Os materiais à base de cimento são os materiais de engenharia mais utilizados e utilizados em ambientes complexos e diversos. No processo de serviço real, os materiais à base de cimento se deterioram sob o efeito de fatores como o ciclo seco e úmido, mudanças de temperatura e carga mecânica, afetando a segurança estrutural. O tongue é um material de reparação comumente usado, a qualidade de ligação entre o tongue de reparação e o matriz original é essencial para a estabilidade e durabilidade do sistema de reparação, seus fatores de influência incluem a composição do tongue, pré-tratamento do matriz, etc.

A equipe do professor Zhang Peng, da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Politécnica de Qingdao, estudou o efeito do estado inicial de hidratação do maltagem antigo sobre a microestrutura complexa que compõe a ligação do maltagem antigo e novo, combinando CT de raios-X e porosimetria de intrusão de mercúrio (MIP). Com base em imagens de reconstrução tridimensional de um dispositivo de CT de raios-X de precisão de três libras (série nanoVoxel-3000), a microestrutura da interface do novo e antigo mortinho foi analisada e as características de distribuição espacial dos poros internos e microfissuras após o endurecimento do mortinho foram reparadas. Os resultados do MIP foram usados ​​para analisar o tipo de poro e o mecanismo de sua formação no morteiro de reparação. Com base na imagem de transmissão de nêutrons, foi realizado um teste de absorção de água visual do complexo, obtendo uma curva de distribuição do teor de água que varia ao longo do tempo, analisando as características de absorção de água do complexo e sua relação com a microestrutura.

MicroCT de precisão nanoVoxel-3000

Dois complexos foram projetados alterando o teor inicial de umidade do estorte antigo. A condição inicial de teor de água antes de entrar em contato com a peça de ensaio antiga e a nova peça de mistura é definida da seguinte forma:

a) Matério seco - amostras de morteiro antigo secar a 105 ° C por 24 horas e resfriar a temperatura ambiente.

b) Substrato saturado - morro antigo é mergulhado em água por 5 horas, com um teor de umidade de 20,4%.

Figura 1 Esquema de ensaio de novo e antigo complexo de morteiro

Os testes de CT de raios-X e MIP foram combinados para caracterizar a microestrutura do complexo estudado. Primeiro, o nanoVoxel-3502E, produzido pela Tianjin Sanying Precision Instruments Co., Ltd., da China, foi usado para fazer uma tomografia de raios-X da amostra. Os dados brutos são divididos por meio da binação da imagem, como mostrado na Figura 3, e o tamanho do espaço após a separação ao redor da interface é analisado (altura ± 2,2 mm).

Como o teste de CT de raios-X não conseguiu detectar poros menores do que o tamanho do pixel da imagem, a microestrutura do morteiro de reparação foi analisada conjuntamente por meio do teste MIP, onde as amostras D06-R e S06-R foram cortadas de D06 e S06, respectivamente, e a umidade foi removida por secagem antes do teste MIP. Finalmente, a plataforma de teste de imagem de nêutrons foi usada para estudar o processo de absorção de água do novo e antigo complexo de morteiro.

Figura 2 Reconstrução de imagens tridimensionais de ensaios com base em dados de CT de raios X e captura de áreas de interesse para análise

Figura 3 Extração de segmentação de poros e fendas na área de interesse

As microestruturas internas de ambos os ensaios são mostradas na Figura 4, onde D06 apresenta uma rachadura de contração significativa e S06 tem uma microestrutura mais densa, calculando frações de área de espaços (poros e microrachaduras) com diferentes cortes (comprimento x largura) maiores que 44,2 µm na área de interesse (ROI). Na Figura 5, a fração de área de cada corte é desenhada por altura. Os resultados mostraram que a fração de área de grande vazio do maltagem antigo de ambos os tipos de ensaios era de cerca de 0,03. A fração de área do grande vazio no novo morteiro S06 é concentrada em cerca de 0,03, enquanto a fração de área do grande vazio no novo morteiro D06 é de 0,06, aproximadamente o dobro do novo morteiro S06 de ensaio.

Figura 4 Microestrutura interna da peça de ensaio do novo e antigo complexo de morteiro

Figura 5 Variação da fração de área de grande espaço com a altura

Figura 6 Marcação de cor dos espaços em diâmetro equivalente

Por meio da análise micromorfológica, foi deduzido que o mecanismo de formação de grandes espaços em áreas de interface D06 e S06 é diferente. Para as amostras D06, devido à presença de gradientes de teor de umidade, colocar a nova mistura de estorjo de reparação em estorjo antigo pré-seco, a umidade no estorjo de reparação será extraída em grande quantidade, a contração e a fissura serão graves, gerando um maior vazio; S06 Quando a prova é preparada, o tongue velho é pré-saturado com água, a perda de água do tongue de reparação e o possível refluxo de água no tongue velho saturado podem levar ao acúmulo de água na interface, gerando uma área discontínua maior ao redor da interface, formando um grande vazio.

O método de reciclagem de mercúrio foi usado para caracterizar a microestrutura do morteiro de reparação com poros "em forma de garrafa de tinta". Com base nos dados de pressão acumulada de mercúrio, a porosidade efetiva de conexão e a porosidade "em forma de garrafa de tinta" do mortinho de reparação foram calculados, e a porosidade efetiva de conexão do D06-R (0,074) foi muito próxima da fração de volume de pequenos poros (0,076). Deste modo, as fissuras de contração não estão conectadas diretamente entre si, mas sim através de poros. A porosidade de conexão eficaz de S06-R (0,095) é inferior à fração de volume de pequenos poros (0,129). Supõe-se que, no S06-R, apenas alguns pequenos poros podem ser bem conectados.

Figura 7 Curva de distribuição de aberturas obtida após a primeira e segunda pressões de mercúrio no novo morteiro

Através da tecnologia de imagem de nêutrons, a absorção de água de novos e antigos complexos de morteiro é rastreada em tempo real para obter uma distribuição dinâmica do teor de umidade, como mostrado na Figura 9. Entre eles, o teor de umidade é calculado pela espessura da penetração de nêutrons na água e a proporção da espessura da peça de ensaio, a posição da interface é representada por linhas traçadas e o fundo é um novo morteiro. Defina o ROI (retângulo amarelo) com uma largura de 5 mm na imagem, monitore a mudança do perfil de teor de umidade ao longo da direção do fluxo de água, determine a posição da frente de umidade de acordo com o perfil de teor de umidade dinâmico na Figura 10, e ajuste os dados do teste com a função de regressão linear para obter o fator de absorção de água.

O fator de absorção de água do novo zorro no D06 é 1,5 vezes maior do que o novo zorro no S06. A presença de mais rachaduras no novo morteiro do D06 torna seu fator de absorção de água mais alto. A perda de água no maltagem de reparação recém-misturado S06 pode garantir a hidratação normal do cimento e formar uma estrutura porosa mais densa. Portanto, o novo morteiro no S06 é menos absorvente de água.

Figura 9 Regras de mudança dinâmica do teor de umidade durante a absorção de água em novos e antigos complexos de morteiro

Figura 10 Determinação da curva dinâmica de teor de umidade durante a absorção de água em um novo e antigo complexo de morteiro (a) D06; (b) S06

Figura 11 Mudança na posição da frente de umidificação durante a absorção de água de um novo e antigo complexo de morteiro (a)D06; (b) S06

Observado através de imagens de CT de raios-X, uma grande quantidade de água é extraída quando o maltagem recém-misturado entra em contato com o maltagem antigo pré-seco, resultando em uma clara rachadura de contração. Quando o novo tongue é colado com o antigo tongue saturado, a emissão de água do novo tongue e o potencial refluxo de água no antigo tongue saturado podem levar à acumulação de água na interface, gerando uma grande área discontínua ao redor da interface.

Apesar de a porosidade invasiva ser semelhante em novos tonges ligados a tonges antigos pré-secos e saturados, as características de distribuição de abertura diferem significativamente. Os poros capilares dos dois novos tonges são de tamanho semelhante, enquanto os novos tonges ligados ao antigo tonge saturado têm mais poros capilares. Portanto, a pré-umidificação do maltagem antigo pode retardar a perda de água do maltagem de reparação da nova mistura ligada a ele, favorecendo a hidratação normal do cimento.

A absorção de água do substrato de estorjo antigo tem um impacto significativo na microestrutura e nas características de absorção de água do novo complexo de estorjo antigo. Ao projetar um esquema de reparação de estruturas de concreto, além de considerar a força de ligação da interface, o desempenho de transmissão de reparação após endurecimento do morteiro também deve ser considerado do ponto de vista da durabilidade.

A microtomografia de raios X permite a visualização tridimensional dos poros e da estrutura de rachaduras no interior do ensaio, caracterizando melhor a microestrutura do material à base de cimento e mostrando a situação real no interior do material.