Application of X-Ray Microtomography and Optical Microscopy to Determine the Microstructure of Concrete Penetrated by Carbon Dioxide

• Autorzy: Ranachowski Z. , Jóźwiak-Niedźwiedzka D. , Ranachowski P. , Rejmund F. , Dąbrowski M. , Kudela S. jr. , Dvorak T.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0245

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie mikrotomografii komputerowej i mikroskopii optycznej do oceny mikrostruktury betonów poddanych działaniu CO2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper two advanced methods for testing cement based composites are described and compared. These are X-ray microtomography and optical microscopy. Microtomography supplies three-dimensional images of small concrete specimens. In the tomograms all cracks, pores and other voids and inclusions, that exceed a few micrometers, are shown. Such visualisation can become a valuable tool for analysis of the basic material properties. Images obtained on thin sections and analysed with various methods on optical microscopes supply additional information on material microstructure that cannot be obtained in tomograms. For example it is relatively easy to determine zone penetrated by CO₂ ingress. These two methods, presented on examples of tests, complete each another in order to supply a set of information on composition and defects of tested composite materials.

PL

W artykule przedstawiono dwie nowoczesne metody analizy struktury materiałów kompozytowych ze spoiwem na bazie cementu. Są to mikrotomografia komputerowa oraz optyczna analiza cienkich szlifów. Mikrotomografia pozwala na uzyskanie trójwymiarowych obrazów niewielkich próbek betonowych. Na tomogramach widoczne są układy rys, porów i innych pustek, których wymiary przekraczają kilka mikrometrów. Przestawienie tych obiektów w przestrzeni jest ważnym narzędziem do analizy podstawowych właściwosci materiału. Obrazy uzyskane na cienkich szlifach w mikroskopie optycznym, analizowane następnie różnymi metodami, dostarczają dodatkowych informacji o mikrostrukturze materiału, które nie mogą być dostrzeżone na tomogramach. Stosunkowo łatwo jest np. uzyskac obrazy stref skarbonatyzowanej matrycy cementowej. Obie przedstawione metody uzupełniają się wzajemnie i pozwalają na otrzymanie zbioru informacji o składzie i defektach badanych materiałów kompozytowych.

Słowa kluczowe

EN

cement-matrix composites; concrete deterioration; X-ray tomography; microscopic analysis; concrete microstructure

PL

kompozyty cementowe; zniszczenie betonu; tomografia rentgenowska; analiza mikroskopowa; mikrostruktura betonu

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 4
• Strony: 1441--1447
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ranachowski Z.

• Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, 5b Pawinskiego Str., 02-106 Warszawa, Poland

autor

Jóźwiak-Niedźwiedzka D.

• Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, 5b Pawinskiego Str., 02-106 Warszawa, Poland

autor

Ranachowski P.

• Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, 5b Pawinskiego Str., 02-106 Warszawa, Poland

autor

Rejmund F.

• Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, 5b Pawinskiego Str., 02-106 Warszawa, Poland

autor

Dąbrowski M.

• Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, 5b Pawinskiego Str., 02-106 Warszawa, Poland

autor

Kudela S. jr.

• Institute of Materials and Machine Mechanics Slovak Academy of Sciences, 75 Racianska Str., 831-02 Bratislava, Slovak Republic

autor

Dvorak T.

• Institute of Materials and Machine Mechanics Slovak Academy of Sciences, 75 Racianska Str., 831-02 Bratislava, Slovak Republic

Bibliografia

• [1] A. M. Brandt, D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, Diagnosis of concrete quality by structural analysis, Advances in Civil Engineering Materials 1, 1, 1-21 (2012).
• [2] Z. Ranachowski, D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, A. M. Brandt, T. Dębowski, Application of acoustic emission method to determine critical stress in fibre reinforced mortar beams, Archives of Acoustics 37, 3, 261-268 (2012).
• [3] D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, A. M. Brandt, Z. Ranachowski, Self-healing of cracks in fibre reinforced mortar beams made with high calcium fly ash, Cement, Lime, Concrete 1, 38-49 (2012).
• [4] E. Gallucci, K. Scrivener, A. Groso, M. Stampanoni, G. Margaritondo, Experimental investigation of the microstructure of cement pastes using synchrotron X-ray microtomography (u-CT), Cement & Concrete Research 37, 2007, 360-368 (2006).
• [5] F. Slate, S. Olsefski, X-ray study of internal structure and microcracking of concrete, J. of American Concrete Institute 60 (5), 575-588 (1963).
• [6] E. Landis, E. Nagy, D. Keane, S. P. Shah, Observations of internal crack growth in mortar using X-ray microtomography, Proc. of the Fourth Materials Engineering Conf. Washington, D.C., ASCE. New York (1996).
• [7] M. Lanzon, V. Cnudde, T. de Kock, J. Dewanckele, X-ray microtomography (u-CT) to evaluate microstructure of mortars containing low density additions, Cement & Concrete Composites 34, 993-1000 (2012)
• [8] J. L. Provis, R. J. Myers, C. E. White, X-ray microtomography shows pore structure and tortuosity in alkali-activated binders, Cement & Concrete Research 42, 855-864 (2012).
• [9] D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, Z. Tucholski, Reinforced concrete viaduct from beginning of the 20th century - microstructure analysis of 100 years old concrete, Drogi I Mosty 9, 3, 23-37 (2010), (in Polish).
• [10] S. Pavia, S. Caro, An investigation of Roman mortar technology through the petrographic analysis of archaeological material, Construction & Building Materials 22, 1807-1811 (2008).
• [11] U. H. Jakobsen, D. R. Brown, Reproducibility of w/c ratio determination from fluorescent impregnated thin sections, Cement & Concrete Research 36, 1567-1573 (2006).
• [12] I. Fernandes, M. Pericao, P. Hagelia, F. Noronha, M. A. Ribeiro, J. Maia, Identification of acid attack on concrete of a sewage system, Materials & Structures 45, 337-350 (2012).
• [13] B. Georgali, P. E. Tsakiridis, Microstructure of fire-damaged concrete. A case study, Cement & Concrete Composites 27, 255-259 (2005).
• [14] PN-EN 206-1: 2003, Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity.
• [15] K. Gibas, M. A. Glinicki, Influence of calcerous fly ash on concrete resistance to migration of chlorides, Brittle Matrix Composites BMC-10, 367-376 (2012).
• [16] PN-EN 13295: 2005, Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Test methods. Determination of resistance to carbonation.
• [17] D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, A. M. Brandt, K. Gibas, P. Denis, The alkali-aggregate reaction hazard in the case of barite concretes, Cement, Lime, Concrete 19, 4, 234-242 (2014).