一种测定钢筋锈蚀面积的辅助装置的制作方法

1.本实用新型属于钢筋锈蚀试验检测领域，涉及测定钢筋锈蚀面积的辅助装置及快速直观检测方法。


背景技术：

2.在建筑工程中，钢筋混凝土因具有坚固耐用和材料便宜广泛等优点而被土木工程各个领域普遍采用。由于钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构物的破坏已经成为世界性问题。钢筋锈蚀在建筑工程中常见的有混凝土浇筑前钢筋锈蚀和混凝土浇筑后钢筋锈蚀两种情况。混凝土浇筑后钢筋锈蚀产生的原因是氯盐。经过大量的调查研究和经济分析表明，在有氯盐存在的环境中建造钢筋混凝土构筑物，宜在混凝土中掺加适量的钢筋阻锈剂。现有的国家标准和各行业标准中，描述钢筋阻锈剂的阻锈效果，通常采用的参数是“掺加钢筋阻锈剂混凝土的钢筋试件与基准混凝土的钢筋试件锈蚀率比值”，要求掺加钢筋阻锈剂混凝土的钢筋试件与基准混凝土的钢筋试件锈蚀率比值小于5％时，判定为掺加钢筋阻锈剂后盐水浸烘环境中钢筋锈蚀面积减少95％以上。
3.钢筋锈蚀面积的检测方法，目前国内主要分为下面三种：一是用玻璃纸或透明胶带描绘，虽然比较直观，但难度大，劳动强度高，费工耗时，而且小的钢筋锈蚀点很难描绘，转移到方格纸上难度也较大，在方格纸上数格子计算面积也较难；二是直接目视，肉眼观查，估算百分率，精度更低；三是应采用彩色扫描仪获取钢筋试样图片，再使用图像处理软件，标识钢筋锈蚀面与非锈蚀面的不同灰度值(进行二值化处理)，进而计算得到钢筋锈蚀面积(a1)、钢筋工作面积(a2)、钢筋锈蚀面积百分率(a)。灰度值，二值化处理时，变成灰度后，一样不直观，不知道是选择了钢筋锈蚀的点，还是高曝光的点，误差较大。
4.已有的第三种彩色扫描仪分析方法，方法比前两种好，精度比前两种高，但说明比较简单，只是说明了基本原理，对怎么样获取钢筋试样图片及怎样提高试验检测精度的注意事项缺乏详细的说明，主要体现在以下几个方面：一是没法保证每根钢筋在拍摄正面投影和反面投影时都在同样的固定位置拍摄，每次拍摄效果受到的影响因素较多，光线、拍摄高度、拍摄角度等，图像质量不统一，严重时会影响试验分析的结果；二是钢筋固定效果不好，会导致正反拍摄时钢筋的旋转角度不是正好的180
°
，获得的正面投影和反面投影与真实情况相比，会有钢筋锈蚀面积部分区域的重叠和丢失，严重时会影响试验分析的结果；三是如果只采用钢筋圆柱形表面的正面和反面一次投影来分析，钢筋锈蚀面与铅锤面夹角越小，分析获得的锈蚀投影面积就越小，最终得到的钢筋锈蚀面积结果偏小，误差增大；四是选取灰度值时，不直观，不便于观察，操作门槛较高。
5.因此，鉴于以上诸多缺憾，钢筋锈蚀面积试验检测工作中迫切需要开发出一种测定钢筋锈蚀面积的辅助装置及操作简单、提高试验检测精度的快速直观检测方法。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种测定钢筋锈蚀面积的辅助装置，以克服现有技术
所存在的上述缺憾和不足。
7.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种测定钢筋锈蚀面积的辅助装置，包括底座和固定块，底座包括两块端面固定板、两块侧面固定块底座、两块侧面低挡板、两块侧面高挡板；所述端面固定板、侧面高挡板首尾连接形成口字形框架；
9.所述侧面固定块底座、侧面低挡板与侧面高挡板连接，在口字形框架内形成左右两条平行的凹槽；
10.所述固定块为正多边形，其上开设有贯穿中心的缺口，所述缺口供待测锈蚀面积的钢筋嵌入；
11.以两块固定块为一组，分别设置于上述左、右凹槽内以供嵌入一根待测锈蚀面积的钢筋；
12.八组共十六块固定块按照上述方式设置于左、右凹槽内；各组固定块的缺口中都嵌入一根待测锈蚀面积的钢筋。
13.可选地，待测锈蚀面积的钢筋两端由两块正八边形柱体固定块固定，按统一的时针方向换相邻的一条边放置拍摄，就是把待测锈蚀面积的钢筋依次准确的旋转45
°
放置拍摄；
14.辅助固定装置能同时放置8根待测锈蚀面积的钢筋，一起拍摄；
15.正八边形柱体固定块有一个缺口，能方便放置钢筋，而且快速指明和统一待测锈蚀面积的钢筋的旋转方向。
16.可选地，所述固定块的三个面上均开设有中心孔及内螺纹，所述中心孔内均设有内六角平端紧定螺钉以固定住钢筋。
17.可选地，所述内六角平端紧定螺钉的轴线垂直于钢筋的轴线。
18.可选地，所述辅助装置由高强铝合金材料制成。
19.使用本实用新型测定钢筋锈蚀面积的快速直观检测方法，包括下列步骤：
20.1)将掺加钢筋阻锈剂混凝土的4根钢筋试件和基准混凝土的4根钢筋试件共8根钢筋，放在钢筋锈蚀面积的辅助固定装置中，拧紧两端正八边形柱体固定块的中心固定螺丝，垂直向下拍摄一次；
21.2)将得到的1张彩色图像导入装有photoshop软件的计算机中；
22.3)使用“裁剪”命令将图像修剪为只有待测锈蚀面积的钢筋工作面积投影；
23.4)选取待测锈蚀面积的钢筋工作面积投影，使用“直方图”命令，此时的像素数即对应钢筋工作面上半部分的总像素数c
上1
；
24.5)使用“对比度”命令，调整对比度至锈蚀部分明显；
25.6)使用“色彩范围”命令，选择合适的容差，用鼠标点选图像中具有典型锈蚀颜色的像素点，使所有的锈蚀部分被自动全部选取；
26.7)使用“直方图”命令，此时的像素数即对应钢筋工作面上半部锈蚀部分的总像素数c
锈1
；
27.8)将8根钢筋和两端正八边形柱体固定块按同样的时针方向手动换成正八边形柱体固定块相邻一条边放置，即旋转45度，放平压紧，垂直向下拍摄一次，重复2)～7)步骤；
28.9)再重复8)步骤6次；
29.10)得到钢筋锈蚀面积百分率a＝1/8
×
(c
锈1
/c
上1
c
锈2
/c
上2
c
锈3
/c
上3
c
锈4
/c
上4
c
锈5
/c
上5
c
锈6
/c
上6
c
锈7
/c
上7
c
锈8
/c
上8
)
×
100(％)；
30.11)钢筋锈蚀面积a1＝a/100
×
a2,a2为钢筋工作面积。
31.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
32.1)利用钢筋锈蚀面积的辅助固定装置，保证每根钢筋都在同样的固定位置拍摄，基本保证光线、拍摄高度、拍摄角度等条件的一致性，提高图像质量的稳定性；
33.2)利用钢筋锈蚀面积的辅助固定装置，一次性拍摄8根钢筋的图像，提高了效率；
34.3)如果只采用钢筋圆柱形表面的正面和反面一次投影来分析，钢筋锈蚀面与铅锤面夹角越小，分析获得的锈蚀投影面积就越小，最终得到的钢筋锈蚀面积结果偏小，误差增大，提出初始位置垂直向下拍照一次，再转动7次，每次转动45度，共拍照8次，即每点投影4次再求和分析的降低误差的办法，给出了钢筋锈蚀面积百分率a和钢筋锈蚀面积a1的计算公式；
35.4)使用通用软件进行快速图像处理，操作简单，容易掌握，锈蚀面积是否选中也能很直观地显示出来。
附图说明
36.图1为实用新型一种测定钢筋锈蚀面积的辅助装置实施例的结构示意图。
37.图2为图1所示辅助装置的底座部分结构示意图。
38.图3为本实用新型一种正八边形柱体固定块实施例等轴测立体示意图。
39.图4为本实用新型一种正八边形柱体实施例平面尺寸示意图。
40.图5为运用本实用新型实施例中对测定装置及钢筋拍照得到的照片。
41.图6为图5中左起第一根钢筋在软件photoshop“直方图”中的像素数。
42.图7为该钢筋锈蚀部分在软件photoshop“直方图”中的像素数。
43.图8为钢筋第一次转动45度的图像。
44.图9为初始位置垂直向下拍照一次，再转动7次，每次转动45度，共拍照8次，即每点投影4次的原理分析曲线图。
具体实施方式
45.以下结合附图及实施例对本实用新型进一步加以介绍。
46.一种测定钢筋锈蚀面积的辅助装置，包括底座和固定块，底座1组成如图2所示：包括两块端面固定板4、两块侧面固定块底座5、两块侧面低挡板6、两块侧面高挡板7；所述端面固定板4、侧面高挡板7首尾连接形成口字形框架；
47.所述侧面固定块底座5、侧面低挡板6与侧面高挡板7连接，在口字形框架内形成左右两条平行的凹槽；
48.所述固定块2为正多边形，其上开设有贯穿中心的缺口，所述缺口供待测锈蚀面积的钢筋嵌入；
49.以两块固定块2为一组，分别设置于上述左、右凹槽内以供嵌入一根待测锈蚀面积的钢筋3，钢筋3嵌入后，向下向前用力，使得两块固定块2两边贴紧端面固定板4和侧面固定块底座5，拧紧固定块2三个面上中心孔9内的内六角平端紧定螺钉10，牢牢固定住钢筋3，如
图3、4所示。
50.图4中还展示了一种实施例中固定块2所采用的各个结构尺寸的具体数值。
51.八组共十六块固定块2按照上述方式设置于左、右凹槽内；各组固定块2的缺口中都嵌入一根待测锈蚀面积的钢筋3，如图1所示。
52.整个装置由高强铝合金材料制成，质地坚硬重量轻。
53.把一对正八边形柱体固定块2，放置在辅助固定装置底座1上由侧面固定块底座5、侧面低挡板6、侧面高挡板7形成的凹槽内，缺口朝上，在把待测锈蚀面积的钢筋3放在一对正八边形柱体固定块2的缺口内，正八边形柱体固定块2一边贴紧端面固定板4，一边贴紧侧面固定块底座5的顶面，利用端面固定板上4的安装孔8，用内六角平端紧定螺钉10固定待测锈蚀面积的钢筋3和正八边形柱体固定块2，两端固定好；把第一次固定好的这一对正八边形柱体固定块2逆时针旋转90
°
放置在凹槽内，按之前的要求两边紧贴；第二次用内六角平端紧定螺钉固定待测锈蚀面积的同一根钢筋和同一对正八边形柱体固定块，两端固定好；再把第二次固定好的这一对正八边形柱体固定块逆时针旋转90
°
放置在凹槽内，按之前的要求两边紧贴，第三次用内六角平端紧定螺钉固定待测锈蚀面积的同一根钢筋和同一对正八边形柱体固定块。如此重复，完成所有8根待测锈蚀面积的钢筋的固定工作，就可以进行第一次拍摄。
54.第一次拍摄完成后，按统一的时针方向换相邻的一条边放置，即正八边形柱体固定块2的缺口朝一个方向放置，进行第二次拍摄，再按统一的时针方向再换相邻的一条边放置拍摄，直至8次拍摄完成。
55.正八边形柱体固定块2按统一的时针方向换相邻的一条边放置拍摄，就是把待测锈蚀面积的钢筋依次准确的旋转45
°
放置拍摄。
56.原理分析：
57.以图5中的左侧第一根钢筋为例，直径为d(mm)，试验分析的中间段钢筋长为h(mm)，试验分析的中间段钢筋圆柱侧面即钢筋工作面，面积为a2＝πdh(mm2)，上半部分面积为πdh/2(mm2)，垂直向下拍摄一次，钢筋工作面上半部分实际投影面积为dh(mm2)，图像放大系数为m，钢筋工作面上半部分图像投影面积为dhm(mm2)，总像素为c
上
，则得到这个图像一个像素代表的图像投影面积为sc＝dhm/c
上
。
58.钢筋放在固定装置中，拧紧两端正八边形柱体固定块的中心固定螺丝后，暴露长度范围内钢筋圆柱侧面上的很多锈蚀部分，根据与铅垂垂面(拍摄方向)所成夹角的不同，锈蚀部分面积被分为若干个微元s1、s2、s3、
…
、sn，则实际所有的锈蚀部分总面积为a1＝s1 s2 s3
…
sn，与铅垂面(拍摄方向)所成夹角分别为β1、β2、β3、
…
、βn，则实际所有的锈蚀部分总投影面积s
实投
＝s1×
|sinβ1| s2×
|sinβ2| s3×
|sinβ3|
…
sn×
|sinβn|，则图像中的锈蚀部分总像素数为c
锈
，实际所有的锈蚀部分总图像投影面积s
图投
＝s
实投
×
m＝sc×c锈
。因为β1、β2、β3、
…
、βn不完全一样，当βi＝90
°
时，si×
|sinβi|＝si，锈蚀部分完全投影到图像中；当βi＝0
°
时，si×
|sinβi|＝0，锈蚀部分完全没有投影到图像中。为了得到更准确的实际所有的锈蚀部分总面积投影s
实际
，显然不能只垂直向下拍照一次，应该也让处于0
°
附近或者角度较小的锈蚀微元，通过旋转能到角度比较大投影面积较大的位置。经过研究，初始位置垂直向下拍摄一次，再转动7次，每次转动45度，共拍照8次，即每个微元si投影4次，得到的实际投影面积总和是比较有规律，有代表性的，即si×
|sin(βi)| si×
|sin(βi 45
°
)| si×
|sin(βi 90
°
)| si×
|sin(βi 135
°
)|≈si×
2.5465≈si×
8/π，请参阅图9及下表1。
59.表1
[0060][0061][0062]
由此得到钢筋工作面实际投影面积总和s
实投总
≈s1×
8/π s2×
8/π s3×
8/π
…
sn×
8/π＝(s1 s2 s3
…
sn)
×
8/π≈a1×
8/π，s
图投总
＝s
实投总
×
m≈a1×
8m/π。因为拍摄只能投影
上半部，得到的是钢筋工作面上半部锈蚀投影面积总像素数c
上1
、c
上2
、c
上3
、c
上4
、c
上5
、c
上6
、c
上7
、c
上8
，钢筋工作面上半部锈蚀部分的投影面积总像素数c
锈1
、c
锈2
、c
锈3
、c
锈4
、c
锈5
、c
锈6
、c
锈7
、c
锈8
，对应8个不同图像的一个像素代表的图像投影面积为s
c1
、s
c2
、s
c3
、s
c4
、s
c5
、s
c6
、s
c7
、s
c8
，则实际所有的锈蚀部分总图像投影面积s
图投总
＝c
锈1
×sc1
c
锈2
×sc2
c
锈3
×sc3
c
锈4
×sc4
c
锈5
×sc5
c
锈6
×sc6
c
锈7
×sc7
c
锈8
×sc8
＝dhm
×
(c
锈1
/c
上1
c
锈2
/c
上2
c
锈3
/c
上3
c
锈4
/c
上4
c
锈5
/c
上5
c
锈6
/c
上6
c
锈7
/c
上7
c
锈8
/c
上8
)≈a1×
8m/π,则a1≈πdh/8
×
(c
锈1
/c
上1
c
锈2
/c
上2
c
锈3
/c
上3
c
锈4
/c
上4
c
锈5
/c
上5
c
锈6
/c
上6
c
锈7
/c
上7
c
锈8
/c
上8
)，进而本根钢筋锈蚀面积百分率a＝a1/a2×
100％＝1/8
×
(c
锈1
/c
上1
c
锈2
/c
上2
c
锈3
/c
上3
c
锈4
/c
上4
c
锈5
/c
上5
c
锈6
/c
上6
c
锈7
/c
上7
c
锈8
/c
上8
)
×
100％。
[0063]
以下结合具体实施例，对本实用新型作进一步说明。图5中的钢筋直径为d＝10(mm)，试验分析的中间段钢筋长为h＝100(mm)，试验分析的中间段钢筋圆柱侧面即钢筋工作面面积为a2＝πdh＝3141.6(mm2)，钢筋锈蚀面积检测步骤如下：
[0064]
1)如图5，将掺加钢筋阻锈剂混凝土的4根钢筋试件和基准混凝土的4根钢筋试件共8根钢筋，放在钢筋锈蚀面积的辅助固定装置中，拧紧两端正八边形柱体固定块的中心固定螺丝，垂直向下拍摄一次；
[0065]
2)将得到的1张彩色图像导入装有photoshop软件的计算机中；
[0066]
3)如图6，使用“裁剪”命令将图像修剪为只有待测锈蚀面积的钢筋工作面积投影；
[0067]
4)如图6，选取待测锈蚀面积的钢筋工作面积投影，使用“直方图”命令，此时的像素数即对应钢筋工作面上半部分的总像素数c
上1
＝62805；
[0068]
5)使用“对比度”命令，调整对比度至锈蚀部分明显；
[0069]
6)如图7，使用“色彩范围”命令，选择合适的容差，用鼠标点选图像中具有典型锈蚀颜色的像素点，使所有的锈蚀部分被自动全部选取；
[0070]
7)如图7，使用“直方图”命令，此时的像素数即对应钢筋工作面上半部锈蚀部分的总像素数c
锈1
＝6512；
[0071]
8)如图8，将8根钢筋和两端正八边形柱体固定块按同样的时针方向手动换成正八边形柱体固定块相邻一条边放置，即旋转45度，放平压紧，垂直向下拍摄一次，重复2)～7)步骤；
[0072]
9)再重复8)步骤6次；
[0073]
10)如表2得到这根钢筋锈蚀面积百分率a＝1/8
×
(c
锈1
/c
上1
c
锈2
/c
上2
c
锈3
/c
上3
c
锈4
/c
上4
c
锈5
/c
上5
c
锈6
/c
上6
c
锈7
/c
上7
c
锈8
/c
上8
)
×
100(％)＝9.9(％)；
[0074]
11)钢筋锈蚀面积a1＝a/100
×
a2＝311.0(mm2),a2为钢筋工作面积。
[0075]
表2
[0076][0077]
上述相关说明以及对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些内容做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述相关说明以及对实施例的描述，本领域的技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。