Zastosowanie cyfrowej analizy obrazu jako metody oceny postępu karbonatyzacji zapraw cementowych - wpływ dystorsji na wyniki badań próbek rzeczywistych oraz modelowych

Szydłowski, Jakub

doi:10.32047/CWB.2023.28.2.3

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie cyfrowej analizy obrazu jako metody oceny postępu karbonatyzacji zapraw cementowych - wpływ dystorsji na wyniki badań próbek rzeczywistych oraz modelowych

Autorzy

Szydłowski Jakub

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.cementwapnobeton.pl/

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2023.28.2.3

Warianty tytułu

Application of digital image analysis as a method of assessing the of carbonation process of cement binders - impact of distortion on the results of real and model samples

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

Obecnie, ze względu na stosowanie aktywnych dodatków do cementu, badania postępu karbonatyzacji są kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa konstrukcji. Proces pomiarowy zakłada użycie suwmiarki do wyznaczenia frontu karbonatyzacji. Tak wyznaczone wartości uśrednia się i na ich podstawie szacuje postęp korozji. Ze względu na to, że podejście normowe zakłada użycie metody nieciągłej wyznaczenia głębokości karbonatyzacji, pomiar może być obarczony błędem. Ponadto jego wykonanie, szczególnie dla wielu próbek, jest czasochłonne. Alternatywną metodą wyznaczania głębokości karbonatyzacji może być pomiar ciągły, z użyciem komputerowej analizy obrazu, który wyznacza rzeczywistą głębokość karbonatyzacji, ponieważ analizie poddawany jest cały obszar próbki. Komputerowa analiza obrazu jest zatem podejściem bardziej precyzyjnym i wygodnym. Nie jest ona natomiast podejściem ujętym w normach, jednak może stanowić pomoc w ocenie poprawności wyznaczenia głębokości karbonatyzacji. Głównym problemem proponowanej metody może okazać się błąd wynikający ze sferyczności obrazu, związany z dokładnością aparatu fotograficznego. Brak również prostopadłości układu optycznego aparatu względem próbki przy utrwalaniu jej obrazu, związanej z niewłaściwym ustawieniem aparatu fotograficznego. Problemem przy wykorzystaniu analizy komputerowej może okazać się również jakość uzyskanego obrazu W przeprowadzonych badaniach analizowano wpływ dystorsji obrazu na wyznaczenie powierzchni analizowanego obszaru, wykorzystując program ImageJ. Uzyskane wyniki pokazują, że komputerowa analiza obrazu jest dokładniejsza niż tradycyjna, a dystorsja spowodowana pochyleniem obrazu nie wpływa na uzyskiwane wartości w stopniu większym niż dokładność pomiaru tradycyjnego.

Nowadays, because of the use of active additives in cement, studies on carbonation progress are crucial to ensure the safety of structures. Carbonation depth measurement involves the use of a calliper to determine the front of the carbonation. The values determined in this way are averaged, and the corrosion progress is estimated based on these values. Due to the fact that the standard approach assumes the use of a discrete method for determining the carbonation depth, the measurement may be subject to error, and its execution, especially for many samples, is time-consuming. An alternative method for determining the depth of carbonation may be continuous measurement, which determines the actual depth of carbonation since the entire sample area is analysed. Therefore, digital image analysis is the more precise and convenient approach. Unfortunately, it is not an approach, covered by the standards, but may help to assess the correctness of the determination, the carbonation depth. The problem with the use of digital analysis in proposed method may be the quality of the image obtained. The main problem may be the sphericity of the image, related to the nature of the camera, but also the lack of perpendicularity of the optical system of the camera to the sample when fixing its image, related to incorrect positioning by the camera operator. The results show that the digital image analysis is more accurate than the traditional approach, and that the distortion caused by the tilt of the image does not affect the obtained values to a greater degree than the measurement accuracy of the traditional approach.

Słowa kluczowe

cement cyfrowa analiza obrazu dodatek mineralny dodatek do betonu karbonatyzacja pomiar głębokość karbonatyzacji dystorsja

carbonation carbonation depth mineral additive concrete additive measurement cement digital image analysis distortion

Wydawca

Fundacja Cement, Wapno, Beton

Czasopismo

Cement Wapno Beton

Rocznik

2023

Tom

R. 28, nr 2

Strony

92--104

Opis fizyczny

Bibliogr. 30 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Szydłowski Jakub

szydlows@agh.edu.pl

AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

1. E. Vejmelková, M. Pavlíková, Z. Keršner, et al., High performance concrete containing lower slag amount, A complex view of mechanical and durability properties. Constr. Build. Mater. 23, 2237-2245 (2009). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.11.018
2. Y. Kim, A. Hanif, M. Usman et al., Slag waste incorporation in high early strength concrete as cement replacement, Environmental impact and influence on hydration & durability attributes. J. Clean. Prod. 172, 3056-3065 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.11.105
3. R. Mi, G. Pan, Y. Li, T. Kuang, Carbonation degree evaluation of recycled aggregate concrete using carbonation zone widths. J. CO2 Util. 43, 101366 (2021). https://doi.org/10.1016/J.JCOU.2020.101366
4. R. Mi, G. Pan, Y. Li, et al., Distinguishing between new and old mortars in recycled aggregate concrete under carbonation using iron oxide red. Constr. Build. Mater. 222, 601-609 (2019). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.171
5. R. Mi, G. Pan, Q. Shen, Carbonation modelling for cement-based materials considering influences of aggregate and interfacial transition zone. Constr. Build. Mater. 229, 116925 (2019). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116925
6. X. Xian, Y. Shao, Microstructure of cement paste subject to ambient pressure carbonation curing. Constr. Build. Mater. 296, 123652 (2021). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123652
7. S. Cloete, A. Giuffrida, M.C. Romano, A. Zaabout, The swing adsorption reactor cluster for post-combustion CO2 capture from cement plants. J. Clean. Prod. 223, 692-703 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.109
8. A. Köliö A, T.A. Pakkala, J. Lahdensivu, M. Kiviste, Durability demands related to carbonation induced corrosion for Finnish concrete buildings in changing climate. Eng. Struct. 62-63, 42-52 (2014). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.01.032
9. S. Zhang, Q. Wang, P. Puthiaraj, W.S. Ahn, MgFeAl layered double hydroxide prepared from recycled industrial solid wastes for CO2 fixation by cycloaddition to epoxides. J. CO2 Util. 34, 395-403 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jcou.2019.07.035
10. J.I. Santos, A.E. Cesarin, C.A. Sales, M.B. Triano, P. Martins, A.F. Braga, N.J. Neto, Increase of atmosphere CO2 concentration and its effects on culture/weed interaction. Int. J. Agric. Biosystem. Eng. 11, 419-426 (2017). waset.org/Publication/10007219
11. CEN Technical report EN 12390-12:2018: Determination of the carbonation resistance of concrete - Accelerated carbonation method
12. K. Sisomphon, L. Franke, Carbonation rates of concretes containing high volume of pozzolanic materials. Cem. Concr. Res. 37, 1647-1653 (2007). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.08.014
13. A. Leemann, P. Nygaard, J. Kaufmann, R. Loser R, Relation between carbonation resistance, mix design and exposure of mortar and concrete. Cem. Concr. Compos. 62, 33-43 (2015). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.04.020
14. E. Rozière, A. Loukili, F. Cussigh, A performance based approach for durability of concrete exposed to carbonation. Constr. Build. Mater. 23, 190-199 (2009). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.01.006
15. E. Gruyaert, P. Van Den Heede, N. De Belie, Carbonation of slag concrete: Effect of the cement replacement level and curing on the carbonation coefficient - Effect of carbonation on the pore structure. Cem. Concr. Compos. 35, 39-48 (2013). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.08.024
16. A. Younsi, P. Turcry, E. Rozire, et al., Performance-based design and carbonation of concrete with high fly ash content. Cem. Concr. Compos. 33, 993-1000 (2011). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.07.005
17. F.A. Labra, E. Hernández-Miranda, R.A. Quiñones, Dynamic relationships between body size, species richness, abundance, and energy use in a shallow marine epibenthic faunal community. Ecol. Evol. 5, 391-408 (2015). https://doi.org/10.1002/ece3.1343
18. K.W. Holmes, K.P. Van Niel, B. Radford, et al., Modelling distribution of marine benthos from hydroacoustics and underwater video. Cont. Shelf Res. 28, 1800-1810 (2008). https://doi.org/10.1016/j.csr.2008.04.016
19. D. Pech, A.R. Condal, E. Bourget, P-L. Ardisson, Abundance estimation of rocky shore invertebrates at small spatial scale by high-resolution digital photography and digital image analysis. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 299, 185-199 (2004). https://doi.org/10.1016/j.jembe.2003.08.017
20. J.D. Gage, B.J. Bett, Deep-Sea Benthic Sampling. In: Methods for the Study of Marine Benthos. Blackwell Science Ltd, Oxford, UK, pp 273-325 (2005). http://eprints.soton.ac.uk/id/eprint/21041
21. A.D. McIntyre, The use of trawl, grab and camera in estimating marine benthos. J. Mar. Biol. Assoc. United Kingdom 35, 419-429 (1956). https://doi.org/10.1017/S0025315400010249
22. K.J. Morris, B.J. Bett, J.M. Durden, et al., A new method for ecological surveying of the abyss using autonomous underwater vehicle photography. Limnol. Oceanogr. Methods 12, 795-809 (2014). https://doi.org/10.4319/lom.2014.12.795
23. PWN S.A. Dystorsja (distortion). PWN
24. M.S. Foster, C. Harrold, D.D. Hardin, Point vs. photo quadrat estimates of the cover of sessile marine organisms. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 146, 193-203 (1991). https://doi.org/10.1016/0022-0981(91)90025-R
25. J.S. Whorff, L. Griffing, A video recording and analysis system used to sample intertidal communities. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 160, 1-12 (1992). https://doi.org/10.1016/0022-0981(92)90106-K
26. C.Q. Lye, R.K. Dhir, G.S. Ghataora, Carbonation resistance of GGBS concrete. Mag. Concr. Res. 68, 936-969 (2016). https://doi.org/10.1680/JMACR.15.00449
27. D. Zhang, M. Mao, Q. Yang, K.S. Lim, Carbonation Resistance of Concrete with Fly Ash as Fine Aggregate. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 712, 012044 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/712/1/012044
28. Z. Huo, L. Wang, Y. Huang, Predicting carbonation depth of concrete using a hybrid ensemble model. J. Build. Eng. 76, 107320 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107320
29. H. Mehdizadeh, X. Jia, K.H. Mo, T-C. Ling , Effect of water-to-cement ratio induced hydration on the accelerated carbonation of cement pastes. Environ. Pollut. 280, 116914 (2021). https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116914
30. J. Sim, C. Park, Compressive strength and resistance to chloride ion penetration and carbonation of recycled aggregate concrete with varying amount of fly ash and fine recycled aggregate. Waste Manag. 31, 2352-2360 (2011). https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.06.014

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-2d80feac-e869-4884-a966-fb74e7319012