Uplatnění elektromigračních technik při transportu chloridů a nanočástic v betonu

Abstract

Tato práce se zabývá využitím elektromigračních technik při studiu transportu chloridů a nanočástic v betonu. Zaměřuje se zejména na vliv na pórovitost a odolnost vůči chloridům. Byly použity různé elektromigrační techniky, konkrétně zkoušky stejnosměrným proudem, zrychlená penetrace chloridů, injektáž nanosiliky a extrakce chloridů. Pro stanovení jednotlivých výsledků byly použity analytické nástroje, jako je rtuťová intruzní porozimetrie (MIP), skenovací elektronová mikroskopie (SEM), analýza obrazu, profilování chloridů (broušení, loužení a potenciometrická titrace), termogravimetrická analýza (TGA) a rentgenová difrakce (XRD). Bylo studováno šest různých směsí betonu a malt lišících se typem pojiva a dalšími typy složek s cílem zjistit vlivy související s mikrostrukturními změnami. Byla použita injekce nanosiliky s cílem zlepšit mikrostrukturu betonu a blokovat další pronikání chloridů. Bylo zjištěno, že aplikace elektrického proudu zvyšuje pórovitost betonu a malty, což umožňuje snadnější pronikání chloridových iontů. Tyto výsledky byly potvrzeny množstvím celkového náboje přeneseného během zkoušky elektrickým proudem, měřením pórovitosti a zkouškami chloridů. Bylo také zjištěno, že proces injektáže nanosiliky způsobuje, že do betonu vstupuje vyšší obsah chloridů ve srovnání s referenčním vzorkem, což je v rozporu s očekávaným účinkem. Tato práce přispívá k dosavadním poznatkům o zrychleném transportu chloridů a nanočástic v betonu. Tyto poznatky se týkají témat trvanlivosti betonu, odolnosti proti korozi a možných důsledků různých ošetření používaných na betonových konstrukcích, jako je extrakce chloridů nebo injektáž částic. Práce nabízí praktické pokyny pro experimentální zkoušky a budoucí směry výzkumu v této oblasti.

This thesis deals with the use of electromigration techniques in the study of chloride and nanoparticle transport in concrete. In particular, It focuses on the effect on porosity and chloride resistance. Various electromigration techniques, specifically direct current flow, accelerated chloride penetration, nanosilica injection and chloride extraction tests, were used. Analytical tools such as mercury intrusion porosimetry (MIP), scanning electron microscopy (SEM), image analysis, chloride profiling (grinding, leaching and potentiometric titration), thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction (XRD) were used to determine the individual results. Six different mixtures of concrete and mortars varying in binder type and other constituent types were studied, in order to find effects related to microstructural variations. Nanosilica injection was applied, in order to enhance concrete microstructure and to block further penetration of chlorides. It was found that the application of electric current increases the porosity of the concrete and mortar, allowing chloride ions to penetrate more easily. These results were confirmed by the amount of total charge transferred during the electrical test, porosity measurements and chloride tests. It was also found that the process of injection of nanosilica causes higher chloride content to enter in the concrete compared to the reference sample, which is in contrast to the expected effect. This thesis contributes to the existing knowledge on accelerated chloride and nanoparticle transport in concrete. These findings are related to topics of concrete durability, corrosion resistance and the potential consequences of different treatments used on concrete structures, such as chloride extraction or particle injection. The thesis offers practical guidelines for the experimental tests and future research directions in this area.