新拓三维光学测量技术在混凝土行业的应用案例

　　混凝土是世界上用量最大、使用最广泛的建筑材料之一，作为一种多相的复合材料，其破坏机理和破坏形态一直是力学、材料学和工程技术界所共同关注的课题。

　　三维光学测量技术，可用于扫描混凝土断口形貌，分析断裂能参量和断裂损伤性能；分析混凝土负载下的裂纹演化和破坏过程，探索混凝土抗压缩和抗劈裂性能，为提升混凝土的相关载荷性能提供数据依据。

　　混凝土断裂力学性能测试

　　混凝土断裂试件断口蕴涵着丰富的力学信息，而传统的欧几里得几何难以对复杂的断口形貌进行描述。三维扫描技术可以很好的解决这个问题，通过引入分形几何理论对断口三维形貌进行研究，结合宏观的断裂能参量进行数值分析。

　　通过新拓三维XTOM蓝光三维扫描仪，扫描了解混凝土断裂损伤性能，断裂面分形特征，从而找到混凝土断裂微观现象与宏观力学量联系的桥梁，为实现混凝土结构的耐久性设计、评估及寿命预测提供理论依据，具有重要的理论研究价值及现实指导意义。

　　断裂后混泥土结构断口形貌

　　三维扫描采集数据

　　断口三维形貌扫描数据

　　纤维混凝土压缩测试

　　XTDIC三维全场应变测量系统配置25mm镜头，加载试验机对纤维混凝土试样进行准静态压缩，压缩载荷的加载速率一定数值加大。当压缩载荷达到一定倍数，进行图像采集，作为各级载荷时的目标图像。图像采集完成后继续加载，直到试样碎裂破坏，图像同步采集完成。

　　取变形前后图像中各点的灰度值进行局部相关度的运算，当点位移值到极值时通过确定目标图上的位置，得到位移场，并采用相关系数的曲面拟合法来达到亚像素的位移测量精度，通过位移场拟合的方法得到应变分布。

　　压缩横向应变图及横向应变点数据

　　压缩纵向应变图及横向应变点数据

　　压缩横向及纵向变化率曲线

　　加纤维混凝土劈裂测试

　　采用XTDIC非接触应变测量，对加纤维混凝土在劈裂载荷下进行实时监测，XTDIC系统软件对试件水平方向位移和应变进行分析，研究试样在破坏前、初始破坏以及完全破坏三个阶段的位移场和应变场，分析在劈拉过程中混凝土表面裂缝的变化。

　　劈裂横向应变图及横向应变点数据

　　劈裂纵向应变图及横向应变点数据

　　劈裂横向及纵向变化率曲线

　　加纤维水泥试块测试

　　在加载试验机进行劈-拉加载过程中，XTDIC系统CCD工业相机对试件在劈裂全程进行图像的采集和储存，在混凝土试件完全破坏后完成采集，XTDIC系统对全过程变形及裂缝图像进行处理，并分析横向位移和应变。

　　劈裂横向应变图及横向应变点数据

　　劈裂纵向应变图及横向应变点数据

　　压缩横向及纵向变化率曲线

　　现代工程对建筑结构的质量和跨度等要求越来越高，但是原来的混凝土在抗拉强度、韧性方面的不足也日益凸显。工程科研人员不断致力于改善混凝土性能，希望质量更轻，强度更高，延性更大，耐长久性更长等，从而进一步扩展混凝土的使用领域。

　　采用三维光学测量技术，分析复杂的断口形貌和断裂面分形特征，以压缩、劈裂实验分析混凝土的受力及碎裂方式的区别，分析改性混凝土试块在劈裂及压缩试验时，呈现出的优异力学性能及韧性条件，实验结果可结合有限元分析，为新型纤维混凝土材料在工程中的实际应用提供数据参考。