本发明属于桥梁工程材料性能测试分析，具体涉及一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法。
背景技术：
1、混凝土材料凭借其优异的力学性能和低廉的经济成本，在我国基础设施建设中得到了广泛的应用。普通混凝土材料由粗骨料、砂浆以及两者之间的界面过渡区(itz)组成，itz是混凝土材料中最薄弱的环节，能够准确、有效地识别混凝土材料的itz对研究混凝土的力学性能和耐久性能都具有重要意义。
2、典型的itz的厚度通常在10～100μm范围内，相较于混凝土结构尺度小很多，在研究混凝土整体性能时将其看作为性质单一且均匀的界面层。确定itz微观力学性能和厚度最常用的方法是通过对抛光的混凝土片进行显微硬度测试，利用压头从粗骨料向砂浆区域逐点施加压力，由于itz的硬度相较于粗骨料和砂浆小很多，可以通过维氏硬度的变化来判断itz的厚度。这种方法可以有效地测试局部itz的几何参数。但实际上，itz的物理特性具有强离散性，即使在同一块混凝土试件内也是如此。如果只测试一条线或小规模的itz，测试结果往往具有较强的随机性，很难准确表示itz的总体特征。即便有些研究中使用压痕网格或多条显微硬度测试线，但这些测试实施的范围是有限的，且大大增加了测试成本。
3、考虑到itz几何特征对混凝土材料特性具有很大影响，本发明开发了一种能够准确、高效测试itz几何特征的方法，该方法对掌握混凝土力学性能和耐久性能具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是为解决现有的混凝土itz测试方法存在效率低、随机性强的问题，提供一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法。
2、本发明的方法根据混凝土中骨料、砂浆以及itz的硬度存在明显差异导致打磨后itz损耗更多的特点，开发了itz自动识别程序，可以准确地捕捉到itz的厚度及相对高度。通过对大量的itz数据采用统计学方法进行描述，能够更加准确地表征itz的几何特征。
3、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
4、一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，所述方法包含以下步骤：
5、步骤1：对混凝土试块进行切片，并在切片上进行钻芯处理，在钻取的混凝土芯样外周浇筑环氧树脂，采用不同等级的金刚砂悬浮液打磨混凝土芯样；
6、步骤2：使用三维扫描仪对打磨后的混凝土芯样表面进行扫描，获取扫描区域内的混凝土芯样三维点云数据；
7、步骤3：利用itz自动识别程序处理三维点云数据，提取批量的itz厚度及相对高度的几何信息；
8、步骤4：对提取的itz几何信息进行统计分析，利用统计模型描述混凝土itz几何信息的分布特征。
9、进一步的是，所述步骤1的具体处理过程如下：
10、步骤1.1、利用切割机对待测试的混凝土试块进行切片处理，切片厚度在15mm～30mm范围内；
11、步骤1.2、在混凝土切片上钻取混凝土芯样，芯样的直径在25mm～28mm之间，钻取的混凝土芯样表面保证一半骨料、一半砂浆，itz处于圆形混凝土芯样的直径上；
12、步骤1.3、将钻取的混凝土芯样置于圆柱形模具中心，在混凝土芯样周围浇筑环氧树脂，待环氧树脂完全硬化后脱模；
13、步骤1.4、先后采用240目、320目、400目、600目和800目的金刚砂悬浮液对混凝土芯样表面进行打磨，每个等级悬浮液打磨完成后，采用超声波清洗仪对混凝土芯样表面进行清洗。
14、进一步的是，所述步骤2的具体处理过程如下：
15、步骤2.1、选取打磨后的混凝土芯样表面中带有itz的区域，将itz置于视野中央，通过调整三维扫描仪扫描范围，保证骨料、砂浆及itz所有高程都在扫描区域内，扫描水平范围在2mm以上，水平及垂直扫描分辨率分别保证在2μm和1μm范围内；
16、步骤2.2、更换扫描范围，使其满足步骤2.1，并重复扫描至少3个区域；
17、步骤2.3、提取并保存每个扫描区域的三维点云数据，至少包含x、y、z三个方向坐标。
18、进一步的是，所述步骤3的具体处理过程如下：
19、步骤3.1、利用matlab读取扫描区域内所有点的三维坐标；
20、步骤3.2、提取最小y坐标对应的三维数据，定位最小y坐标所对应的最小高程，即z坐标的最小值，该位置的三维坐标即为itz区域的最低点p1；
21、步骤3.3、对最低点p1所对应的x坐标递增向砂浆方向检索，同时计算相邻点连线的斜率k1；
22、k1＝(zn+1-zn)/(xn+1-xn)；
23、其中：zn+1、zn分别表示第n+1和第n个点的z坐标，xn+1、xn分别表示第n+1和第n个点的x坐标；
24、当斜率k1绝对值小于0.01时，停止检索，记录该点为p2，p2即为itz与骨料之间的临界点；
25、步骤3.4、对最低点p1所对应的x坐标递减向骨料方向检索，同时计算相邻点连线的斜率k2；
26、k2＝(zn-zn-1)/(xn-xn-1)；
27、其中：zn、zn-1分别表示第n和第n-1个点的z坐标，xn、xn-1分别表示第n和第n-1个点的x坐标；
28、当斜率k2绝对值小于0.01时，停止检索，记录该点为p3，p3即为itz与砂浆之间的临界点；
29、步骤3.5、输出p1、p2和p3三个点的三维坐标；
30、步骤3.6、通过如下公式计算itz的厚度t及相对高度h：
31、
32、
33、其中：分别表示点p3和点p2的x坐标，分别表示点p3和点p1的z坐标；
34、步骤3.7、依次增加y值，重复步骤3.2～步骤3.6，y坐标达到最大值后停止，将所有itz的厚度t及相对高度h保存到数据集。
35、进一步的是，所述步骤4的具体处理过程如下：
36、步骤4.1、对itz厚度t数据集利用统计模型进行拟合，厚度t服从正态分布，提取拟合的均值与标准差；
37、步骤4.2、对正态分布拟合进行k-s检验，保证拟合的合理性；若通过k-s检验，则执行步骤4.3；若未通过k-s检验，则返回至步骤4.1，采用gamma分布或对数正态分布进行拟合，直到通过k-s检验为止；
38、步骤4.3、将itz厚度t数据集更换为相对高度h，重复步骤4.1～步骤4.2，相对高度h服从gamma分布或正态分布，对相对高度h进行统计分析。
39、本发明相对于现有技术的有益效果是：目前的现有技术中，对于混凝土itz的测试最常用的方法是显微硬度法，即利用纤维硬度仪对打磨后的混凝土试件由骨料向砂浆方向逐点打压，通过压点的硬度变化来判断itz的厚度。这种方法每次测试只能得出单一itz的几何信息，但实际上，即便是同一种混凝土材料内部的itz，其几何信息都存在很大的变异性，仅对单一itz进行测试得出的结果无法准确描述混凝土内itz的整体特征。若利用显微硬度法测试批量的itz信息又将耗费极大的时间成本，在试验中难以得到应用。本发明根据itz硬度相较于骨料及砂浆更小、打磨时损耗更多的原理，发明了一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，对打磨后的混凝土芯样进行扫描后可自动提取大量的itz几何信息，利用统计学方法描述itz几何分布特征，极大地提高了对混凝土itz测试的效率和测试结果的准确性。
1.一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，其特征在于：所述步骤1的具体处理过程如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，其特征在于：所述步骤2的具体处理过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，其特征在于：所述步骤3的具体处理过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于表观三维形貌的混凝土界面过渡区识别方法，其特征在于：所述步骤4的具体处理过程如下：
