Využití elektrochemické impedační spektroskopie pro stanovení porozity cementových materiálů

Abstract

V této práci byla pozorována porozita a elektrické vlastnosti čisté cementové pasty, nanočásticemi modifikovaných cementových past a malty. Jako hlavní metoda použitá ke zkoumání těchto materiálových vlastností byla elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS). Speciálně pro EIS měření byly navrženy rozměry vzorku a poloha elektrod. K vyhodnocení odporů a kapacit měřených materiálů byly použity různé modely ekvivalentního elektrického obvodu. K vyhodnocení porozity z měření EIS byly použity analytické modely jako jsou různé modifikace Archieho zákona a nebo general effective media model. Pro porovnání s EIS byla porozita měřena také gravimetrickou metodou, héliovou pyknometrií, rtuťovou porozimetrií a obrazovou analýzou založenou na výstupech ze skenovacího elektronového mikroskopu. Byl proveden také test penetrace chloridů, ve kterém byla sledována závislost koncentrace chloridů v materiálu na jeho elektrickém odporu. V průběhu sledovaného období (1 den až 3 měsíce) vzrostly s hydratačním časem a současným úbytkem porozity odpory všech směsí. Také rozdíly mezi jednotlivými směsmi byly pozorovány ve všech použitých metodách. Analytické modely uvažující vliv vícefázových parametrů v materiálu jsou nejvhodnější pro vyhodnocení porozity z EIS.

In this thesis, the porosity and electric properties of pure cement paste, nanoparticles-modified cement pastes, and mortar were observed. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was the main method used to obtain these material properties. The dimensions of the samples and electrode positions were specially designed for EIS measurement. Different equivalent electric circuit models were used to evaluate the resistance and capacitance of the material. Analytical models such as modified Archie's law and general effective media model were used to evaluate porosity from EIS. Moreover, for comparison with EIS, porosity was obtained by gravimetric method, helium pycnometry, mercury intrusion porosimetry, and image analysis based on scanning electron microscope output. In addition, a chloride penetration test was performed to study the dependence of the electrical resistance on the chloride concentration. During the observation period (1 day - 3 months), the resistances of all mixtures increased with hydration time while the porosity decreased. The differences between the mixtures were observed by all methods used. Analytical models considering multiple material parameters are best suited for the evaluation of porosity from EIS.