Cementitious gözenek çözüm ve onun kimyasal bileşimi ve x-ışını floresans kullanarak direnci Analizi ifadesi

Bu iletişim kuralı taze gözenek çözümden cementitious sistemleri ve x-ışını floresans kullanarak onun iyonik kompozisyon ölçümü ifade etme ile ilgili yordamı açıklamaktadır. İyonik bileşimi, beton elektrik direnci ile birlikte oluşumu faktörü belirlemek için kullanılabilir gözenek çözüm elektrik direnci hesaplamak için kullanılabilir.

Kimyasal kompozisyon ve bir taze hamur örnek ifade cementitious gözenek çözüm elektrik direnci belirlemek için bu yöntemi hedefidir. Gözenek çözüm bir taze hamur örnek bir basınçlı azot gaz sistemi kullanılarak ifade edilir. Gözenek çözüm buharlaşma ve KARBONLAŞMAYI en aza indirmek için bir şırıngaya hemen aktarılır. Bundan sonra x-ışını floresans (XRF) ölçüm için birleştirilmiş test kapları kullanılır. Bu kapsayıcılar iki konsantrik plastik silindir ve iki açık taraflardan biri mühürler bir polipropilen film oluşur. Gözenek çözüm hemen önce XRF ölçümün kapsayıcısına eklenir. XRF ana iyonik türlerin gözenek çözümde algılamak için kalibre edilmiş, özellikle, sülfat sodyum (Na⁺), potasyum (K⁺), kalsiyum (Ca^{2 +}) ve sülfür (S^{2 -}), hesaplamak için (SO₄^{2 -}) kullanarak stoichiometry. Ve hidroksitler (OH^-) bir ücret dengesi hesaplanabilir. Çözümün elektrik direnci hesaplamak için ana iyonik türlerin ve bir modeli Snyder ve ark. tarafından konsantrasyonları kullanılır. Gözenek çözüm elektrik direnci, beton, elektrik direnci ile birlikte Beton oluşumu faktörü belirlemek için kullanılabilir. XRF zamanı ve maliyetleri azaltma açısından yararları sağlayabilir gözenek çözüm kompozisyonu belirlemek için geçerli yöntemleri potansiyel bir alternatiftir.

Beton aktarma özellikleri mikroyapı¹temel ölçüsüdür onun oluşumu faktör tarafından belirlenir. Oluşumu faktör ürün arasında bağlantı ve porozite beton²ters olarak tanımlanır. Oluşumu faktörü olarak denklem 1³' te sunulan oranı beton elektrik direnci ve gözenek çözüm elektrik direnci hesaplanabilir.

(1)

Burada,

Elektrik direnci toplu veya beton (Ωm); =

Elektrik direnci gözenek çözüm (Ωm) =.

Elektrik direnci beton bir direnci ölçeri kullanmayı sertleşmiş beton üzerinde kolayca belirlenebilir toplu, aşağıdaki yaklaşımlardan AASHTO PP84-17 ekte X2 ve diğer edebiyat^4,5anlattı. Bu makalenin amacı, taze hamur ve x-ışını floresans (XRF) spektroskopisi kullanılarak çözüm iyonik kompozisyon analizi gözenek çözümden ifade etmek için yönergeleri sağlamaktır. İfade gözenek çözüm piyasada bulunan malzemeler (silindir ve film) kullanılarak XRF mercek altına alındı. XRF tarafından algılanan iyonik kompozisyon birden çok beton dayanıklılık uygulamalar için kullanılabilir ve ayrıca gözenek oluşumu faktörü⁶sonuçta belirlemek için çözüm, elektrik direnci hesaplamak için kullanılabilir.

İndüktif Eşleşmiş Plazma (ICP)⁷, Atomik Absorpsiyon spektroskopisi (AAS)⁸ve İyon Kromatografi (IC)⁹, gibi gözenek çözümü, kimyasal kompozisyonu belirlemek için geçerli yöntem-ebilmek var olmak pahalı, zaman alıcı ve oldukça zahmetli. Ayrıca, bazı durumlarda, çeşitli yöntemlerin bir bileşimini gözenek çözüm¹⁰ana iyonik türlerin tam bir karakterizasyonu elde etmek için kullanılmalıdır. XRF, gözenek çözüm bileşimi teker geleneksel yöntemlerine göre nispeten daha düşük maliyet ve daha kısa test alınabileceği bu yöntemlerin bir alternatif olarak kullanılabilir.

XRF kalite kontrol ve kalite güvencesi çimento üretim süreci^{11,12 boyunca için imal edilmiş malzemelerin kimyasal bileşimi analiz etmek için öncelikle kullanıldıkça çimento sektöründe yaygın olarak kullanılan bir tekniktir} . Bu nedenle, bu yöntem bu tekniği farklı çimento toplu işlemleri gözenek çözüm bileşimi hakkında daha fazla bilgi sağlamak için bu aracı kullanmak çimento üreticileri etkinleştirmek için nasıl kullanılabileceği açıklanmıştır. Genel olarak, gözenek çözümleri için XRF kullanarak potansiyel olarak bu tekniğin kullanımı birden çok uygulama için genişletmek olabilir ve sektöründe nispeten hızlı bir şekilde uygulamaya olabilir.

1. gözenek çözüm ifade¹³

1. Gözenek çözüm extractor bireysel bileşenleri temiz ve kuru olduğundan emin olun.
2. (Olan bir ortalama gözenek çapı 0,45 µm) yeni bir selüloz filtre her ifade için kullanın.
3. Gözenek çözüm çıkarıcı, Şekil 1' de gösterildiği gibi bir araya getirin.
4. Hiçbir görünür deformasyonlar selüloz filtre olduğundan emin olun.
5. En baştan en az 1 cm için boş bırakmak taze cementitious hamur ana odaya içine ekleyin.
   Not: Terim taze hamur hala plastik bir durumda herhangi bir cementitious Yapıştır gösterir. Cementitious macunlar genellikle çimento, ek cementitious materyalleri, su ve kimyasal katkıları karıştırılarak yapılır. Bu bileşenlerin ses oranlarına istenen özellikleri bağlı olarak değişebilir.
6. Gözenek çözüm extractor azot kaynağına bağlanmak ve ana odaya mühür.
7. İfade cihazın geçici olarak çıkarılan gözenek çözüm toplamak için plastik kapak ile hizalayın.
8. Azot tankı valfi açın ve böylece yaklaşık 200 kPa basınç ana odaya içine yapıştırma için uygulanan basınç regülatör kullanarak basınç düzenleyen.
   Not: güvenliğiniz için bir basınç regülatörü kullanılması gerekir.
9. Sürekli baskı sırasında gözenek çözüm plastik teneke kutu içinde toplanacak 5 dk, bir süre için korumak.
10. Ana Odaya içinde basınç atmosferik basınç düşer böylece ifade başlar, 5 dk sonra ana Vanayı kapat.
11. Teneke kutu çıkarıcı altından kaldırın ve gözenek çözüm sürecinde herhangi bir hava kabarcıkları emmeye değil emin bir 5 mL şırınga aktarın.
12. Şırınga ve iğne kap ile mühür ve depolanması için bir 5 ± 1 ° C bölme içinde test zaman till taşıyın.
13. Basınç göstergesi ana odaya içinde hiçbir ek basınç gösterir kadar bekleyin ve sonra gözenek çözüm extractor sökmeye.
14. Gözenek çözüm extractor parçalar deiyonize su ve kağıt havlu kullanarak temizleyin.
15. Selüloz filtre atmak.

2. çözüm kaplar Meclisi

1. Plastik silindir temiz ve kuru olduğundan emin olun.
2. Düz üstünde tepe-in daha büyük silindir (35-mm çap ile piyasada) polipropilen film (ticari olarak mevcut ile 0,4-µm kalınlık, 90 mm çapında) yerleştirin.
3. Tamamen büyük silindir iterek ve film arasında basarak, üstüne (32 mm çapı ile piyasada) daha küçük silindir plastik bir kap ile polipropilen film temel oluşturmak için her iki silindir yerleştirin.
4. Film pürüzsüz ve hiçbir gözyaşı veya deformasyonlar olduğundan emin olun.

3. XRF uygulama geliştirme ve çözüm kalibrasyon

1. XRF yazılım bir uygulama dosyası oluşturun. Uygulama çözüm örnekleri için olmak zorunda ve ana iyonik türlerin gözenek çözümde algılamak gerekir: sodyum (Na⁺), potasyum (K⁺), kalsiyum (Ca^{2 +}) ve sülfür (S^{2 -}).
2. Bilinen konsantrasyonları çözüm uygulama çözümleri ile kalibre.
   1. Doğru bir şekilde ölçmek için değişen konsantrasyonları > %99 saf sodyum klorür (NaCl), potasyum klorür (KCl), kalsiyum klorür (CaCl₂) ve Alüminyum sülfat (Al₂[SO₄]₃) kullanarak standart çözümler hazırlamak öğe okudu.
      Not: Standartları konsantrasyonları faiz malzeme bağlı olarak değişebilir. Örnek olarak, Na⁺ konsantrasyonları 0 ile 0,5 mol/L, K⁺ konsantrasyonları 0 ve 0.9 M, Ca^{2 +} 0 ile 0,05 M arasında konsantrasyonları ile S^{2 -} konsantrasyonları arasında arasında çeşitli gözlenmiştir 0 ila 0.25 M; Ancak, bu sınırları aşan özel durumlara bağlı olarak sistem¹⁴oluşabilir. Tanımlanan ve uygulama ayarı'nda ölçülen öğeleri kalibrasyon standartları içinde kullanılan tüm öğeler içermelidir: sodyum (Na⁺), potasyum (K⁺), kalsiyum (Ca^{2 +}), sülfür (S^{2 -}), kalsiyum (Cl ^-) ve alüminyum (Al^{3 +}).
   2. Her kalibrasyon çözüm için bu çözüm monte test kapsayıcı içinde 6 g ölçmek.
   3. Karşılık gelen kapaklı konteyner mühür.
   4. Test kapsayıcı film XRF cihazın zarar verebilecek hiçbir sızıntı olduğundan emin olmak 2 min için bir kağıt havlu ile standart çözüm çıkarma.
   5. Yer kapalı kaplar XRF örnek sahipleri içinde standart çözümleri ile test ve XRF kapatın.
   6. XRF kullanarak her standart çözüm ölçmek. Öğeleri her adet / dakika (cpm), ölçülen çözümleri, karakteristik floresan röntgenlerini yoğunluklarda XRF tarafından algılanır.
      Not: koşullar değişen kümeleri farklı öğeleri grupları için ihtiyaç vardır. Ölçüm zamanı ve uyarma enerjileri⁶gibi parametreleri için daha önce yayımlanmış bir makaleye bakın.
   7. Parça konsantrasyon Not milyon (ppm) her öğesinde her standart çözüm yazılım tanımlı ve sayıları (BGBM) dakikada XRF tarafından ölçülen şiddeti ile ilgili olarak.
   8. Standart çözümler ölçülür sonra bir matris düzeltme modeli için en iyi doğrusal uyum oluşturmak için en az göreli RMS (%) kalibrasyon her öğe için verim kullanılan XRF yazılımının (doğrusal, Alfalar, temel parametreleri (FP)) kullanın kalibrasyon.
   9. Uygulama çözümleri bilinen konsantrasyonları sodyum hidroksit (NaOH), potasyum hidroksit (KOH), kalsiyum hidroksit (Ca [OH]₂) ve Alüminyum sülfat, test ederek doğru sonuçlar verir doğrulayın (Al₂[SO₄]₃ ) kalibrasyon aralığı içinde farklı konsantrasyon düzeyde.
      Not: hata % 5'lik ise uygulama doğru sonuçlar.

4. XRF Analizi

1. En az 2 g gözenek çözüm örneği montajı test kapsayıcısındaki enjekte.
2. Karşılık gelen kapaklı konteyner mühür.
3. Konteyner ile çözüm 2 dk film XRF cihazın zarar verebilecek hiçbir sızıntı olduğundan emin olmak için bir kağıt havlu üzerinde bırakın.
4. XRF örnek sahipleri içinde çözümleri ile test konteyner yeri ve XRF kapatın.
5. XRF yazılım, daha önce geliştirilmiş XRF uygulamayı seçin.
6. Uygulama arabirimi yazılım x-ışını floresans analize tabi olacak XRF örnek sahipleri seçmek için kullanın.
   Not: Bu test edilen çözüm tabanlı her seçili örnek sahibi için yeni dosya adı için tavsiye edilir.
7. Çözümler iyonik konsantrasyonları ölçmek için XRF uygulamasını başlatın.
   Not: Sodyum (Na⁺), potasyum (K +), kalsiyum (Ca^{2 +}) ve sülfür (S^{2 -}) konsantrasyon XRF analiz sonuçları gösterecektir.

5. iyonik konsantrasyonu hesaplama

1. Stoichiometry sülfat (SO₄^{2 -}) denklem 2 kullanarak toplama hesaplamak için kullanın.
   (2)
   Burada,
   ppm sülfit iyonu XRF üzerinden ölçülen iyonik konsantrasyonu =;
   sülfür g/mol moleküler ağırlığı =;
   ppm XRF üzerinden sülfat iyonu ölçülen iyon konsantrasyonu =;
   sülfat g/mol moleküler ağırlığı =.
2. Bir ücret denge denklemi 3 kullanarak ve hidroksitler (OH^-) konsantrasyonu hesaplamak için kullanın.
   (3)
   Burada,
   ppm hidroksit iyonlarının konsantrasyonu =;
   Sodyum iyonları konsantrasyonu ppm =;
   Potasyum iyonları konsantrasyonu ppm =;
   kalsiyum iyonları konsantrasyonu ppm =;
   sülfat iyonları konsantrasyonu ppm =.
3. İyonik konsantrasyonları ppm mol/denklem 4 kullanarak ve 1.000 g/l bir yoğunluğu (ρ) varsayarak m için dönüştürmek. İsterseniz, daha doğru yoğunluk bilgiler ders kitapları¹⁵ veya termodinamik yazılım aldığınız ve kullanılabilir.
   (4)
   Burada,
   mol/L içinde tek bir iyonik türün iyonik konsantrasyon =;
   XRF elde edilen ppm içinde tek bir iyonik türün iyonik konsantrasyon =;
   g/M çözümde yoğunluğu =;
   bir tek iyonik türlerin g/mol moleküler ağırlık =;
   tek iyonik tür =.

6. direnci hesaplama

1. Snyder ve ark. tarafından geliştirilen modeli kullanın gözenek çözüm elektrik direnci hesaplamak için denklemler 5-7, ifade ¹⁶.
   (5)
   (6)
   (7)
   Burada,
   çözüm Ωm içinde elektrik direnci =;
   cm² S/mol tek bir iyonik türün eşdeğer iletkenlik =;
   tek bir iyonik türün değerlik konsantrasyon =;
   mol/L içinde tek bir iyonik türün molar konsantrasyon =;
   * = sonsuz seyreltme cm² S/mol, iyonik türlerin eşdeğer iletkenlik;
   * (mol/L) içinde tek bir iyonik türün ampirik iletkenlik katsayısı =^-1/2;
   İyonik gücü (molar olarak) mol/L =;
   tek iyonik tür =.
   Ampirik değerleri tablo 1'de bulunabilir.
   Not: Oluşumu faktör sonra beton elektrik direnci ve gözenek çözüm (denklem 1)³elektrik direnci oranı olarak tahmin edilebilir. Beton mikroyapı temel bir tanımlayıcısı oluşumu faktör olduğu gibi oluşumu faktör tayini performansa dayalı özellikleri doğru geleneksel kuralcı bir sanayi hareketli önemli bir adımdır. Oluşumu faktörü difüzyon, emme ve geçirgenliği, gibi çeşitli ulaşım olayları bağlı ve beton hizmeti hayat^1,2,4, tahmin etmek için kullanılabilir ^{5 , 17 , 18}.

Bu bölümde, metodoloji önemli her adımda temsilcisi sonuçları sunulmuştur. Bu ne her adım sonunda beklenen hakkında bir fikir edinmek ve yönteminin doğru bir uygulama sağlamak için yararlı ipuçları sağlamak için yapılır.

İlk önemli adım gözenek eriyik--dan taze hamur örnek ifade oluşur. Şekil 2 bir gözenek çözüm doğru hulâsa ve mühürlü bir 5 mL şırınga gösterir. Rakam gözenek çözümde bir taze sıradan Portland çimento hamuru 0,36 su çimento oranında üzerinden ifade edildi. Görüntü kaçırılmadan önce örnek 10 dk karışık oldu. Gözenek çözüm açık olacağı tahmin edilmektedir; Ancak, renk kullanılan cementitious malzeme türü ve örnek yaş ifade anda bağlı olarak değişebilir.

Ayıklanan gözenek çözüm XRF ölçümü daha önce araç ayarlamak gereklidir. Özellikle, iyonik olan toplama ölçülen her öğe ayarlanması gerekiyor. Potasyum (K⁺) iyonları bir temsilcisi kalibrasyon Arsa Şekil 3' te gösterilmiştir. XRF tarafından ölçülen yoğunluklarda yazılım tarafından gerçekleştirilen uygun şekilde gösterilmiştir. Uygun kök ortalama kare (RMS) hata % 5 altında kalmak gerektiğini unutmayın.

Kalibrasyon sonra bu makine doğruluğunu belirlemek için bilinen iyon konsantrasyonunun bir çözüm test etmek için tavsiye edilir. XRF kullanarak iyonların ölçülen kompozisyon her iki çözüm de teorik kompozisyon karşılaştırılır. İyonik çözümleri doğru hazırlanması varsayarak, deneyimlerimizi göre bu denetimi adım hataları ± düşük yüzdesi % 5 verim. Şekil 4 çözümleri spot-checking için kompozisyon sonuçlarını gösterir. Spot-checking hataları ± yüksek bir yüzdesi % 5 verimleri XRF cihazın kalibrasyonu yineleyin.

Tablo 2 temsilcisi bir kompozisyon ve direnci için sonuç kümesi gösterir. Gözenek çözüm iyon konsantrasyonu çok değişebilir çimento kimyasal bileşimi, sistem su çimento oranı ve ek cementitious materyalleri¹⁹varlığı bağlı olarak, değerler olabilir Edebiyat²⁰ ana iyonları için Tablo 1' de gösterildiği gibi elde.

Son olarak, bir örnek direnci hesaplanırken, erken yaşta gözenek çözümleri için değerler genellikle 0.05 ve 0,25 Ωm¹⁴içinde olacağı tahmin ediliyor. Gözenek çözüm direnci bilinen göre toplu direnci, sonuçta, 2.000 kaliteli beton⁴ için genellikle olan oluşumu faktör hesaplamak için uniaxial direnci gibi diğer yöntemleri kullanarak elde edilebilir ^{, 5 , 18}.

Resim 1 : Gözenek çözüm emme sistemi montajı. Sistem bir azot tankı ve bir emanet basınç göstergesi ve regülatör ve bir koleksiyon kapsayıcı ile tüp bir ana ifade cihazın oluşur. Her zaman üreticinin yönergeleri ile kullanılan belirli bir sistem için güvenlik önlemleri başvurun. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Resim 2 : Doğru hulâsa ve 5 mL şırınga çözümde ayıklanan gözenek mühürlü. Ayıklanan gözenek çözüm (yani, hiçbir görünür parçacıklar) temizleyin ve şırınga içinde hiçbir hava kabarcıkları ile kapalı olmalıdır görünmelidir.

Şekil 3 : Potasyum temsilcisi kalibrasyon Arsa (K⁺). X ekseni izafi (bilinen) konsantrasyonları ppm ve y ekseni XRF ile algılanan (ölçülen) yoğunluklarda BGBM içinde gösterir. Yazılım düzeltme modellerinden birini hesaplanan kalibrasyon satır en küçük RMS (%), iletişim kuralı 3 bölümünde açıklandığı gibi olması gerekir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4 : Sodyum iyon (Na⁺) ve potasyum iyon (K⁺) doğrulama Arsa. Kesikli çizgi 1:1 oranında temsil eder. Doğrulama Arsa iyi korelasyon (neredeyse yüksek bir R-kare değeri ile 1:1 ilişki) sodyum ve potasyum iyonları bilinen konsantrasyonları ve XRF kullanarak algılanan konsantrasyonları arasında göstermelidir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Tablo 1: Sonsuz seyreltme, eşdeğer iletkenlik () ve ampirik iletkenlik katsayıları () edebiyat¹¹' den elde edilen iyonik her tür için. Bu değerler gözenek çözüm elektrik direnci hesaplamak için kullanılır.

Tablo 2: kompozisyon ve direnci bir çimento için temsilcisi sonuçları yapıştırmak 0,36 10 dk., su-çimento oranında Bu tablodaki değerleri bu yöntemi kullanarak elde edilen sonuçları olarak verilebilir.

Çünkü bu hassas kimyasal analiz yöntemi, kirlenmesini önlemek laboratuvar uygulamalarına sahip zorunludur. Bu yöntem için kalibrasyon standartları özellikle yüksek saflıkta kimyasallar (> %99) ile gerçekleştirilen önemlidir. Gözenek çözüm şırınga aktarırken, hiçbir görünür çimento taneler gözenek çözüm herhangi bir değişiklik önlemek için çözüm mevcut olduğundan emin olun. 5 ± 1 ° C sabit bir ısıda mühürlü bir şırınga depolandıklarında, gözenek çözüm 7 gün için değiştirilmemiş bir kimyasal bileşimi korumak için gözlenmiştir.

Bu iletişim kuralı ana sınırlamaları özetlenen ifade yöntemi yalnızca taze hamur numuneler için kullanılabilir ve daha sonra yaş örnekleri için uygun değildir biridir. Daha sonra yaş ya da sertleştirilmiş örnekleri için bir yöntem bir yüksek basınç ayıklama die²⁰ kullanarak ifade gereklidir. Çözüm 2 g en az miktarda XRF 2 g does değil sağlamak tüm alt kapağı olabilir bir sabit örnek yüksekliği daha az yüz bir miktar konteyner beri test etmek için gerekli başka bir kısıtlamadır. Bu çalışmada kullanılan belirli kuracağım bu son sınırlama geçerlidir. Farklı bir tuzak muhtemelen gözenek çözüm test etmek için gereken en az miktarda azalma sağlayacak. Model bisulfide gibi türlerin beri cüruf zengini çimentolar içeren sistemleri uygulanabilir (HS^-)-ebilmek var olmak mevcut, Vollpracht vd tarafından anlatıldığı gibi olası değildir başka bir kısıtlamadır ¹⁴.

XRF çimento sektöründe yaygın olarak kullanılan bir teknik olduğu için bu yöntem potansiyel bir araç zaten onların emrinde kimyasal bileşimi gibi cementitious gözenek çözüm hakkında daha fazla bilgi sağlamak üzere kullanmak çimento üreticileri sağlayabilir ve direnci çok sayıda uygulamalar için ve geleneksel yöntemlere göre daha düşük maliyetli ve test zaman. Örneğin, ne zaman numune hazırlama karşılaştırma ve test zaman zaman ICP (gözenek çözüm kompozisyon için yaygın olarak kullanılan test yöntem), arasında test örnek başına 50 dk dan XRF kullanarak örnek başına 8 dk azalır. Bu yöntem XRF uygulamalarda genişletmek olabilir ve potansiyel olarak oldukça hızlı bir şekilde sektöründe uygulamaya olabilir.

XRF gözenek çözüm ana elemental konsantrasyonlarda belirlemek için kullanılabilir. Bu (i) cementitious aşamaları²¹ çözünme kinetiği çalışmaya gözenek çözümleri bileşimi belirleme veya (ii) kimyasal katkıları²²etkisini belirleme gibi uygulamalar için XRF kullanımını göstermektedir. Erken yaşta gözenek çözüm ve beton direnci ölçümleri potansiyel olarak kalite denetiminde kullanılan beton su çimento oranı bir ölçüsü olarak kullanılabilir.

Yazarlar ifşa gerek yok.

Yazarlar Kiewit ulaşım Enstitüsü ve DTFH61-12-H-00010 aracılığıyla Federal otoyol İdaresi (FHWA) kısmi finansal destek kabul etmek istiyorum. Tüm burada sunulan Laboratuvar iş gerçekleştirilen Kiewit ulaşım Enstitüsü Oregon Eyalet Üniversitesi'nde.