Los materiales a base de cemento son los materiales de ingeniería más aplicados y utilizados, y sus entornos de uso son complejos y diversos. Durante el servicio real, los materiales a base de cemento se deterioran bajo la acción de ciclos secos y húmedos, cambios de temperatura, cargas mecánicas y otros factores, lo que afecta la seguridad estructural. El mortero es un material de reparación común. la calidad de unión entre el mortero de reparación y la matriz original es crucial para la estabilidad y durabilidad del sistema de reparación. sus factores de influencia incluyen la composición del mortero y el pretratamiento de la matriz.

El equipo del profesor Zhang Peng de la facultad de ingeniería civil de la Universidad Tecnológica de Qingdao estudió la influencia del estado inicial de humedad del mortero antiguo en la microestructura compleja de la composición de Unión del mortero antiguo y antiguo mediante una combinación de tomografía computarizada de rayos X y método de presión de mercurio (mip). Sobre la base de las imágenes de reconstrucción tridimensional del equipo de tomografía computarizada de rayos X de precisión Sanying (serie nanovoxel - 3000), se analizan la microestructura de la interfaz entre el mortero antiguo y el nuevo y las características de distribución espacial de los poros internos y microcracks después del endurecimiento del mortero de reparación. Los tipos de poros y su mecanismo de formación en el mortero de reparación se analizaron utilizando los resultados del mip. Sobre la base de la imagen de transmisión de neutrones, se llevó a cabo una prueba visual de absorción de agua del complejo, se obtuvo la curva de distribución del contenido de agua que cambia con el tiempo, y se analizaron las características de absorción de agua del complejo y su relación con la microestructura.

Micro - CT nanovoxel - 3000 de precisión Sanying

Al cambiar el contenido inicial de agua del mortero antiguo, se diseñaron dos complejos. Las condiciones iniciales de contenido de agua antes de que las muestras de mortero antiguas entren en contacto con el mortero de reparación recién mezclado se establecen de la siguiente manera:

A) secar la muestra de matriz - mortero antiguo a 105 ° C durante 24 horas y enfriarla a temperatura ambiente.

B) matriz saturada de agua - mortero viejo empapado en agua durante 5 horas, con un contenido de agua determinado del 20,4%.

Figura 1 diagrama esquemático de la muestra compuesta de mortero nuevo y antiguo

Se combinó una tomografía computarizada de rayos X con una prueba MIP para caracterizar la microestructura del complejo estudiado. En primer lugar, la muestra fue escaneada por tomografía computarizada de rayos X con nanovoxel - 3502e producida por Tianjin Sanying Precision Instrument co., Ltd. de china. Los datos originales se dividen en huecos a través de la binarización de la imagen, como se muestra en la figura 3, y se analiza el tamaño de los huecos (altura ± 2,2 mm) después de la División alrededor de la interfaz.

Debido a que la prueba de TC de rayos X no pudo detectar poros menores al tamaño del voxel de la imagen, la microestructura del mortero de reparación fue analizada conjuntamente a través de la prueba mip, y las muestras utilizadas D06 - R y s06 - R fueron cortadas de D06 y s06, respectivamente, para eliminar el agua por secado antes de la Prueba mip. Finalmente, el proceso de absorción de agua del complejo de mortero nuevo y antiguo se estudió mediante imágenes de neutrones.

Figura 2 reconstrucción de imágenes tridimensionales de la muestra basada en datos de TC de rayos X e interceptación de áreas de interés para análisis

Figura 3 extracción de la División de poros y grietas en áreas de interés

La microestructura interna de las dos muestras se muestra en la figura 4, con un agrietamiento por contracción significativo en el D06 y una microestructura más densa en el s06, calculando la fracción de área de huecos (poros y microcracks) con diferentes secciones (longitud X anchura) superiores a 44,2 micras en la región de interés (roi). En la figura 5, la puntuación de área de cada Corte se dibuja de acuerdo con la altura. Los resultados muestran que la puntuación de área de gran hueco del mortero antiguo de ambas muestras es de aproximadamente 0,03. La puntuación de área de los grandes huecos en el nuevo mortero s06 se concentra en torno a 0,03, mientras que la puntuación de área de los grandes huecos en el nuevo mortero D06 es de 0,06, aproximadamente el doble que el nuevo mortero de la muestra s06.

Figura 4 microestructura interna de la muestra compuesta de mortero nuevo y antiguo

Figura 5 Variación de la fracción de área de grandes huecos con la altura

Figura 6 pares de huecos marcados en color de acuerdo con el diámetro equivalente

A través del análisis de la morfología microscópica, se deduce que el mecanismo de formación de huecos de gran tamaño en las áreas de interfaz D06 y s06 es diferente. Para la muestra d06, debido a la existencia de gradientes en el contenido de agua, el mortero de reparación recién mezclado se coloca en el mortero viejo precosechado, y el agua en el mortero de reparación se extraerá en grandes cantidades, lo que producirá grandes huecos debido a la contracción y agrietamiento graves; Cuando se prepara la muestra s06, el mortero antiguo está pre - saturado por agua, y la pérdida de agua del mortero de reparación y el posible retorno del agua en el mortero antiguo saturado pueden conducir a la acumulación de agua en la interfaz, creando así una zona discontinua de gran área alrededor de la interfaz, formando grandes huecos.

La microestructura del mortero de reparación con poros "en forma de botella de tinta" se caracteriza por el método de inyección circular de mercurio. La permeabilidad efectiva conectada (0074) de D06 - R está muy cerca de la fracción de volumen de los pequeños poros (0076) al calcular la permeabilidad efectiva conectada y la permeabilidad "en forma de botella de tinta" del mortero de reparación a partir de los datos de presión acumulada de mercurio. Se deduce que las grietas de contracción no están conectadas directamente entre sí, sino a través de agujeros peludos. La permeabilidad efectiva conectada de s06 - R (0095) es inferior a la fracción de volumen de poros pequeños (0129). Se especula que en s06 - r, solo algunos pequeños poros pueden estar bien conectados.

Figura 7 curva de distribución del tamaño del agujero obtenida después de la primera y segunda presión de mercurio en el nuevo mortero

A través de la tecnología de imágenes de neutrones, se rastrea el fenómeno de absorción de agua del complejo de mortero nuevo y antiguo en tiempo real, y se obtiene la distribución dinámica del contenido de agua, como se muestra en la figura 9. Entre ellos, el contenido de agua se calcula a través de la relación entre el grosor permeable de neutrones y el grosor de la muestra, la posición de la interfaz se indica por líneas punteadas y la parte inferior es un nuevo mortero. Establecer un Roi (rectángulo amarillo) de 5 mm de ancho en la imagen, monitorear los cambios en el perfil de contenido de agua a lo largo de la dirección del flujo de agua, determinar la posición del Frente de humedad de acuerdo con el perfil dinámico de contenido de agua en la figura 10, y ajustar los datos de prueba con una función de Regresión lineal para obtener el coeficiente de absorción de agua.

El coeficiente de absorción de agua del nuevo mortero en D06 es 1,5 veces mayor que el del nuevo mortero en s06. Hay más grietas en el nuevo mortero d06, lo que hace que su coeficiente de absorción de agua sea alto. El mortero de reparación recién mezclado s06 tiene menos pérdida de agua, lo que puede garantizar el progreso normal de la hidratación del cemento y formar una estructura de poros más densa. Por lo tanto, la absorción de agua del nuevo mortero en s06 es baja.

Figura 9 Ley de cambio del contenido dinámico de agua del complejo de mortero nuevo y antiguo durante el proceso de absorción de agua

Figura 10 determinación de la curva dinámica de contenido de agua en el proceso de absorción de agua del complejo de mortero nuevo y antiguo (a) d06; (b) S06

Figura 11 cambios en la posición del Frente de humectación durante la absorción de agua del complejo de mortero nuevo y antiguo (a) d06; (b) S06

A través de la observación de imágenes de tomografía computarizada de rayos x, el mortero recién mezclado se extrae una gran cantidad de agua cuando entra en contacto con el mortero antiguo precosecado, lo que resulta en una contracción y agrietamiento obvios. Cuando el nuevo mortero se adhiere al antiguo mortero lleno de agua, la secreción de agua del nuevo mortero y el posible retorno de agua en el antiguo mortero lleno de agua pueden causar acumulación de agua en la interfaz, creando así una gran zona de discontinuidad alrededor de la interfaz.

Aunque la permeabilidad invasiva es similar en el nuevo mortero unido al mortero viejo pregrabado y al mortero viejo saturado, hay diferencias significativas en las características de distribución del tamaño del poro. Los poros capilares de los dos nuevos morteros son similares, mientras que hay más poros capilares en los nuevos morteros Unidos al antiguo mortero saturado. Por lo tanto, la prehumedad del mortero antiguo puede ralentizar la pérdida de agua del mortero de reparación recién mezclado que se adhiere a él, lo que favorece la hidratación normal del cemento.

La absorción de agua de la matriz de mortero antiguo tiene un impacto significativo en la microestructura y las características de absorción de agua del complejo de mortero nuevo y antiguo. Al diseñar el plan de reparación de la estructura de hormigón, además de considerar la resistencia a la adherencia de la interfaz, también se debe considerar la propiedad de transmisión después del endurecimiento del mortero de reparación desde la perspectiva de la durabilidad.

La tomografía computarizada microscópica de rayos X realiza la visualización tridimensional de los poros y la estructura de grietas en el interior de la muestra, y mejor superficie caracteriza la microestructura del material a base de cemento, mostrando la situación real en el interior del material.