引言
桥梁混凝土结构裂缝病害是影响桥梁使用寿命的重要因素，为了更好地开展桥梁混凝土结构裂缝病害检测与修复工作，本文提出了一种基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测方法。首先，通过数字图像处理技术对桥梁混凝土结构裂缝进行采集与预处理，提取出裂缝的特征信息；其次，通过智能识别算法对采集的裂缝特征信息进行智能分析，识别出该裂缝所属的类型；最后，结合桥梁混凝土结构裂缝病害特点与类型，制定一套基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测方法。通过工程应用实例，验证了该方法的可行性和有效性。
一、桥梁混凝土结构裂缝病害分析
桥梁混凝土结构裂缝病害的产生是多种因素综合作用的结果，如温度变化、收缩徐变、地基不均匀沉降、施工质量等，裂缝病害是多种因素共同作用的结果。桥梁混凝土结构裂缝病害有多种类型，如无规则裂缝、均匀开裂、浅表层裂缝等。其中，无规则裂缝病害是最常见的一种，也是桥梁混凝土结构安全可靠性的主要威胁。除少量大面积浅表层开裂外，大部分裂缝病害产生于桥梁结构内部，主要表现为以下两种形式：（1）深度不超过桥梁结构混凝土抗压强度；（2）宽度不超过5 mm。裂缝病害的产生对桥梁结构具有严重的安全隐患，需及时采取有效措施进行修补[1]。
二、裂缝病害对结构安全性的影响
影响结构承载能力，在裂缝病害较严重的情况下，会降低结构承载能力，增加裂缝病害产生的风险。影响结构耐久性，由于混凝土开裂导致钢筋锈蚀，会对桥梁结构的耐久性造成威胁，影响桥梁结构的正常使用功能。影响结构安全性，裂缝病害会降低结构抗裂性能和抗渗性能，一旦裂缝病害无法有效控制，将对桥梁结构安全性产生不利影响。影响桥梁使用寿命，由于混凝土开裂会降低桥梁的使用寿命，尤其是对于已投入运营的桥梁混凝土结构而言。因此，在桥梁混凝土结构施工过程中及竣工后，需要进行裂缝病害检测与修复工作[2]。
三、数字识别技术及方法
3.1裂缝数字识别技术发展现状
目前，基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测技术已应用于国内外多个项目中，如美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）、日本国土交通省、加拿大交通运输部、德国联邦道路与交通研究院等。其中，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）在其研究项目中就采用了基于数字识别技术的裂缝病害检测技术；日本国土交通省则在其研究项目中采用了基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测技术；德国联邦道路与交通研究院（BGV）则在其研究项目中采用了基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测技术[3]。
3.2裂缝图像采集与预处理
在采集混凝土桥梁裂缝图像时，由于桥梁混凝土结构裂缝病害通常呈现出不同程度的特征，因此，对裂缝图像进行预处理是至关重要的一步。预处理的主要目的是去除图像中的噪声，提高后续数字识别算法对图像的适应性。在预处理过程中，主要包括图像降噪、图像增强、图像分割等。其中，图像降噪是指通过去除噪声来增强图像，如基于中值滤波的降噪算法、基于均值滤波的降噪算法等；图像增强是指通过对不同来源的图像进行对比度和亮度增强来提高图像对比度，如基于灰度变换的灰度增强算法、基于中值滤波的灰度增强算法等；图像分割则是指通过对裂缝特征信息进行分割来识别出裂缝。
3.3裂缝特征提取与智能识别算法
在预处理的基础上，采用基于区域生长、连通域分析等方法提取出裂缝特征信息，并对提取的裂缝特征信息进行处理和分析，从而得到裂缝的识别结果。其中，基于区域生长的方法主要是通过对图像中的每个像素点进行遍历，选择出该像素点所属的像素集，进而实现区域生长，再根据裂缝特征信息将所有像素点划分为两个区域（裂缝区域和背景区域）。基于连通域分析方法主要是通过对裂缝图像中不同大小的连通域进行比较分析，判断出裂缝区域。此外，还可以采用其他一些裂缝识别算法和技术，如基于裂缝特征提取的模式识别技术、基于图像分析的机器学习技术等[4]。
3.4裂缝识别结果分析与评价
采用基于裂缝特征提取的模式识别技术对混凝土裂缝图像进行识别，将识别结果与人工识别结果进行比较，并对识别结果进行评价。通过对人工识别结果与机器识别结果进行比较，可以发现，在利用基于区域生长的方法进行裂缝识别时，对于一些细小的裂缝或者是与混凝土表面结合紧密的裂缝，其检测精度相对较高；而在采用基于连通域分析方法进行裂缝检测时，对于一些细小的裂缝或者与混凝土表面结合不紧密的裂缝，其检测精度相对较低。同时，也可以通过对识别结果与人工识别结果的比较和评价，判断出所采用的方法是否适用于混凝土裂缝的识别。
四、绿色修补材料适配性研究
4.1绿色修补材料的定义与分类
绿色修补材料是指在进行桥梁混凝土裂缝修复时，以废弃材料或新材料替代传统的水泥基材料、聚合物基体材料、环氧树脂等传统的修补材料，从而有效减少了资源浪费，降低了环境污染，同时也提高了修补效果。根据绿色修补材料的环保性能、经济性等特点，可将其分为三类：一是利用废旧材料制作的绿色修补材料；二是由废弃混凝土、建筑垃圾等制作的绿色修补材料；三是利用粉煤灰、煤矸石等制造的绿色修补材料。目前，国内外学者已对多种绿色修补材料进行了研究，如粉煤灰混凝土、粉煤灰水泥、煤矸石混凝土等。在实际工程中，可根据桥梁混凝土裂缝病害情况选择合适的绿色修补材料。
4.2主要绿色修补材料性能分析
利用废旧材料制作的绿色修补材料主要有废旧混凝土、废玻璃、废旧塑料等，这些材料的性能比较稳定，且价格相对较低。利用废弃混凝土制作的绿色修补材料主要有粉煤灰混凝土、粉煤灰水泥、煤矸石混凝土等，这些材料在性能上与传统的混凝土相比有较大提升。利用废弃塑料制作的绿色修补材料主要有聚氯乙烯泡沫板、环氧树脂等，这些材料虽然价格相对较高，但具有良好的耐腐蚀性和环境适应性。此外，还可以采用其他一些绿色修补材料。
4.3修补材料与裂缝类型适配性评估
在桥梁混凝土结构裂缝病害修复时，应根据裂缝病害的成因与类型选择合适的修补材料。对于无规则裂缝，可采用废旧材料制作的绿色修补材料进行修复；对于均匀开裂，可采用粉煤灰混凝土、粉煤灰水泥等绿色修补材料进行修复；对于浅表层裂缝，可采用聚氯乙烯泡沫板、环氧树脂等绿色修补材料进行修复。由于不同类型的裂缝病害其成因和发展规律有所不同，因此，在选择绿色修补材料时，应根据桥梁混凝土结构裂缝病害特点和类型进行选择。此外，由于不同类型的裂缝病害在使用不同修补材料时会产生不同的修复效果，因此，需要根据不同的裂缝病害选择合适的绿色修补材料。
4.4修补工艺与环境影响评价
裂缝修补的主要目的是提高桥梁混凝土结构的耐久性，因此，应尽量减少修补材料的使用数量，降低修补材料对环境造成的负面影响。在实际修补过程中，应根据裂缝病害的成因和发展规律合理选择裂缝病害的修补材料。对于无规则裂缝和均匀开裂，可采用废旧材料制作的绿色修补材料进行修复；对于浅表层裂缝，可采用聚氯乙烯泡沫板、环氧树脂等绿色修补材料进行修复；对于深表层裂缝，可采用粉煤灰混凝土、粉煤灰水泥等绿色修补材料进行修复。此外，由于绿色修补材料使用时会产生较大的环境影响，因此，应根据绿色修补材料的性能特点选择合适的环境影响评价指标[5]。
五、桥梁混凝土裂缝修补技术与应用
5.1修补方案设计原则
根据《公路桥梁加固设计规范》（JTGD60-2015）要求，结合桥梁混凝土裂缝病害特点与类型，基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测，并基于绿色修补材料适配性进行了桥梁混凝土裂缝病害的修补方案设计，该方案通过对裂缝特征信息的提取与智能识别，并结合裂缝病害类型对修补方案进行设计，实现了对裂缝病害的精准修复。同时，根据数字识别结果建立了桥梁混凝土结构裂缝病害数据库，为后续绿色修补材料的研发提供数据基础，为工程实际应用提供数据支撑，最终实现了基于数字识别技术的桥梁混凝土结构裂缝病害检测与绿色修补材料适配性研究的目标。
5.2数字识别辅助修补流程
通过数字识别技术提取裂缝病害特征信息，并基于裂缝病害类型进行分类，并结合桥梁混凝土结构裂缝病害特点与类型，结合绿色修补材料适配性设计桥梁混凝土结构裂缝病害的修补方案，完成桥梁混凝土结构裂缝病害修补工作。在裂缝病害修复前，通过数字识别技术对裂缝病害进行分类识别，获取桥梁混凝土结构裂缝病害特征信息，并将其与分类结果进行比对，对识别结果与实际情况进行对比分析。通过比对分析可辅助确定桥梁混凝土结构裂缝病害类型与修补方法。根据研究结果，对桥梁混凝土结构裂缝病害的绿色修补材料适配性设计。
5.3绿色材料修补工艺与效果分析
将经过数字识别技术分类的裂缝病害类型，以最短时间、最少资金投入，实现桥梁混凝土结构裂缝病害的修复。以绿色材料适配性为指导，通过绿色材料与桥梁混凝土结构裂缝病害的适配性设计，实现桥梁混凝土结构裂缝病害的修补。在对桥梁混凝土结构裂缝病害进行修补时，绿色材料与桥梁混凝土结构裂缝病害适配性匹配，可在不改变原有桥梁混凝土结构裂缝病害的前提下，通过对绿色材料进行修复，完成桥梁混凝土结构裂缝病害的修补。从绿色材料与桥梁混凝土结构裂缝病害适配性设计角度出发，为实现绿色修复提供技术支撑，并为开展相关工程实践提供借鉴。
5.4典型工程应用案例
某大桥由3×25m T梁桥和3×30m连续刚构桥组成，桥梁全长1690m，主桥采用预应力混凝土连续刚构桥，双向4车道，主跨160m，采用10+25+80+80+160m连续刚构桥形式，桥面净宽12m。该桥梁主要病害为主梁和桥墩出现裂缝病害。本文采用数字识别技术对桥梁混凝土结构裂缝病害进行分类，并通过对绿色材料与桥梁混凝土结构裂缝病害的适配性设计，在不改变原有桥梁混凝土结构裂缝病害的前提下，对该桥梁混凝土结构裂缝病害进行修补。实践表明：采用绿色材料与桥梁混凝土结构裂缝病害的适配性设计进行修补，可较好地保证桥梁混凝土结构裂缝病害的修复质量。
结语
桥梁混凝土结构裂缝病害的数字识别技术与绿色材料适配性设计是一种利用先进的数字识别技术和绿色材料，对桥梁混凝土结构裂缝病害进行分类，并结合桥梁混凝土结构裂缝病害类型的特点，进行修补设计的新方法。其核心内容是：①将桥梁混凝土结构裂缝病害分为三大类：结构性裂缝病害、功能性裂缝病害和结构性－功能性混合性裂缝病害；②在不改变原有桥梁混凝土结构裂缝病害的前提下，通过对绿色材料与桥梁混凝土结构裂缝病害的适配性设计，提高桥梁混凝土结构裂缝病害修补质量。其核心技术是：①精准识别；②选择适配性材料；③设计优化修补方案。
参考文献
[1]任阳博,范少轩,关仲博,等.渗透结晶材料用于既有混凝土结构裂缝修复试验研究[J].新型建筑材料,2025,52(08):106-110+114.
[2]陈智丽,张伍彪,王冰,等.Ghost-YOLO:复杂环境下混凝土结构裂缝病害检测网络[J].计算机应用与软件,2025,42(02):171-180.
[3]刘京峰,丁洋,王赞.桥梁结构裂缝病害识别检测技术研究——基于深度学习[J].云南民族大学学报(自然科学版),2025,34(03):356-362.
[4]陈新.运营地铁隧道性能评估与维养决策方法及装备研发[D].山东大学,2024.
[5]刘佳庚.基于可见光和红外热成像的砖混结构表观病害识别与抗震性能评估[D].山东农业大学,2024.
