DE1910608A1

DE1910608A1 - Verfahren zur Bestimmung des Zementgehaltes im Beton

Info

Publication number: DE1910608A1
Application number: DE19691910608
Authority: DE
Inventors: Frevert Dr Erich; Muehlberger Dipl-Ing Friedrich
Original assignee: Oesterreichische Studiengesellschaft fuer Atomenergie GmbH
Current assignee: Oesterreichische Studiengesellschaft fuer Atomenergie GmbH
Priority date: 1968-03-05
Filing date: 1969-03-01
Publication date: 1969-09-18
Also published as: AT277616B; GB1213961A

Description

Anmelderin: österreichische Studiengesellschaft
für Atomenergie Gea.m.b.H.,

Wien VIII / ÖSTERREICH, f

Lenaugasse 10 ™

"Verfahren zur Bestimmung des
Zementgehaltea im Beton"

Bei der Verarbeitung von Beton auf Großbaustellen, beim Kraftwerksbau und überhaupt auf allen Gebieten des Hoch- und Tiefbaues ergeben sich stets große Schwierigkeiten bezüglich der Kontrolle des Zementgehaltes im Beton. Da dies jedoch eine wesentliche Voraussetzung für die endgültige Festigkeit und Qualität des Bauwerkes darstellt, sind die Firmen an sich verpflichtet, verantwort-

909838/1076

liehe Ingenieure einzusetzen, damit an den einzelnen Bau? bzw. Mischstellen für Beton das vorgeschriebene Zement- n:.f Schotterverhältnis eingehalten wird. Diese Methode ist nicht nur sehr aufwendig, sondern sie schließt auch eine Reihe von Fehlermöglichkeiten, Nachlässigkeiten und andere mehr ein.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß eine einwandfreie, rasche und damit sehr elegante Bestimmung des Zementgehaltes im Beton mittels strahlungsakt!vierter Elemente möglich ist. Diese Methode schließt Irrtümer und Fehlermöglichkeiten bei der Kontrolle weitgehendst aus. Sie kann sowohl bei der Betonmischmaschine unmittelbar, beim Verbau des Betons und beim fertigen Bauwerk angewendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Zementgehaltes im Beton besteht darin, daß dem Zement ein inaktives Isotop, gegebenenfalls in Form einer chemischen Verbindung, feinstverteilt zugesetzt wird, daß das im Beton so enthaltene Isotop mittels Neutronen aktiviert und diese Aktivität dann gemessen wird, aus deren Größe der Zementgehalt bestimmt wird.

Das dem Zement zuzusetzende inaktive Isotop darf weder im Zement noch im Beton von Natur aus vorhanden sein oder höchstens in solchen Mengen, die nach diesem Verfahren nicht erfaßbar sind.

Das dem Zement zuzusetzende Isotop muß auch eine hohe Nachwexwahrscheinlichkeit haben und außerdem in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß eine, die Genauigkeit des Verfahrens beeinflussende Ungleichmäßigkeit der Verteilung des Isotops nicht eintreten kann.

Die Bestrahlung kann zweckmäßig mittels thermischer Neutronen erfolgen. Zum Eliminieren der Schwankungen des Neutronenflusses im Untersuchungsergebnis wird gleichzeitig mit dem Beton ein "Flußmonitor" bestrahlt und gemessen. Ein "Flußmonitor" ist eine genauest bekannte Menge eines geeigneten anderen strahlungsi-naktiven Elementes, das gleichzeitig aktiviert wird und dessen Strahlungsaktivität, die proportional dem Neutronenfluß ist, als Maß für den Neutronenfluß dient. 909838/1076

19T0608 3

Die Halbwertszeit der erzeugten Radioisotope soll relativ kurz sein, damit die Analyse selbst als Schnellana-Iysen-Verfahren ausgeführt werden kann und außerdem aus Gründen des Strahlenschutzes. Das Isotop muß auch einfach meßbar und nicht zu teuer sein.

Alle diese Bedingungen werden beispielsweise von Indium bestens erfüllt; die vorliegende Erfindung wird deshalb anhand dieses Elementes beispielsweise beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein 'TT- Sp eic trum von Indiumisomeren, Fig. 2 die ^-Spektren von drei Zementproben mit Indium-Beimischungen, Fig. 3 das Summenspektrum dieser Einzelmessungen, Fig. h eine Kurve zum Nachweis des Indiums, Fig. 5 das Summenspektrum von fünf Betonproben, Fig. 6 das J^-Spektrum eines Erbiumisomers und Fig. 7 zeigt eine Meßvorrichtung. Durch die Aktivierung von Indium mit thermischen Neutronen entstehen unter anderem die isomeren Zustände In-1i4 m und In-1i6 m mit je 2,5 see Halbwertszeit und T" -Übergängen von 150 keV. Die Wirkungsqüerschnitte liegen in der Größenordnung von ca. 10 barn. Fig. 1 zeigt das mit einem NaJ(Tl)-Szxntillationskristall aufgenommene »-Spektrum der beiden 2,5 see Indiumisomere. Der Ausdruck "Kanalpositäon" in den Figuren bedeutet die Nummern der Kanäle eines 100 Kanal-Impulshöhen-Analysators, mit dem die 7"-Spektren elektronisch ausgexfertet und registriert werden.

Zur Bestimmung der Nachweisgrenze von Indium im Zement und ob eine gleichmäßige mechanische Vermischung von 1 ppm In (das ist "1 part per million") in Form von pulvrigem In 0 im Zement möglich ist, wurde zuerst eine Vormischung von 100 ppm (12.1 mg In_0 auf 100 g Zement) durchgeführt, von dieser mehrere Proben entnommen und aktivierungsanalytisch auf gleichmäßige Vermischung untersucht. Die Bestrahlungen wurden in der pneumatischen Rohrpost der thermischen Säule des ASTRA-Reaktors durchgeführt. Die Meßapparatur bestand aus einem NaJ(Tl)-Szxntillationskristall mit 38 mm Durchmesser und 5 mm Höhe, einem Philips-Meßplatz und einem 1OO Kanalimpulshöhenanalysator, Type TMC Gammascope II, mit Drucker und X-Y-Zeichner. Die Messungen wurden nach folgendem Schema durchgeführt:

- 3 - 9 0 9 8 3 8/1076

Bestrahlungszeit: 3 sec, Transport zum Kristall:
3 sec, Meßzeit: 6 sec, Meßpause: 18 sec, langlebige Restaktivität als "Leerwert" abgezogen: 6 see. Gemessen wurde .·......

das T~-SpeietI^-1Um und integral der Bereich um 15.0 -key* -.Es.
ergab sich, daß eine vollständig J.eichmäßige Vermischung
stattgefunden hat. Mit Hilfe' dieser Vormischung wurden dann durch weitere Vermischung mit Zement Standardproben mit 0,5». ■ 1,0, 2,0, 3,0, h,0 ppm In hergestellt und auf die oben beschriebene Art auf Gleichmäßigkeit und Nachxyeisempfindlichkeit untersucht. Fig. 2 zeigt die Spektren von drei Proben
mit 1,0 ppm In. Die In-Linie ist trotz der großen statistischen Schwankungen deutlich sichtbar, insbesondere.bei dem
ebenfalls gezeichneten Summenspektrum der drei Eiiizelmessungen (Fig. 3)· Mit den Meßwerten der Einkanalmessungen wurde schließlich eine Kalibrierkurve gezeichnet, d.h. die Abhängigkeit der Zählrate von dem In-Gehalt (Fig. h). Daraus
geht hervor, daß die Nachweisgrenze von Indium in Zement
unter 1 ppm liegt, besonders wenn man berücksichtigt, daß
die Messungen nicht unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden konnten. Durch den relativ langsamen Transport ,__ der bestrahlten Probe zum Kristall (3 see = 1,2 Halbwertszeiten) ging über die Hälfte der erzeugten In-Aktivität für· die Messungen verloren und durch die Dimensionen des Stählrohres war man im Probenvolumen stark eingeschränkt. Außerdem wurden für die Punkte der Kalibrierkurve die Mittelwerte von nur drei Messungen verwendet.

Weitere Versuche wurden mit Beton durchgeführt. Zu dem Zweck wurden drei Betonprobewürfel gegossen (20 χ 20 χ 20cm) mit folgender Zusammensetzung:

B1 2,6h kg Zement

12,2ü kg Schotter (Korngröße 6-7 mm)
3,2 mg ^In2°3 (^{= 2}^²I mg Indium)

B2 2,6h kg Zement

12,20 kg Schotter

B3 2,6h kg Zement

12,20 kg Schotter
0,20 kg Murexin (Verflüssiger)
0,Of) kg Barra (Sperrpulver)

90983 8/1076

In Würfel B1 wurde also in bezug auf die Zementmenge 1 ppm Indium beigemischt, B2 diente als Blindprobe, während B3 mit zwei handelsüblichen Zusatzstoffen versehen wurde. Nach Abbinden des Betons wurden von verschiedenen Stellen je 5 Proben von ca. 7-8 g entnommen und aktivierungsanalytisch auf Indium untersucht. Die Bestrahlung geschah wie bei den Zementproben in der Rohrpost der thermischen Säule des ASTRA-Reaktors. Fig. 5 zeigt das Sunimenspektrum/rünf Betonproben des Betoriwürfeis B1. Man sieht, daß die Linie des Indiums einwandfrei gefunden werden kann. Aus einem Vergleich dieses Spektrums mit jenen der Betonwürfel B2, B3 ergibt sich, daß es günstig ist, wenn zur exakten Bestimmung des Zementan- Λ teiles im Beton mehr als ein ppm Indium dem Zement beigemischt wird.

Dci bei aktivierungsanalytischen Untersuchungen Schwankungen des Neutronenflusses stark in das Meßergebnis eingehen, muß im allgemeinen bei der Bestrahlung der Proben ein Plußmonitor beigegeben werden. Für den vorliegenden Fall wurde mit dem Element Erbium ein geradezu idealer Monitor gefunden. Bei Aktivierung mit thermischen Neutronen entsteht das Isomer Er-167 m, das unter Aussendung von 208 keV ^-Strahlung mit einer Halbwertszeit von ebenfalls 2,5 see in den Grundzustancytibergeht. Fig. 6 zeigt das mit dem NaJ(Tl)-Szintillationskristall aufgenommene T^-Spektrum. Für Untersuchungen von Beton auf Zementgehalt braucht man also nur in den Proben- I gefäßen gleiche Mengen Erbium fest einzubringen und erhält dann aus dem Zählratenverhältnis der beiden ^-Linien direkt den Zementgehalt. Die Zählrate ist proportional dem Neutronenfluß und' der Menge des bestrahlten Elementes, die zugesetzte Indiummenge ist proportional der Menge des Zementes, also ist bei gleichzeitiger Bestrahlung (gleicher Neutronenfluß) des Betons und der bekannten Menge des Elementes Erbium (Fißmonitor) das Verhältnis der Zählrate des neutronenaktivierten Indiums und des neutronenaktivierten Erbiums direkt proportional dem Zementgehalt.

Die vorliegende Anmeldung ist natürlich nicht auf die beispielsweisen Angaben beschränkt. Anstelle von Indium

- 5 - 909838/1076

körinen unter anderem auch Sb, Ge, Se, Y, Ag, Dy, Er, Yb, Hf, Ir, Pt und Sc verwendet werden. Neben der Bestimmung des ZementgehaItes im Beton lassen sich selbstverständlich auch in entsprechender Weise Zuschlagstoffe feststellen. Auch kann das vorliegende Verfahren in abgeändefcer T/eise bei anderen verfestigten Mischungen angewendet v/erden.

In der FLj¹;. 7 ist eine Meßvorrichtung darges bellt. Mit 1 ist eine Betonstraße bezeichnet, auf der die Einrichtung 2 verfahrbar ist. 3 bezeichnet die Neutronenquelle, die eine Ionenquelle, einen Beschleuniger und ein Titan-Tritium-Target aufweisen kann. Eine Meßsonde ist mit A- bezeichnet, Der Boden des Fahrzeuges 1st mit einem Abschirmmateritil 5 versehen, das eine Öffnung 6 aufweist. Ln diese Öffnung mündet ein Kanal 7, in dem die Meßsonde 4 angeordnet ist. Sowohl der Kanal. 7 als auch die Neutronenquelle 3 sind beispielsweise mit Paraffin umhüllt. Zum Schutz gegen die direkte Strahlung der Neutronen zur Meßsonde h ist noch ein Schirm 8 vorgesehen. Die Neutronenquelle 3 ist mit einem an sich bekannten Kontroll- und Steuerstand und die Meßsonde h mit einem' Meßplatz verbunden. Die Neutronen aus der Neutronenquelle 3 dringen durch die Öffnung 6 in die Betonstraße 1 ein und aktivieren das dort vorhandene Indium, dessen Zerfall durch die Meßsonde h aufgenommen wird. Im unteren Teil des Kanales 7 kann man auch den Flußmonitor einbringen, z.B. also Erbium.

- 6 - 909838/1076

Claims

P a t e η t a η s ρ r ü ehe :

(1./Verfahren zur Bestimmung des Zementgehaltes im Beton, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zement ein inaktives Isotop, gegebenenfalls in Forin einer chemischen Verbindung, feinstverteilt zugesetzt wird, daß das im Beton so enthaltene Isotop mittels Neutronen aktiviert und diese Aktivität dann.gemessen wird, aus deren Größe der Zementgehalt bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zement ein im Zement rind Beton nicht oder nur

i in nicht erfaßbaren Spuren enthaltenes Isotox) zugesetzt wird. ^

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isotop eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit und luirze Halbwertszeit hat.

h. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isotop dem Zement in einer Menge zugesetzt wird, bei der eine die Genauigkeit der Bestimmung beeinflussende Ungleichmäßigkeit der Verteilung vermieden wird.

5. Vorfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadtireh gekennzeichnet, daii zum Ausgleich der Schwankungen do.s Knutronenflussοs bei der Untersuchung ein "Flußmonitor"

c; i ng e s e t ζ t w i r d . *

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ,;ekc?nnzo i chrict , daQ«ls Isotop Indium eingesetzt wird, von dem vorzugsweise die Isomere In-11^ und I11-II6 gemessen werden„

7. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß als "Fl uiimonj tor" Erbium verwendet wird.

909838/10 7 6 BAD ORIGINAL,

L e e r s e i t e