Zementbasierte Materialien sind die am häufigsten verwendeten Ingenieurmaterialien mit komplexen und vielfältigen Umgebungen. Im praktischen Betriebsprozess verschlechtern sich Zementbasierte Materialien unter der Wirkung von Faktoren wie trockenen und feuchten Zyklus, Temperaturänderungen und mechanischen Belastungen, was die Struktursicherheit beeinflusst. Mörtel ist ein häufig verwendetes Reparaturmaterial, die Bindungsqualität zwischen dem Reparaturmörtel und dem ursprünglichen Substrat ist von entscheidender Bedeutung für die Stabilität und Haltbarkeit des Reparatursystems, deren Einflussfaktoren die Zusammensetzung des Mörtels, die Vorbehandlung des Substrats usw. umfassen.

Das Team von Professor Zhang Peng an der Schule für Ziviltechnik der Qingdao Polytechnic University untersuchte die Auswirkungen des ursprünglichen wasserhaltigen Zustands des alten Mörtels auf die komplexe Mikrostruktur, aus der die Bindung des neuen und alten Mörtels besteht, durch die Kombination von Röntgen-CT und Quecksilbermethode (Mercury Intrusion Porosimetry, MIP). Basierend auf dreidimensionalen rekonstruierten Bildern von 3-Briten-Präzision-Röntgen-CT-Geräten (nanoVoxel-3000-Serie) wurde die Mikrostruktur der neuen und alten Mörtelschnittfläche sowie die räumliche Verteilung von internen Poren und Mikrorissen analysiert, die nach der Härtung des Mörtels repariert wurden. Mit MIP-Ergebnissen wurden die Porentypen und deren Bildungsmechanismen im Reparaturmörtel analysiert. Auf der Grundlage der Neutronen-Transmission-Bildgebung wurde ein visualisierter Wasserabsorptionstest des Komplexes durchgeführt, eine Verteilungskurve des Wassergehalts erhalten, die sich im Laufe der Zeit ändert, und die Wasserabsorptionseigenschaften des Komplexes und ihre Beziehung zu der Mikrostruktur analysiert.

PräzisionsnanoVoxel-3000 MikroCT

Durch die Änderung des ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalts des alten Mörtels wurden zwei Komplexe entwickelt. Die ursprünglichen Wassergehaltsbedingungen vor dem Kontakt des alten Mörtels mit dem neuen Mischmörtel werden wie folgt festgelegt:

a) Trocknungsmaterial - alte Mörtelproben werden 24 Stunden bei 105 ° C getrocknet und bei Raumtemperatur gekühlt.

b) gesättigtes Substrat - der alte Mörtel wird 5 Stunden in Wasser eingeweicht und der Feuchtigkeitsgehalt von 20,4% bestimmt.

Abbildung 1 Diagramm des neuen und alten Mörtelkomplexes

Kombinieren Sie Röntgen-CT und MIP-Tests, um die Mikrostruktur des untersuchten Komplexes zu charakterisieren. Zunächst wurde die Probe mit dem nanoVoxel-3502E, der von Tianjin Sanying Precision Instruments Co., Ltd. in China hergestellt wurde, durch Röntgen-CT-Scan durchgeführt. Die Rohdaten werden durch Bild-Binarierung, wie in Abbildung 3 gezeigt, unterteilt und die Lückengröße (Höhe ± 2,2 mm) um die Schnittstelle nach der Unterteilung analysiert.

Da der Röntgen-CT-Test keine Poren erkennen konnte, die kleiner als die Größe des Bildpixels waren, wurde die Mikrostruktur des Reparaturmörtels durch einen MIP-Test gemeinsam analysiert, wobei die verwendeten Proben D06-R und S06-R von D06 bzw. S06 abgeschnitten wurden und die Feuchtigkeit vor dem MIP-Test durch Trocknung entfernt wurde. Schließlich wurden die Neutronenbildgebungstestplattformen zur Bildgebungsforschung des Wasseraufnahmeprozesses des neuen und alten Mörtelkomplexes verwendet.

Abbildung 2 Konstruieren Sie ein dreidimensionales Bild des Probens auf der Grundlage von Röntgen-CT-Daten und schneiden Sie die Interessengebiete für die Analyse ab

Abbildung 3 Extraktion von Poren und Rissen in den Interessengebieten

Die innere Mikrostruktur beider Proben ist in Abbildung 4 gezeigt, D06 zeigt einen deutlichen Shrink-Riss und S06 hat eine dichtere Mikrostruktur und berechnet die Flächenfraktionen von Räumen (Poren und Mikrorisse) mit unterschiedlichen Schnittflächen (Länge x Breite) in den Bereichen von Interesse (ROI), die größer als 44,2 µm sind. In Abbildung 5 werden die Flächenbereiche jedes Schnittes nach Höhe gezeichnet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Anteil der großen Lückenfläche des alten Mörtels bei beiden Testteilen etwa 0,03 lag. Der Flächenteil der großen Lücke im neuen Mörtel S06 liegt bei etwa 0,03, während der Flächenteil der großen Lücke im neuen Mörtel D06 0,06 beträgt, was etwa das Doppelte des neuen Mörtels S06 ist.

Abbildung 4 Mikrostruktur des neuen und alten Mörtelkomplexes

Abbildung 5 Größere Lückenflächenfraktionen mit Höhenänderungen

Abbildung 6 Farbkennzeichnung der Lücke nach einem äquivalenten Durchmesser

Durch die mikroskopische Morphologie wurde der Mechanismus der Bildung von großen Lücken in den Schnittstellen D06 und S06 unterschieden. Für die D06-Probe wird aufgrund des Gradientes des Feuchtigkeitsgehalts der neu gemischte Reparaturmörtel auf den vorgetrockneten alten Mörtel gelegt, die Feuchtigkeit im Reparaturmörtel wird in großer Menge abgepumpt, die Schrumpfung reißt schwer und eine größere Lücke erzeugt; S06 Bei der Prüfvorbereitung kann der alte Mörtel mit Wasser vorgesättigt werden, der Feuchtigkeitsverlust des Reparaturmörtels und der mögliche Rückfluss von Wasser aus dem gesättigten alten Mörtel zur Ansammlung von Feuchtigkeit an der Grenzfläche führen, wodurch ein größerer, nicht kontinuierlicher Bereich um die Grenzfläche herum entsteht und eine größere Lücke entsteht.

Die Mikrostruktur des Reparaturmörtels mit "Tintenflaschenförmigen" Poren wird durch die Recycling-Quecksilber-Methode gekennzeichnet. Berechnung der effektiven Verbindungsparosität und der "Tintenflaschenförmigen" Porosität des Reparaturmörtels anhand der kumulativen Quecksilberdaten, liegt die effektive Verbindungsparosität des D06-R (0,074) sehr nahe an den Volumenanteil der kleinen Poren (0,076). Daraus folgt, dass die Shrinkrisse nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern über die Porzellen. Die effektive Verbindungs-Porosität von S06-R (0,095) ist niedriger als die kleine Porenvolumenfraktion (0,129). Es wird vermutet, dass bei S06-R nur einige kleine Poren gut verbunden sind.

Abbildung 7 Durchgangsverteilungskurve nach dem ersten und zweiten Quecksilberdruck des neuen Mörtels

Durch die Neutronenbildtechnik wird die Wasserabsorption des neuen und alten Mörtelkomplexes in Echtzeit verfolgt, um eine dynamische Feuchtigkeitsverteilung zu erhalten, wie in Abbildung 9 gezeigt. Dabei wird der Feuchtigkeitsgehalt durch das Verhältnis der Neutronendicke des Wassers zu der Probendicke berechnet, und die Lage der Schnittstelle wird durch gestrichelte Linien angegeben, wobei der Boden der neue Mörtel ist. Setzen Sie den ROI (gelbes Rechteck) mit einer Breite von 5 mm auf dem Bild, überwachen Sie die Veränderungen des Feuchtigkeitsprofils entlang der Strömungsrichtung, bestimmen Sie die Position der Feuchtigkeitsfläche anhand des dynamischen Feuchtigkeitsprofils in Abbildung 10 und passen Sie die Testdaten mit einer linearen Regressionsfunktion an, um den Wasserabsorptionskoeffizienten zu erhalten.

Der Wasserabsorptionskoeffizient des neuen Mörtels in D06 ist 1,5-mal höher als der des neuen Mörtels in S06. Der neue Mörtel des D06 hat mehr Risse, wodurch er einen höheren Wasserabsorbtionskoeffizienten hat. S06 neue Mischung Reparaturmartel weniger Wasserverlust, kann die normale Durchführung der Zementhydration, die Bildung einer dichteren Porenstruktur zu gewährleisten. Der neue Mörtel in S06 hat daher eine geringere Wasserabsorption.

Abbildung 9 Dynamische Feuchtigkeitsveränderungen bei neuen und alten Mörtelkomplexen während des Wasseraufnahmeprozesses

Abbildung 10 Bestimmung der dynamischen Feuchtigkeitsgehaltskurve bei der Wasserabsorption eines neuen und alten Mörtelkomplexes (a) D06; (b) S06

Abbildung 11 Veränderung der Position der Feuchtigungsfronte während der Wasserabsorption des neuen und alten Mörtelkomplexes (a)D06; (b) S06

Durch Röntgen-CT-Bilder wird der neu gemischte Mörtel bei Berührung mit dem vorgetrockneten alten Mörtel eine große Menge an Feuchtigkeit abgepumpt, was zu einem offensichtlichen Schrumpfungsriss führt. Wenn ein neuer Mörtel mit einem gesättigten alten Mörtel zusammenklebt, kann die Wasserabgabe des neuen Mörtels und der potenzielle Rückfluss von Feuchtigkeit aus dem gesättigten alten Mörtel zu einer Feuchtigkeitsansammlung an der Grenzfläche führen, die eine größere inkontinuierliche Fläche um die Grenzfläche herum erzeugt.

Obwohl die invasive Porosität in neuen Mörteln, die mit vorgetrockneten und gesättigten alten Mörteln verbunden sind, ähnlich ist, unterscheiden sich die Durchmesserverteilungseigenschaften erheblich. Die Poren der beiden neuen Mörtel sind ähnlich groß, während die Poren in den neuen Mörteln, die mit gesättigten alten Mörteln verbunden sind, größer sind. Daher kann die Vorfeuchtigung des alten Mörtels den Wasserverlust des neuen Mischmortels verlangsamen, der mit ihm verbunden ist, was die normale Hydrierung des Zements fördert.

Die Wasserabsorption des alten Mörtelsubstrats hat einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die Wasserabsorptionseigenschaften des neuen und alten Mörtelkomplexes. Bei der Konstruktion von Betonstruktionsreparationsprogrammen sollte neben der Grenzflächenverbindungsstärke auch die Übertragungsleistung der Korrektur nach der Verhärtung des Morters aus Sicht der Haltbarkeit berücksichtigt werden.

Röntgenmikroskopische CT-Scans ermöglichen eine dreidimensionale Visualisierung der Poren und Rissstrukturen im Probeninnen, die die Mikrostruktur des Zementbasierten Materials besser charakterisieren und die reale Situation im Inneren des Materials zeigen.