Badanie 3D struktury przestrzeni porowej cementów metodą mikrotomografii rentgenowskiej (micro-CT)

• Autorzy: Dohnalik M. , Zalewska J. , Kut Ł. , Kaczmarczyk J.

Warianty tytułu

EN

Examination of internal pore space 3D images of cement rock with use of Roentgen Computed Tomography (Micro-CT)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Metoda mikrotomografii rentgenowskiej (micro-CT) jest nieniszczącą metodą badawczą, która umożliwia wizualizację budowy wewnętrznej obiektów (w geologii np. skał i cementów). Metoda polega na rejestracji projekcji promieniowania X badanej próbki pod różnymi kątami, a następnie rekonstrukcji na tej podstawie struktury wewnętrznej próbki. Wizualizowanym parametrem jest współczynnik atenuacji liniowej, który zależy od energii promieniowania X, liczby atomowej pierwiastków budujących obiekt oraz gęstości badanej próbki. Micro-CT może być stosowana zarówno do jakościowej wizualizacji wewnętrznej struktury cementów, jak również do pozyskiwania danych ilościowych. Celem tego artykułu jest przedstawienie zastosowania mikrotomografii rentgenowskiej w badaniu cementów. W pracy zaprezentowano, po raz pierwszy w kraju, wyniki mikrotomograficznych badań mikrostruktury zaczynów cementowych w różnym wieku (1 do 28 dni). Wyniki pozwoliły przeanalizować zmiany w sieci porowej zaczynów podczas ich starzenia. Wykazano znaczące różnice w ewolucji porów pomiędzy próbami zaczynów o różnych składach. Wyniki te pokazują możliwości metody micro-CT w badaniu materiałów cementowych. Główną zaletą metody jest możliwość odtworzenia sieci porowej oraz prześledzenia zmian wielkości porów w czasie. Dzięki tej metodzie możliwe jest także badanie nowych cech, takich jak dystrybucja przestrzenna struktury porowej oraz określenie jej przewodności.

EN

The X-ray computed microtomography (micro-CT) is a non-destrictive method for visualization of objects' internal structures (in geology - e.g. rocks or cement stones). Sample's X-ray projections at different angles are recorded and, on the basis of them, the objects' internal structure is reconstructed. Visualized parameter is the linear attenuation coefficient (proportional to X-ray's energy, material's density and atomic number of elements in object's structure). The micro-CT may be used to visualize the cement's internal structure and its quantitative analysis. The aim of this paper is to show application of micro-CT in cementary rocks examination. In this work the results of micro-CT measurement for cements of different age (1-28 days) are shown first time in Poland. Obtained results allowed to analyze changes of pore network during the cement rock's shrinking. Significant pore space evolution changes in case of cement rocks with different composition were observed. Results shown that micro-CT method is applicable for cement rocks examination. The main adventage of micro-CT is the ability to reconstruction of pore space and observation of its changes in time. Also the pores' spatial distribution and tortuosity may be examined.

Słowa kluczowe

PL

cement; struktura porowa kamieni cementowych; rozwój porowatości; mikrotomografia

EN

cement; cement rock pore structure; pore structure evolution; microtomography

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Górnictwo i Geoinżynieria
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 34, z. 4
• Strony: 157--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dohnalik M.

• Instytut Nafty i Gazu, Kraków

autor

Zalewska J.

• Instytut Nafty i Gazu, Kraków

autor

Kut Ł.

• Instytut Nafty i Gazu, Kraków

autor

Kaczmarczyk J.

• Instytut Nafty i Gazu, Kraków

Bibliografia

• [1] Bentz D.P., Mizell S., Satterfield S., Devaney J., George W., Ketcham P., Graham J., Porterfield J., Quenard D., Vallee F., Sallee H., Boller E., Baruchel J.: The visible cement data set. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 107, 2002, s. 137-148
• [2] Bentz D.P., Quenard D.A., Kunzel H.M., Baruchel J., Peyrin F., Martys N.S., Garboczi E.J.: Microstructure and transport properties of porous building materials. II: three-dimensional X-ray tomographic studies, Materials and Structures, 33, 2000, s. 147-153
• [3] Dohnalik M., Zalewska J.: Zastosowanie mikrotomografii rentgenowskiej do rozwiązywania zagadnień geologicznych i geofizycznych, Kraków, Prace Instytutu Nafty i Gazu nr 157, 2009
• [4] Gallucci E., Scrivener K., Groso A., Stampanoni M., Margaritondo G.: 3D experimental investigation of the microstructure of cement pastes using synchrotron X-ray microtomography (micro/CT), Cement and Concrete Research, 37, 2007, s. 360-368
• [5] Helfen L., Dehn F., Mikulik P., Baumbach T.: Synchrotron radiation X-ray tomography : a method for the 3D verification of cement microstructure and its evolution during hydration, Proceeding ”First International Congress on Nanotechnologies in the Construction Industry”, Glasgow, June 2003
• [6] Kaczmarczyk J., Dohnalik M., Zalewska J., Cnudde V.: The interpretation of X-ray Computed Microtomography images of rocks as an application of volume image processing and analysis, WSCG2010 Communication Paper Proceedings, 2010, s. 23-30
• [7] Ketcham R.A., Carlson W.D.: Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences, Computers & Geosciences, 27, 2001, S. 381-400
• [8] Kurdowski W.: Chemia cementu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1991
• [9] Rovnanikova P., Grzeszczyk S.: Odporność betonów samozagęszczalnych na bazie cementu żużlowego (cem III) na działanie środowisk zawierających jony chlorkowe, Roczniki Inżynierii Budowlanej - zeszyt 7/2007
• [10] Zalewska J., Dohnalik M., Poszytek A.: Charakterystyka przestrzeni porowej utworów czerwonego spągowca na podstawie rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej, Nafta-Gaz, 1, 2010, s. 10-18