Цветометрическое определение минеральных примесей в цементах с использованием мобильных устройств

Abstract

Изучены цветометрические характеристики портландцемента, извести, мела, золы уноса и шлака, а также двойных и тройных систем портландцемента с минеральными добавками, доля которых в системах варьировалась от 5 до 30 % в цветовой системе RGB. Цветность оценивали с помощью смартфонов двух моделей Huawei, для обработки цифровых изображений опробовано несколько пакетов программного обеспечения для мобильных устройств. В качестве образца сравнения (эталона белизны) применяли порошок BaSO4.Подтверждено, что контроль с помощью цифровой цветометрии с применением смартфонов можно использовать для оперативного обнаружения в цементе минеральных добавок, отличающихся от портландцемента по параметрам цветности. Для количественной оценки состава бинарных смесей цемента с мелом и золой уноса пригодны линейные градуировочные функции F’i= a + bW по всем трем компонентам цветности F’R, F’G и F’B с высокой величиной достоверности аппроксимации (R2 ≥ 0.95). Для смесей цемента с известью тангенс угла наклона прямых и коэффициент детерминации (R2 ≥ 0.92) также достаточны для количественных оценок содержания добавки в смеси. Уверенно определять добавки шлака по параметрам цветности в цементе нельзя из-за слишком незначительной разности в показателях цветности цемента и шлака. Для цементов, содержащих две минеральных добавки, их наличие можно выявить цветометрически, используя биномиальные градуировочные функции, если известен состав добавок, и качественно с оценкой «много-мало», если известен коридор значений цветности цемента соответствующей марки. Значения выше или ниже этого коридора будут указывать на наличие минеральных добавок. Представленный способ контроля цветности цементной продукции характеризуется простотой получения отклика, невысокой стоимостью и быстротой анализа.

In this work, we studied the colorimetric characteristics (in the RGB color system) of Portland cement, lime, chalk, fly ash and slag, as well as binary and triple Portland cement systems with mineral additives (5÷30%). Color was evaluated with smartphones (Huawei); several digital software packages for mobile devices were tested for digital image processing. BaSO4 powder was used as a reference sample (white standard). It has been confirmed that digital colorimetry control using smartphones can be used for the rapid detection of mineral additives in cement that differ from Portland cement in color parameters. To quantify the composition of binary mixtures of cement with chalk and fly ash, linear calibration functions F’I = a + bW are suitable for all three color components F’R, F’G and F’B with a high approximation reliability value (R2 ≥ 0.95). For mixtures of cement with lime, the slope of the straight lines and the determination coefficient (R2 ≥ 0.92) are also sufficient for quantitative estimates of the content of the additive in the mixture. It is impossible to confidently determine slag additives by the color parameters in cement due to too insignificant difference in the color indicators of cement and slag. For cements containing two mineral additives, their presence can be detected colorimetrically using binomial calibration functions if the composition of the additives is known. It is also possible to evaluate “a lot” or “a little” if the range of color values of cement of the corresponding brand is known. Values above or below this range will indicate the presence of mineral additives. The presented method for controlling the color of cement products is characterized by ease of response, low cost and speed of analysis.