Caractérisation du réseau de bulles d air dans un béton par analyse d image

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1 Caractérisation du réseau de bulles d air dans un béton par analyse d image Sourdun Journées Techniques OA 9, 10 mai 2012 S. BOUTEILLE, Ch. HERBERT Jeudi 10 mai 2012 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 1

2 Sommaire Éléments de contexte Préparation des corps d épreuve Identification de la surface de pâte Réseau de bulles d air et facteur d espacement Perspective Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 2

3 Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d Art Éléments de contexte Résistance au gel des bétons Gel de prisme 10x10x40 en enceinte climatique de laboratoire Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel (LCPC 2003) Caractère protecteur du réseau de bulle d air Réseau poreux et vide d air dans la pâte cimentaire Théorie des pressions hydrauliques T.C. Powers, Proc. Highway Res. Board (1949) Succion crysocopique D.H. Everett, Trans. Faraday Soc. (1961) M. Vignes, K.M. Dijkema, JCIS (1974) Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon M. Pigeon, J. Marchand, R. Pleau, Frost résistant conrete, Construction and Builing Materials, Vol. 10, No. 5, pp ,1996 3

4 1 - Éléments de contexte Détermination du facteur d espacement ASTM 457C NF EN Méthode de comptage manuelle, par points d arrêts. Méthode de comptage automatisée, par interception de cordes Résultats : Sv, Sp et N Résultats : Ta, Ci (et P?) Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 4

5 2 - Préparation des corps d épreuve De la découpe à l acquisition Découpe Polissage Carbure de silicium ( min 3 m) Alumine ( min 0,5 m) Gabarit de sciage 2 plaques 100X100 mm² Polissage (bras automatisé) Prépare acquisition Remplissage du réseau de bulles d air par de l alumine Acquisition Gabarit d acquisition h 2 µm Emploi d encre à alcool (contraste) Sp x20 Bulles d air Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon x100 5

6 3 - Identification de la surface de pâte Principe d identification indirect : S p = S t (S g +S v ) Étape 1 Segmentation des granulats et vides d air Acquisition x niveaux de gris Utilisation de l opérateur gradient (Cany-Derriche) Intensité Gradient (masque de convolution 5x5) Seuil? Binarisation Image pâte et résidu Étape 2 Identification de la surface de pâte Recherche de l intervalle d intensité correspondant à la surface de pâte dans l Image pâte et résidu Image 90x90 mm², 19737x19737 pixels² Découpe en 9 images pour traitement Résolution 1pixel = 4,560 m² Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 6

7 Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d Art Identification de la surface de pâte Étape 1 - Segmentation des granulats et vides d air Seuil 3 Seuil 5 Détermination du niveau de seuillage du gradient 100,0% Image pâte et résidu ,0% ,0% 60,0% ,0% ,0% 30,0% ,0% Nombre d'objets identifiés 80,0% % surface retenue Seuil 7 Critère de convergence : 1 - Une limite réaliste Sg<60% 2 - Nombre maximal d objets Seuil ,0% 0,0% Niveau de seuillage du gradient 9 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 10 7

8 3 - Identification de la surface de pâte Étape 2 Identification de la surface de pâte Image pâte et résidu Coefficient de coupure de l'histogramme Histo lissé Histo seuillé Coupure 0,75 Coupure 75% du mode % Pâte Détermination du % pate 100% % 80% % % 50% % 30% % % 0% 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Coefficient de coupure Nombre de vides dans la pâte Choix d un coefficient de coupure (% du mode) Critère de convergence : - Nombre max d objets dans la pâte Analyse image 23,9% ASTM 457C 25,8% Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 8

9 4 - Réseau de bulles d air Acquisition 14 bandeaux 0,8x90 mm² Résolution 1 pixel = 0,918 m² Acquisition x niveaux de gris Bandeau découpé en 4 images, x 960 pixels² Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 9

10 4 - Réseau de bulles d air Choix d une intensité de seuillage Niveaux de seuillage étudiés entre 110 et 140 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 10

11 4 - Réseau de bulles d air Seuillage des images Identification des vides d air Ligne 9_1 0,8x90 mm², 24320x960 pixels² Seuil 110 Seuil 125 Seuil 140 Opérations morphologiques (ouverture, fermeture, remplissage des vides) Application d un masque (ligne centrale) pour l interception des lignes de corde Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 11

12 4 - Réseau de bulles d air Calcul du facteur d espacement, comparaison NF EN ASTM 457C Lbarre (µm) Résultats en fonction du niveau de seuillage Résultats EN Plaque aluminée Résultats ASTM C457 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 Proportion d'air calculée Nbre de bulles/m (/1000) Analyse d'image P=23,9% ASTM P=25,8% Plaque 2828_2 (aluminée) Seuil N/ml A Lbarre (µm) ,21% ,42% ,54% ,02% ,99% ,47% 181 Pente forte autour de l intensité Influence du niveau de seuillage 0 0, Intensité de seuillage Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 12

13 Conclusion - perspective Pré-traitement Principe d une préparation de qualité Méthode développée Découpe polissage soignés Encrage / alumine Double acquisition (Gabarit) Perspective d évolution Polissage à l alumine (grain de 0,1 µm) Surface de pâte Vides d air Méthode en deux temps Gradient Intervalle correspondant à la pâte Méthode simple par seuillage Résultats à analyser finement Plaques complexes (très faible contraste) Seuillage automatique Masque sur les granulats Campagne d essai en cours (échantillons représentatifs / mortier / coulis) Essais comparés avec la norme ASTM 457C Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 13

14 Merci de votre attention Et à tous ceux qui ont participé à ces travaux Stagiaires CETE de Lyon / GOASMD Julien Senaillet 2005 Catherine Mallet 2007 Etienne Castillo 2008 Selim Maiassi 2009 Michael Dierkens Georges Orcel Christophe Herbert Florent Cappon 2011 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 14