Artykuł metodologiczny

Ekspresja cementowego roztworu porowego oraz analiza jego składu chemicznego i rezystywności za pomocą fluorescencji rentgenowskiej

DOI:

10.3791/58432

⸱

23 września 2018

 ,  ,  , 
1Civil and Construction Engineering, Oregon State University, 2SES Group and Associates LLC, Turner-Fairbank Highway Research Center, 3Civil, Architectural and Environmental Engineering, University of Miami

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje procedurę wyrażania świeżego roztworu porów z systemów cementowych oraz pomiar jego składu jonowego za pomocą fluorescencji rentgenowskiej. Kompozycję jonową można wykorzystać do obliczenia rezystywności elektrycznej roztworu porowego, którą można wykorzystać, wraz z rezystywnością elektryczną, do określenia współczynnika powstawania.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celem tej metody jest określenie składu chemicznego i rezystywności elektrycznej roztworu porów cementowych wyrażonego ze świeżej próbki pasty. Roztwór porów jest wyrażany ze świeżej próbki pasty przy użyciu systemu gazowego azotu pod ciśnieniem. Roztwór porów jest następnie natychmiast przenoszony do strzykawki, aby zminimalizować parowanie i karbonatyzację. Następnie zmontowane pojemniki testowe są używane do pomiaru fluorescencji rentgenowskiej (XRF). Pojemniki te składają się z dwóch koncentrycznych cylindrów z tworzywa sztucznego i folii polipropylenowej, która uszczelnia jedną z dwóch otwartych stron. Roztwór porów dodaje się do pojemnika bezpośrednio przed pomiarem XRF. XRF jest skalibrowany do wykrywania głównych form jonowych w roztworze porowym, w szczególności sodu (Na+), potasu (K+), wapnia (Ca2+) i siarczku (S2-), do obliczania siarczanu (SO42-) za pomocą stechiometrii. Wodorotlenki (OH-) można obliczyć na podstawie bilansu wsadu. Do obliczenia rezystywności elektrycznej roztworu stosuje się stężenia głównych związków jonowych oraz model Snydera i wsp. Oporność elektryczna roztworu porowego może być wykorzystana wraz z rezystywnością elektryczną betonu do określenia współczynnika tworzenia betonu. XRF jest potencjalną alternatywą dla obecnych metod określania składu roztworu porowego, co może przynieść korzyści w zakresie skrócenia czasu i kosztów.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Właściwości transportowe betonu są determinowane przez jego współczynnik powstawania, który jest podstawową miarą mikrostruktury1. Współczynnik tworzenia jest definiowany jako odwrotność iloczynu między łącznością a porowatością betonu2. Współczynnik tworzenia można obliczyć ze stosunku rezystywności elektrycznej betonu do rezystywności elektrycznej roztworu porowego, jak przedstawiono w równaniu 13.

figure-introduction-1 (1)

Tutaj,

figure-introduction-2 = rezystywność elektryczna masy lub betonu (Ωm);

figure-introduction-3 = rezystywność elektryczna roztworu porowego (Ωm).

Dużą oporność elektryczną betonu można łatwo określić na stwardniałym za pomocą miernika rezystywności, zgodnie z podejściami opisanymi w AASHTO PP84-17 Dodatek X2 i innej literaturze4,5. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie instrukcji dotyczących wyrażania roztworu porowego ze świeżej pasty oraz analizy składu jonowego roztworu za pomocą spektroskopii fluorescencji rentgenowskiej (XRF). Odciągnięty roztwór porów jest testowany w XRF przy użyciu dostępnych na rynku materiałów (cylindry i folia). Skład jonowy wykryty przez XRF może być wykorzystany do wielu zastosowań związanych z trwałością betonu, a także może być wykorzystany do obliczenia rezystywności elektrycznej roztworu porowego, aby ostatecznie określić współczynnik powstawania6.

Obecne metody określania składu chemicznego roztworu porowego, takie jak plazma sprzężona indukcyjnie (ICP)7, atomowa spektroskopia absorpcyjna (AAS)8, oraz chromatografia jonowa (IC)9, mogą być kosztowne, czasochłonne i dość pracochłonne. Dodatkowo, w niektórych przypadkach, należy zastosować kombinację różnych metod, aby uzyskać pełną charakterystykę głównych form jonowych w roztworze porowym10. XRF może być stosowany jako alternatywa dla tych metod, gdzie skład roztworu porowego można uzyskać przy stosunkowo niższych kosztach i krótszym czasie badania w porównaniu z konwencjonalnymi metodami.

XRF jest techniką powszechnie używaną w przemyśle cementowym, ponieważ jest przede wszystkim używana do analizy składu chemicznego wytwarzanych materiałów w celu kontroli jakości i zapewnienia jakości w całym procesie produkcji cementu11,12. W związku z tym niniejsza metoda opisuje, w jaki sposób można wykorzystać tę technikę, aby umożliwić producentom cementu korzystanie z tego narzędzia w celu uzyskania większej ilości informacji na temat składu roztworu porowego w różnych partiach cementu. Ogólnie rzecz biorąc, wykorzystanie XRF do rozwiązań porowych może potencjalnie rozszerzyć zastosowanie tej techniki w wielu zastosowaniach i może zostać stosunkowo szybko wdrożone w przemyśle.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Wyrażenie rozwiązania porowego13

  1. Upewnij się, że poszczególne elementy ekstraktora roztworu porów są czyste i suche.
  2. Użyj nowego filtra celulozowego (o średniej średnicy porów 0,45 μm) dla każdego wyrażenia.
  3. Zmontuj ekstraktor roztworu porowego, jak pokazano na Rysunek 1.
  4. Sprawdź, czy w filtrze celulozowym nie ma widocznych deformacji.
  5. Dodaj świeżą pastę cementową do głównej komory, pozostawiając ją pustą na co najmniej 1 cm od góry.
    UWAGA: Termin świeża pasta oznacza każdą pastę cementową jeszcze w stanie plastycznym. Pasty cementowe są zwykle wytwarzane przez zmieszanie cementu, uzupełniających materiałów cementowych, wody i domieszek chemicznych. Proporcje objętościowe tych składników mogą się różnić w zależności od pożądanych właściwości.
  6. Podłącz ekstraktor roztworu porowego do źródła azotu i uszczelnij komorę główną.
  7. Wyrównaj urządzenie do odciągania pokarmu z plastikowym pojemnikiem, aby tymczasowo zebrać wyekstrahowany roztwór porowy.
  8. Otwórz zawór zbiornika azotu i wyreguluj ciśnienie za pomocą regulatora ciśnienia, tak aby do pasty wewnątrz komory głównej zostało przyłożone ciśnienie około 200 kPa.
    UWAGA: Ze względów bezpieczeństwa należy użyć regulatora ciśnienia.
  9. Utrzymuj stałe ciśnienie przez okres 5 minut, podczas których roztwór porów zostanie zebrany w plastikowym kanistrze.
  10. Po 5 minutach od rozpoczęcia odciągania należy zamknąć zawór główny, tak aby ciśnienie wewnątrz komory głównej spadło do ciśnienia atmosferycznego.
  11. Wyjmij kanister spod ekstraktora i przenieś roztwór porów do strzykawki o pojemności 5 ml, uważając, aby nie zassać przy tym żadnych pęcherzyków powietrza.
  12. Uszczelnić strzykawkę nasadką igły i przenieść ją do komory o temperaturze 5 ± 1 °C, która będzie przechowywana do czasu przeprowadzenia badania.
  13. Poczekaj, aż manometr pokaże, że w komorze głównej nie ma dodatkowego ciśnienia, a następnie zdemontuj ekstraktor roztworu porowego.
  14. Wyczyść części ekstraktora roztworu porów za pomocą wody dejonizowanej i ręczników papierowych.
  15. Wyrzuć filtr celulozowy.

2. Montaż pojemników z roztworem

  1. Upewnij się, że plastikowe butle są czyste i suche.
  2. Umieść folię polipropylenową (dostępną w handlu o grubości 0,4 μm i średnicy 90 mm) płasko na większym cylindrze (dostępnym w handlu o średnicy 35 mm).
  3. Włóż mniejszy cylinder (dostępny w handlu o średnicy 32 mm) całkowicie na większy cylinder, dociskając i dociskając folię między obydwoma cylindrami, aby utworzyć plastikowy pojemnik z podstawą z folii polipropylenowej.
  4. Upewnij się, że folia jest gładka i nie ma rozdarć ani deformacji.

3. Rozwój aplikacji XRF i kalibracja rozwiązań

  1. Utwórz plik aplikacji w oprogramowaniu XRF. Wniosek musi dotyczyć próbek roztworu i musi być w stanie wykryć główne formy jonowe w roztworze porowym: sód (Na+), potas (K+), wapń (Ca2+) i siarczek (S2-).
  2. Skalibrować aplikację roztworu roztworami o znanych stężeniach.
    1. Przygotować roztwory wzorcowe, stosując różne stężenia > 99% czystego chlorku sodu (NaCl), chlorku potasu (KCl), chlorku wapnia (CaCl2) i siarczanu glinu (Al2 [SO4]3), aby dokładnie określić ilościowo badany pierwiastek.
      UWAGA: Stężenia wzorców mogą się różnić w zależności od interesujących materiałów. Na przykład zaobserwowano, że stężenia Na>+ wahały się od 0 do 0,5 mol/L, stężenia K+ od 0 do 0,9 M, stężenia Ca2+ od 0 do 0,05 M, a stężenia S2- od 0 do 0,25 M; Jednak wyjątki, które przekraczają te limity, mogą wystąpić w zależności od klasy System14. Pierwiastki zdefiniowane i zmierzone podczas kalibracji wniosku muszą obejmować wszystkie pierwiastki użyte w wzorcach kalibracyjnych: sód (Na+), potas (K+), wapń (Ca2+), siarczek (S2-), wapń (Cl-) i glin (Al3+).
    2. Dla każdego roztworu kalibracyjnego odmierzyć 6 g tego roztworu wewnątrz zmontowanego pojemnika testowego.
    3. Zamknij pojemnik odpowiednią pokrywką.
    4. Pozostaw pojemnik testowy z roztworem wzorcowym na ręczniku papierowym na 2 minuty, aby upewnić się, że folia nie ma wycieków, które mogłyby potencjalnie uszkodzić urządzenie XRF.
    5. Umieścić szczelne pojemniki testowe z roztworami wzorcowymi w uchwytach na próbki XRF i zamknąć XRF.
    6. Zmierz każdy roztwór wzorcowy za pomocą XRF. Natężenia charakterystycznych fluorescencyjnych promieni rentgenowskich pierwiastków z każdego z roztworów, mierzone w zliczeniach na minutę (cpm), są wykrywane przez XRF.
      UWAGA: Potrzebne są różne zestawy warunków dla różnych grup elementów. Zapoznaj się z wcześniej opublikowanym artykułem, aby uzyskać informacje o parametrach, takich jak czas pomiaru i energie wzbudzenia6.
    7. Zanotować stężenie w częściach na milion (ppm) każdego pierwiastka w każdym roztworze wzorcowym, zgodnie z definicją w oprogramowaniu i w odniesieniu do intensywności w liczbach na minutę (cpm) zmierzonej przez XRF.
    8. Po zmierzeniu roztworów wzorcowych należy użyć modelu korekcji matrycy z używanego oprogramowania XRF (liniowe, alfa, parametry podstawowe (FP)), który zapewni minimalną względną wartość RMS (%) dla każdego elementu w kalibracji, aby uzyskać najlepsze dopasowanie liniowe dla kalibracji.
    9. Sprawdzić, czy aplikacja daje dokładne wyniki, testując roztwory znanych stężeń wodorotlenku sodu (NaOH), wodorotlenku potasu (KOH), wodorotlenku wapnia (Ca[OH]2) i siarczanu glinu (Al2[SO4]3) przy różnych poziomach stężeń w zakresie kalibracji.
      UWAGA: Aplikacja powinna dać dokładne wyniki, jeśli błąd mieści się w granicach 5%.

4. Analiza XRF

  1. Wstrzyknąć co najmniej 2 g próbki roztworu porowego do zmontowanego pojemnika testowego.
  2. Zamknij pojemnik odpowiednią pokrywką.
  3. Pozostaw pojemnik z roztworem na ręczniku papierowym na 2 minuty, aby upewnić się, że folia nie ma wycieków, które mogłyby potencjalnie uszkodzić urządzenie XRF.
  4. Umieść pojemniki testowe z roztworami w uchwytach na próbki XRF i zamknij XRF.
  5. W oprogramowaniu XRF wybierz aplikację XRF, która została wcześniej opracowana.
  6. Użyj interfejsu aplikacji w oprogramowaniu, aby wybrać uchwyty na próbki XRF, które mają zostać poddane analizie fluorescencji rentgenowskiej.
    UWAGA: Zaleca się nazwanie nowego pliku dla każdego wybranego uchwytu próbki w oparciu o badany roztwór.
  7. Uruchom aplikację XRF, aby zmierzyć stężenia jonowe roztworów.
    UWAGA: Wyniki analizy XRF pokażą stężenie sodu (Na+), potasu (K+), wapnia (Ca2+) i siarczku (S2-).

5. Obliczanie stężenia jonów

  1. Użyj stechiometrii, aby obliczyć stężenie siarczanu (SO42-) za pomocą równania 2.
    figure-protocol-1 (2)
    Tutaj,
    figure-protocol-2 = zmierzone stężenie jonów siarczkowych z XRF w ppm;
    figure-protocol-3 = masa cząsteczkowa siarczku w g/mol;
    figure-protocol-4 = zmierzone stężenie jonów siarczanowych z XRF w ppm;
    figure-protocol-5 = masa cząsteczkowa siarczanu w g/mol.
  2. Użyj wagi ładunku, aby obliczyć stężenie wodorotlenków (OH-) za pomocą równania 3.
    figure-protocol-6 (3)
    Tutaj,
    figure-protocol-7 = stężenie jonów wodorotlenkowych w ppm;
    figure-protocol-8 = stężenie jonów sodu w ppm;
    figure-protocol-9 = stężenie jonów potasu w ppm;
    figure-protocol-10 = stężenie jonów wapnia w ppm;
    figure-protocol-11 = stężenie jonów siarczanowych w ppm.
  3. Przeliczyć stężenia jonów z ppm na mol/L, stosując równanie 4 i przyjmując gęstość (ρ) 1 000 g/L. W razie potrzeby dokładniejsze informacje o gęstości można uzyskać z podręczników15 lub oprogramowania termodynamicznego i użyć.
    figure-protocol-12 (4)
    Tutaj,
    figure-protocol-13 = stężenie jonów pojedynczego gatunku jonowego w mol/L;
    figure-protocol-14 = stężenie jonowe pojedynczego gatunku jonowego w ppm uzyskane z XRF;
    figure-protocol-15 = gęstość roztworu w g/L;
    figure-protocol-16 = masa cząsteczkowa pojedynczego gatunku jonowego w g/mol;
    figure-protocol-17 = pojedynczy gatunek jonowy.

6. Obliczanie rezystywności

  1. Użyj modelu opracowanego przez Snydera i wsp.16, wyrażone równaniami 5 - 7, do obliczenia rezystywności elektrycznej roztworu porowego.
    figure-protocol-18 (5)
    figure-protocol-19 (6)
    figure-protocol-20 (7)
    Tutaj,
    figure-protocol-21 = oporność elektryczna roztworu w Ωm;
    figure-protocol-22 = równoważna przewodność pojedynczego gatunku jonowego w cm2 S/mol;
    figure-protocol-23 = stężenie walencyjne pojedynczego gatunku jonowego;
    figure-protocol-24 = stężenie molowe pojedynczego gatunku jonowego w mol/L;
    figure-protocol-25* = równoważna przewodność substancji jonowych przy nieskończonym rozcieńczeniu w cm2 S/mol;
    figure-protocol-26* = empiryczny współczynnik przewodności pojedynczego gatunku jonowego w (mol/L)-1/2;
    figure-protocol-27 = siła jonowa (podstawa molowa) w mol/L;
    figure-protocol-28 = pojedynczy gatunek jonowy.
    Wartości empiryczne można znaleźć w tabeli 1.
    UWAGA: Współczynnik tworzenia można następnie oszacować jako stosunek rezystywności elektrycznej betonu do rezystywności elektrycznej roztworu porowego (równanie 1)3. Ponieważ współczynnik formacji jest podstawowym deskryptorem mikrostruktury betonu, określenie współczynnika formacji jest ważnym krokiem w kierunku tradycyjnie normatywnej branży w kierunku specyfikacji opartych na wydajności. Współczynnik powstawania został powiązany z różnymi zjawiskami transportowymi, takimi jak dyfuzja, absorpcja i przepuszczalność, i może być wykorzystany do przewidywania konkretnego okresu użytkowania1,2,4,5,17,18.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tej sekcji prezentowane są reprezentatywne wyniki każdego z głównych etapów metodologii. Odbywa się to w celu uzyskania wyobrażenia o tym, czego oczekuje się na końcu każdego kroku i dostarczenia przydatnych wskazówek, które zapewnią prawidłowe zastosowanie metody.

Pierwszy ważny krok polega na wyrażeniu roztworu porów ze świeżej próbki pasty. Rysunek 2 pokazuje roztwór porów, który jest prawidłowo ekstrahowany i zamykany w strzykawce o pojemności 5 ml. Roztwór porów na rysunku został wyrażony ze świeżej zwykłej pasty z cementu portlandzkiego o stosunku wody do cementu wynoszącym 0,36. Próbka została wymieszana 10 minut przed wykonaniem obrazu. Oczekuje się, że roztwór porów będzie klarowny; Jednak kolor może się różnić w zależności od rodzaju użytych materiałów cementowych i wieku próbki w momencie wyrażania.

Przed pomiarem XRF pobranego roztworu porowego konieczne jest skalibrowanie instrumentu. W szczególności każdy pierwiastek, którego stężenie jonowe będzie mierzone, musi zostać skalibrowany. Reprezentatywny wykres kalibracyjny jonów potasu (K+) jest pokazany na Rysunek 3. Rysunek przedstawia dopasowanie wykonane przez oprogramowanie na intensywnościach mierzonych przez XRF. Należy pamiętać, że błąd pierwiastka średniokwadratowego (RMS) złączki powinien pozostać poniżej 5%.

Po kalibracji zaleca się przetestowanie roztworu o znanym stężeniu jonowym w celu określenia dokładności maszyny. Zmierzony skład jonów za pomocą XRF jest porównywany ze składem teoretycznym obu roztworów. Z naszego doświadczenia wynika, że przy założeniu prawidłowego przygotowania roztworów jonowych, ten etap sprawdzania powinien przynieść odsetek błędów niższy niż ± 5%. Rysunek 4 pokazuje wyniki składu dla wyrywkowego sprawdzania roztworów. Gdy kontrola wyrywkowa wykaże, że odsetek błędów jest wyższy niż ± 5%, należy powtórzyć kalibrację urządzenia XRF.

Tabela 2 pokazuje reprezentatywny zestaw wyników dla składu i rezystywności. Podczas gdy stężenie jonów w roztworze porowym może się znacznie różnić w zależności od składu chemicznego cementu, stosunku wody do cementu w systemie oraz obecności dodatkowych materiałów cementowych19, wartości referencyjne można uzyskać z literatury20 dla głównych jonów, jak pokazano w tabeli 1.

Na koniec, przy obliczaniu rezystywności próbki, wartości dla roztworów porowych w młodym wieku zazwyczaj powinny mieścić się w zakresie od 0,05 do 0,25 Ωm14. Teraz, gdy rezystywność roztworu porowego jest znana, rezystywność objętościową można uzyskać za pomocą innych metod, takich jak rezystywność jednoosiowa, aby ostatecznie obliczyć współczynnik powstawania, który zwykle wynosi ponad 2,000 dla dobrej jakości betonu4,5,18.

figure-results-1
Rysunek 1: Montaż systemu ekstrakcji roztworu porowego. System składa się z głównego urządzenia do odciągania, zbiornika azotu i rurki z manometrem bezpieczeństwa i regulatorem oraz pojemnika zbiorczego. Zawsze należy zapoznać się z instrukcjami producenta i środkami ostrożności dotyczącymi konkretnego używanego systemu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Prawidłowo wyekstrahowany i uszczelniony wyekstrahowany roztwór porów w strzykawce o pojemności 5 ml. Pobrany roztwór porów powinien być przezroczysty (tj. bez widocznych cząstek) i powinien być zamknięty bez pęcherzyków powietrza wewnątrz strzykawki.

figure-results-3
Rysunek 3: Reprezentatywny wykres kalibracyjny potasu (K+). Oś x pokazuje imputowane (znane) stężenia w ppm, a oś y pokazuje wykryte (zmierzone) intensywności za pomocą XRF w cpm. Linia kalibracyjna obliczona na podstawie jednego z modeli korekcyjnych w oprogramowaniu powinna mieć najmniejszą wartość RMS (%), jak omówiono w sekcji 3 protokołu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Wykres weryfikacyjny jonów sodu (Na+) i potasu (K+). Linia przerywana reprezentuje stosunek 1:1. Wykres weryfikacyjny powinien wykazywać dobrą korelację (prawie zależność 1:1 z wysoką wartością R-kwadrat) między znanymi stężeniami jonów sodu i potasu a stężeniami wykrytymi przy użyciu XRF. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. Rozdział pkt.
Gatunki jonowe (i)Przewodność zastępcza przy nieskończonym rozcieńczeniu (λ°i)Empiryczny współczynnik przewodności
oraz(zλ°i)(Gi)
(cm2 S/mol)(mol/L)-1/2
Sód (Na+)Norma 50,10,733
Potas (K+)73,50,548
Wapń (Ca2+)59 Rozdział 590,771
Wodorotlenek (OH-)Rozdział 1980,353
Siarczan (SO42-)790,877

Tabela 1: Równoważna przewodność przy nieskończonym rozcieńczeniu (figure-results-5) i empiryczne współczynniki przewodności (figure-results-6) dla każdego rodzaju jonów uzyskane z literatury11. Wartości te służą do obliczenia rezystywności elektrycznej roztworu porowego.

pkt. pkt. pkt. pkt.
Gatunki jonowe koncentracja
oraz(mol/L)
Sód (Na+)0,16
Potas (K+)0,39
Wapń (Ca2+)0,02
Wodorotlenek (OH-)0,18
Siarczan (SO42-)0,2
Rezystywność (Ωm)0,156

Tabela 2: Reprezentatywne wyniki dla składu i rezystywności zaczynu cementowego o stosunku wody do cementu wynoszącym 0,36 po 10 minutach. Wartości w tej tabeli są przykładowymi wynikami uzyskanymi przy użyciu tej metody.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ponieważ jest to wrażliwa metoda analizy chemicznej, konieczne jest stosowanie praktyk laboratoryjnych, które zapobiegają zanieczyszczeniu. W przypadku tej metody bardzo ważne jest, aby wzorce kalibracyjne były wykonywane specjalnie z chemikaliami o wysokiej czystości (> 99%). Podczas przenoszenia roztworu porów do strzykawki należy upewnić się, że w roztworze nie ma widocznych ziaren cementu, aby uniknąć jakichkolwiek zmian w roztworze porów. Zaobserwowano, że roztwór porów przechowywany w szczelnie zamkniętej strzykawce w stałej temperaturze 5 ± 1 °C zachowuje niezmieniony skład chemiczny przez okres do 7 dni.

Jednym z głównych ograniczeń tego protokołu jest to, że opisana metoda ekspresji może być stosowana tylko do świeżych próbek pasty i nie nadaje się do próbek w późniejszym wieku. W przypadku próbek dojrzewających później lub utwardzonych potrzebna jest metoda odciągania przy użyciu wysokociśnieniowej matrycyekstrakcyjnej 20 . Kolejnym ograniczeniem jest to, że do badania w XRF potrzebna jest minimalna ilość roztworu wynosząca 2 g, ponieważ ilość mniejsza niż 2 g nie zapewnia stałej wysokości próbki, która może pokryć całą dolną powierzchnię pojemnika. To ostatnie ograniczenie dotyczy konkretnej konfiguracji, która została użyta w tym badaniu. Inna konfiguracja prawdopodobnie pozwoliłaby na zmniejszenie minimalnej ilości roztworu porowego wymaganego do testowania. Innym ograniczeniem jest to, że model prawdopodobnie nie ma zastosowania do systemów zawierających cementy bogate w żużel, ponieważ mogą być obecne takie gatunki jak wodorosiarczek (HS-), jak omówili Vollpracht i wsp.Rozdział 14.

Ponieważ XRF jest powszechnie stosowaną techniką w przemyśle cementowym, metoda ta może potencjalnie umożliwić producentom cementu wykorzystanie narzędzia, którym już dysponują, aby dostarczyć więcej informacji na temat roztworu porów cementowych, takich jak skład chemiczny i rezystywność w wielu zastosowaniach, przy niższych kosztach i czasie testowania niż metody konwencjonalne. Na przykład, porównując czas przygotowania próbki i badania między ICP (powszechnie stosowana metoda testowania składu roztworu porowego), czas testowania jest skracany z 50 minut na próbkę do 8 minut na próbkę przy użyciu XRF. Metoda ta może rozszerzyć możliwości zastosowania XRF i potencjalnie może zostać dość szybko wdrożona w przemyśle.

XRF można wykorzystać do określenia głównych stężeń pierwiastków w roztworze porowym. Sugeruje to zastosowanie XRF do zastosowań takich jak (i) określanie składu roztworów porowych w celu badania kinetyki rozpuszczania faz cementowych21 lub (ii) określanie wpływu domieszek chemicznych22. Pomiary roztworu porów we wczesnym wieku i rezystywności betonu mogą być wykorzystane jako miara stosunku wody do cementu w, co potencjalnie może być wykorzystane w kontroli jakości.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy pragną podziękować za częściowe wsparcie finansowe od Kiewit Transportation Institute i Federal Highway Administration (FHWA) poprzez DTFH61-12-H-00010. Wszystkie prace laboratoryjne przedstawione w niniejszym dokumencie zostały wykonane w Instytucie Transportu Kiewit na Uniwersytecie Stanowym Oregonu.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Dyspersyjny spektrometr stacjonarny z fluorescencją rentgenowskąMalvern PANalyticalEpsilon 3XLE lub Epsilon 4
35 mm Kubki na próbki do płynówMalvern PANalytical9425 888 00024Katalog materiałów eksploatacyjnych Panalytical 2016 dla akcesoriów i materiałów eksploatacyjnych XRF Katalog
4 mikronów Folia polipropylenowaMalvern PANalytical9425 888 00029Katalog materiałów eksploatacyjnych Panalytical 2016 dla katalogu akcesoriów i materiałów eksploatacyjnych XRF
Strzykawka, 5 mlVWR53548-005HSW Norm-Ject Sterylne strzykawki Luer-Slip, igła Air-Tite
, 16Gx1''VWR89219-334Premium Weterynaryjne igły podskórne, sterylne, pojemnik Air-Tite
VWR 15704-092VWR Pojemniki na próbki, polipropylen z nasadkami polietylenowymi
Ciśnieniowy uchwyt filtraEMD MilliporeXX4004700pojemność 100 ml, średnica filtra 47 mm
Filtr membranowy MCEPALL63069średnica 47 mm, 0,45 μ m rozmiar porów
Lejek silikonowySpiceLuxeSLP-122513-F1Górny otwór 2 1/2″, Dolny otwór 3/4″, Wysokość 2 3/4″

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Snyder, K. A. Relationship between the formation factor and the diffusion coefficient of porous materials saturated with concentrated electrolytes: theoretical and experimental considerations. Concrete Science and Engineering. 3, 216-224 (2001).
  2. Dullien, F. Porous Media: Fluid Transport and Pore Structure. , Academic Press. San Diego, CA. (1992).
  3. Archie, G. E. The electrical resistivity log as an aid in determining some reservoir characteristics. Society of Petroleum Engineers. 142 (1), 54-62 (1942).
  4. Spragg, R., et al. Factors that influence electrical resistivity measurements in cementitious systems. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2342, 90-98 (2013).
  5. Spragg, R. P., Bu, Y., Snyder, K. A., Bentz, D. P., Weiss, J. Electrical Testing of Cement-Based Materials: Role of Testing Techniques, Sample Conditioning, and Accelerated Curing. Joint Transportation Research Program Technical Report. , (2013).
  6. Tsui-Chang, M., Suraneni, P., Isgor, O. B., Trejo, D., Weiss, W. J. Using X-ray fluorescence to assess the chemical composition and resistivity of simulated cementitious pore solutions. International Journal of Advances in Engineering Sciences and Applied Mathematics. 9 (3), 136-143 (2017).
  7. Caruso, F., Mantellato, S., Palacios, M., Flatt, R. ICP-OES method for the characterization of cement pore solutions and their modification by polycarboxylate-based superplasticizers. Cement and Concrete Research. 38, 52-60 (2016).
  8. Capacho-Delgado, L., Manning, D. C. The determination by atomic-absorption spectroscopy of several elements, including silicon, aluminum, and titanium, in cement. Analyst. 92, 552-557 (1967).
  9. Zanella, R., Primel, E. G., Martins, A. F. Determination of chloride and sulfate in pore solutions of concrete by ion chromatography. Journal of Separation Science. 24 (3), 230-231 (2001).
  10. Puertas, F., Fernandez-Jimenez, A. Mineralogical and microstructural characterisation of alkali activated fly ash/slag pastes. Cement and Concrete Composites. 25 (3), 287-292 (2003).
  11. Bouchard, M., et al. Global cement and raw materials fusion/XRF analytical solution II. Powder Diffraction. 26 (2), 176-185 (2011).
  12. Klockenkamper, R., Bohlen, A. Total-reflection X-ray Fluorescence Analysis and Related Methods. , John Wiley & Sons Inc. Hoboken, NJ. (2014).
  13. Penko, M. Some early hydration processes in cement pastes as monitored by liquid phase composition measurements. , Purdue University. West Lafayette, IN. Ph.D. Dissertation (1983).
  14. Vollpracht, A., Lothenbach, B., Snellings, R., Haufe, J. The pore solution of blended cements: a review. Materials and Structures. 49 (8), 3341-3367 (2016).
  15. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Rumble, J. R. , CRC Press. Boca. Raton, London, New York. (2018).
  16. Snyder, K. A., Feng, X., Keen, B. D., Mason, T. O. Estimating the electrical conductivity of cement paste pore solutions from OH-, K+ and Na+ concentrations. Cement and Concrete Research. 33 (6), 793-798 (2003).
  17. Weiss, J. Relating transport properties to performance in concrete pavements. CP Road MAP. , (2014).
  18. Hordijk, D. A., Lukovic, M. Toward Performance Specifications for Concrete: Linking Resistivity, RCPT and Diffusion Predictions Using the Formation Factor for Use in Specifications. High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet Proceedings of the 2017 fib Symposium, June 12-14, 2017, Maastricht, The Netherlands, , Springer. 2057-2065 (2017).
  19. Andersson, K., Allard, B., Bengtsson, M., Magnusson, B. Chemical composition of cement pore solutions. Cement and Concrete Research. 19 (3), 327-322 (1989).
  20. Barneyback, R., Diamond, S. Expression and analysis of pore fluids from hardened cement pastes and mortars. Cement and Concrete Research. 11 (2), 279-285 (1981).
  21. Nicoleau, L., Schreiner, E., Nonat, A. Ion-specific effects influencing the dissolution of tricalcium silicate. Cement and Concrete Research. 59, 118-138 (2014).
  22. Rajabipour, F., Sant, G., Weiss, W. J. Interactions between shrinkage reducing admixtures (SRA) and cement paste's pore solution. Cement and Concrete Research. 38 (5), 606-615 (2008).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Cementitious Pore SolutionX ray FluorescencePressurized Nitrogen GasElectrical ResistivityIonic CompositionSyringe TransferPolypropylene FilmEnergy Dispersive XRFStoichiometry CalculationCharge Balance

Powiązane artykuły