Methodenartikel

Bestimmung der aggregierten Oberflächenmorphologie in der Grenzflächenübergangszone (ITZ)

DOI:

10.3791/60245

⸱

16. Dezember 2019

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1School of Materials Science and Engineering, Southeast University, 2State Key Laboratory of High Performance of Civil Engineering Materials

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Hiermit haben wir ein Protokoll vorgeschlagen, um die Auswirkungen der aggregierten Oberflächenmorphologie auf die ITZ-Mikrostruktur zu veranschaulichen. Das SEM-BSE-Bild wurde quantitativ analysiert, um den Porositätsgradienten von ITZ durch digitale Bildverarbeitung zu erhalten, und ein K-Means-Clustering-Algorithmus wurde weiter eingesetzt, um eine Beziehung zwischen Porositätsgradient und Oberflächenrauheit herzustellen.

Zusammenfassung

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Hier stellen wir eine umfassende Methode vor, um die ungleichmäßige Verteilung der Grenzflächenübergangszone (ITZ) um das Aggregat und die Wirkung der aggregierten Oberflächenmorphologie auf die Bildung von ITZ zu veranschaulichen. Zunächst wird eine Modellbetonprobe mit einem kugelförmigen Keramikteilchen in etwa dem zentralen Teil der Zementmatrix hergestellt, das als grobes Aggregat in gemeinsamem Beton/Mörtel wirkt. Nach der Aushärtung bis zum vorgesehenen Alter wird die Probe durch Röntgentomographie gescannt, um die relative Position des Keramikteilchens innerhalb der Zementmatrix zu bestimmen. Drei Positionen des ITZ werden ausgewählt: über dem Aggregat, auf der Seite des Aggregats und unterhalb des Aggregats. Nach einer Reihe von Behandlungen werden die Proben mit einem SEM-BSE-Detektor gescannt. Die resultierenden Bilder wurden mit hilfe einer digitalen Bildverarbeitungsmethode (DIP) weiterverarbeitet, um quantitative Merkmale des ITZ zu erhalten. Die Oberflächenmorphologie wird auf Pixelebene basierend auf dem digitalen Bild charakterisiert. Danach wird k-bedeutet Clustering-Methode verwendet, um die Auswirkungen der Oberflächenrauheit auf die ITZ-Bildung zu veranschaulichen.

Einleitung

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Im mesoskopischen Maßstab können Zementwerkstoffe als dreiphasiges Verbundwerkstoff betrachtet werden, das aus der Zementpaste,dem Aggregat und der Grenzflächenübergangszone (ITZ) dazwischen 1,2besteht. Die ITZ wird oft als schwaches Glied behandelt, da ihre erhöhte Porosität als Kanäle für das Eindringen aggressiver Arten3,4 fungieren könnte oder einfachere Wege für das Risswachstum5,6,7,8,9

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Protokoll

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1. Herstellung des Modellbetons mit einem einzigen Keramikteilchen

  1. Formenvorbereitung
    1. Reinigen Sie die Form mit einer Bürste (25 mm x 25 mm x 25 mm) und stellen Sie sicher, dass die Innenflächen der Form unreinheitsfrei sind.
    2. Verwenden Sie eine andere Bürste, um Dieselöl gleichmäßig auf die Innenflächen der Form aufzutragen, um die Form freizusetzen.
      HINWEIS: Hier haben wir die übliche Form nicht für Mörtel- oder Betonzubereitungverwendet. Da das Keramikteilchen einen Durchmesser von etwa 15 mm hat, wird für die Probenvorbereitung eine kubische Kunststoffform mit einer Länge von etwa 30 mm verwendet. Stellen Sie sicher, dass die Größe d....

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Ergebnisse

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Die Porositätsverteilung der ITZ-Regionen über dem Aggregat, auf der Seite des Aggregats und unterhalb des Aggregats wird verglichen und in Abbildung 432dargestellt. Die Porosität des ITZ über der oberen Oberfläche scheint kleiner zu sein als die auf der Seite oder über dem Aggregat, was auf eine dichtere ITZ-Mikrostruktur hindeutet, während die ITZ unterhalb des Aggregats aufgrund von Mikroblutungen immer die poröseste ist. Abbildung 4

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Diskussion

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Die X-CT-Technik wurde angewendet, um die geometrische Mitte des Keramikteilchens grob zu bestimmen, um sicherzustellen, dass die analysierte Oberfläche durch den Äquator des Teilchens erfolgt. So konnte die durch die 2D-Artefakte verursachte Überschätzung der ITZ-Dicke vermieden werden38. Dabei hängt die Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse stark von der Ebenheit der untersuchten Oberflächen ab. Im Allgemeinen trägt eine längere Schleif- und Polierzeit zu einer ausreichend glatten Oberfläche für.......

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Offenlegungen

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Wir bestätigen hiermit, dass es sich bei diesem Manuskript um unser Originalwerk handelt und alle aufgeführten Autoren das Manuskript genehmigt haben und keine Interessenkonflikte auf dieser Zeitung haben.

Danksagungen

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Die Autoren danken der finanziellen Unterstützung durch das National Key R&D Program of China (2017YFB0309904), National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51508090 und 51808188), 973 Program (2015CB655100), State Key Laboratory of China Hochleistungs-Bauwerkstoffe (2016CEM005). Auch schätzen Jiangsu Research Institute of Building Science Co., Ltd und das State Key Laboratory of High-Performance Civil Engineering Materials für die Finanzierung des Forschungsprojekts sehr.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Auto Sputter CoaterCressington108 Auto/SE
Automatische PoliermaschineBuehlerPhoenix4000
BürsteHuoniu3#
CementChina United Cement CorporationP.I. 42.5
ZementpastenmischerWuxi Bau und TechnikNJ160
KeramikpartikelHaoqiangΦ 15 mm
FrischhaltefolieMiaojie65300
KalteinbettmaschineBuehlerCast N' Vac 1000
Leitfähiges BandNissin Corporation7311
CupBuehler20-8177-100
SchneidemaschineBuehlerIsomet 4000
Zylindrische KunststoffformBuehler20-8151-100
DiamantpasteBühler00060210, 00060190, 00060170
Diesel ÖlChina Petroleum0#
Elektronische WaageSetraBL-4100F
EpoxidharzBühler20-3453-128
HärterBühler20-3453-032
Hochpräzises Schneiden MaschineBuehler2215
Image JNational Institutes of Health1.52o
IsopropylalkoholSinopharmM0130-241
MatlabMathWorksR2014a
PaperDeliA4
KunststoffboxBeichen3630
KunststoffformYoukea=b=c=25mm
Polierter FlanellBühler242150, 00242050, 00242100
TrennmittelBühler20-8186-30
RasterelektronenmikroskopieFEIQuanta 250
Scrape MesserJinzheng BaustoffeCD-3
SiC PapierBühlerP180, P320, P1200
UltraschallreinigerZhixinDLJ
VakuumboxHehengDZF-6020
VakuumtrockenschrankZKZK30
RütteltischJianyiGZ-75
HolzstabBuehler20-8175
Röntgen-ComputertomographieYXLONY.CT PRECISION S

Referenzen

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  1. Scrivener, K. L., Crumbie, A. K., Laugesen, P. The Interfacial Transition Zone (ITZ) Between Cement Paste and Aggregate in Concrete. Interface Science. 12 (4), 411-421 (2004).
  2. Scrivener, K. L. Backscattered e....

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Nachdrucke und Genehmigungen

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Schlagwörter

Interfacial Transition ZoneAggregate Surface MorphologyX ray Computed TomographyScanning Electron MicroscopyBackscattered Electron DetectionDigital Image ProcessingK means ClusteringPorosity Distribution AnalysisSurface Roughness CharacterizationCement based Materials

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