圖像的幾何空間上選擇的任意有效點（x_i，y_i）在參數(shù)空間上呈現(xiàn)出一個三維圓錐形狀。此外，在參數(shù)空間上表示的圓上的所有點組成的集合具有相等的半徑，而經(jīng)過映射后，這些圓心坐標(biāo)之間是不相同的。映射坐標(biāo)系中的圓交點代表了二維平面中原始圖像的中心點與中心點到邊緣的距離，從而可以檢測出圖像的三個參數(shù)信息。

通過上述圖像邊緣提取方法，檢測出因施工工藝導(dǎo)致在水泥表面殘留的干擾區(qū)域，方便后續(xù)干擾區(qū)域的剔除，利于質(zhì)量檢測的進(jìn)行。

3.3水泥質(zhì)量檢測

水泥質(zhì)量檢測是確保產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求的重要環(huán)節(jié)。下面是一種針對水泥質(zhì)量檢測的方法：

3.3.1水泥成分分析

水泥主要由石灰、硅酸鹽、鋁酸鹽和鐵酸鹽等成分構(gòu)成。首先，通過取樣的方式獲取水泥樣品，然后使用化學(xué)分析方法，如X射線熒光光譜（XRF）或火焰原子吸收光譜（FAS）等技術(shù)，對水泥樣品進(jìn)行成分分析。通過分析得到的各種成分含量與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，評估水泥質(zhì)量是否合格。

3.3.2水泥物理性能測試

壓縮強(qiáng)度測試：使用試驗機(jī)對水泥樣品進(jìn)行壓力加載，根據(jù)加載過程中所承受的壓力大小和變形情況，計算水泥的抗壓強(qiáng)度。該指標(biāo)是評價水泥硬化后強(qiáng)度的重要參數(shù)，常用于評估水泥的質(zhì)量。

初凝時間和終凝時間測試：通過露點儀、維卡軟化儀等設(shè)備測定水泥漿體的初凝時間和終凝時間。初凝時間是指水泥漿體開始凝固的時間，終凝時間是指水泥漿體完全凝固的時間。

比表面積測試：水泥的比表面積是評估水泥顆粒細(xì)度和反應(yīng)性的重要參數(shù)，可通過比表面積儀進(jìn)行測定。較高的比表面積通常表示水泥顆粒較細(xì)，具有更好的活性和早期強(qiáng)度發(fā)展。

3.3.3水泥外觀檢查

通過目視觀察和顯微鏡等設(shè)備對水泥外觀進(jìn)行檢查，評估水泥的顏色、形狀、表面平整度等特征，異色、不規(guī)則形狀或表面瑕疵可能是水泥質(zhì)量問題的指示。

3.3.4其他測試方法

根據(jù)具體需求，還可以進(jìn)行其他水泥質(zhì)量檢測，如水泥水化熱測試、抗?jié)B性測試、耐久性測試等。

4實驗論證分析

4.1實驗準(zhǔn)備

為證明本文設(shè)計的方法對水泥質(zhì)量檢查的有效性，在實驗室制備帶有不同缺陷類型的水泥各8根，每根水泥的比表面積均為311m2·kg-1，抗壓強(qiáng)度均達(dá)到齡期所需要求。在模型表面預(yù)設(shè)的缺陷位置設(shè)置H1-H4共四條測線，缺陷分布如圖1所示。

采用不同檢測方法檢測每條測線下的水泥缺陷，針對缺陷類型綜合考慮檢測效果。

4.2實驗說明

在進(jìn)行實驗測試之前，需要對采集到的混凝土表觀質(zhì)量缺陷圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)注。此次實驗使用了LabelImg進(jìn)行標(biāo)注工作，并生成符合Pascal VOC格式的.xml文件。為了確保能夠準(zhǔn)確地檢測出水泥表觀的缺陷，需要手動框選樣本數(shù)據(jù)集中所有圖像中缺陷所在的具體位置（即Ground Truth）。在本次實驗中，對經(jīng)過預(yù)處理的原始圖像集共進(jìn)行了1100張的標(biāo)注工作。

4.3實驗結(jié)果

為體現(xiàn)文中所提檢測方法的整體優(yōu)越性，同時應(yīng)用基于超聲波的水泥質(zhì)量檢測方法（方法1）、基于BIM的水泥質(zhì)量檢測方法（方法2）與本文方法作對比，對以上采集到的水泥表觀圖像進(jìn)行質(zhì)量檢測，比較不同方法的正檢率，對比結(jié)果如圖2所示。

由上圖可知，三種檢測方法的檢測準(zhǔn)確率均隨著實驗次數(shù)的增加而有所提升，而相比于其他兩種方法，本文方法始終保持著最高的檢測準(zhǔn)確率。通過分析可知，方法1與方法2的檢測準(zhǔn)確率過低的主要原因是，對于低質(zhì)量的待檢測圖像，需要提取更多特征點用于檢測模型的匹配，而在這一過程中，容易出現(xiàn)匹配誤差。針對這類問題，本文方法能夠通過圖像增強(qiáng)并提取邊緣處理而有效解決。因此，本文方法在水泥質(zhì)量檢測工作中，能夠有效提高檢測準(zhǔn)確率。

5結(jié)論

有效提高水泥質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確率是提升建筑安全等級的主要手段之一。深入了解影響水泥檢測的因素，并采取合理的質(zhì)量檢測方法，準(zhǔn)確檢測出質(zhì)量不合格的水泥材料，對保證建設(shè)工程的整體質(zhì)量具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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