DE19948882A1 - Testing freeze-thaw resistance of solid bodies, e.g. building materials, comprises effectively heterogeneously nucleating seeds before and/or after simulation of freeze-thaw exchange - Google Patents
Testing freeze-thaw resistance of solid bodies, e.g. building materials, comprises effectively heterogeneously nucleating seeds before and/or after simulation of freeze-thaw exchangeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung des Frost-Tau-Widerstands und/oder des Frost-Tausalz-Widerstands von Festkörpern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for testing the Frost-thaw resistance and / or the frost-thaw salt resistance of solids according to the preamble of claim 1.
Im Bauwesen sind Werkstoffe und Festkörper häufig beson deren Umweltbelastungen ausgesetzt. Typische Umweltbelastun gen sind Frost-Tau-Wechsel ohne und mit Taumitteleinfluss. Festkörper, die Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt sind, benöti gen einen erhöhten Frost-Tau-Widerstand; ein erhöhter Frost- Tausalz-Widerstand wird bei Festkörpern benötigt, die Frost- Tau-Wechseln unter Taumitteleinfluss ausgesetzt sind. Der Begriff "erhöhter Frost-Tausalz-Widerstand" gilt uneinge schränkt für alle wässrige Lösungen, die bei dem Verfahren der gattungsgemäßen Art als Prüfmedium verwendet werden.In construction, materials and solids are often special exposed to environmental pollution. Typical environmental impact Frost-thaw changes are without and with de-icing agent influence. Solids that are exposed to freeze-thaw changes are required against increased frost-thaw resistance; an increased frost Thawing salt resistance is required for solids that Dew changes are exposed to the influence of de-icing agents. The The term "increased freeze-thaw resistance" applies unconditionally limits to all aqueous solutions involved in the process of the generic type can be used as a test medium.
Für die Schädigung poröser Festkörper durch Frost-Tau-
Angriffe sind verschiedene Einflußmechanismen maßgeblich:
Various influencing mechanisms are decisive for the damage of porous solids by frost-thaw attacks:
- 1. Hydraulische Drücke: Durch die Expansion des Eises entstehen beim Gefrieren von Porenwasser erhebliche hydraulische Drücke.1. Hydraulic pressures: Due to the expansion of the Ice forms considerably when pore water freezes hydraulic pressures.
- 2. Wassersättigung durch Mikroeislinsenbildung: Auf grund oberflächenphysikalischer Vorgänge wirkt ein Frost- Tau-Zyklus wie eine Mikropumpe, die das poröse Festkörper material künstlich sättigt. Ursache ist eine Gefrierpunkt absenkung durch Oberflächenwechselwirkung. Wird durch dieses Phänomen ein kritischer Sättigungsgrad erreicht, so kommt es zu einer Schädigung durch die oben unter 1. genannten hydraulischen Drücke.2. Water saturation due to micro ice lens formation: On due to surface physical processes, a frost Tau cycle like a micropump, which is the porous solid material saturates artificially. The cause is a freezing point lowering through surface interaction. Will through this Phenomenon reached a critical degree of saturation, so it comes to damage caused by the above under 1 hydraulic pressures.
- 3. Taumittel: Taumittel verstärken in der Regel die Festkörperbeanspruchung bei Frost-Tau-Angriffen.3. De-icing agents: De-icing agents usually reinforce the Solid state stress during freeze-thaw attacks.
- 4. Unterkühlung: An inneren Oberflächen des porösen Festkörpers kann auch eine Unterkühlung um bis zu 10 K des Porenwassers beobachtet werden. Setzt schließlich die Eis bildung ein, dann gefriert eine größere Menge Wasser und setzt Gefrierwärme frei. Dadurch steigt die Temperatur schlagartig auf etwa 0°C und verharrt dort solange, bis alles gefrierbare Wasser zu Eis umgewandelt ist. Dies erzeugt erhebliche zusätzliche Spannungen und mit zunehmen dem Unterkühlungsgrad auch erhöhte Schädigung. Die Unterküh lung ist ein statistischer Prozeß. Der Grad der Unterkühlung und damit der Schädigung läßt sich daher während eines ein zelnen Gefriervorgangs nicht genau vorhersagen.4. Hypothermia: On inner surfaces of the porous Solid body can also hypothermia by up to 10 K Pore water can be observed. Finally sets the ice formation, then a large amount of water and freezes releases freezing heat. This increases the temperature abruptly to about 0 ° C and remains there until all freezable water is converted to ice. This creates significant additional tension and increases with it the degree of hypothermia also increased damage. The hypothermia lung is a statistical process. The degree of hypothermia and therefore the damage can be seen during one do not accurately predict individual freezing processes.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Effekt der Unterkühlung in der Praxis, also unter natürli chen Umweltbelastungen, nicht auftritt. Die Unterkühlung ist praktisch nur unter Laborbedingungen zu beobachten. Bei einer Simulation des Frostangriffs und der damit verbundenen Frostschädigung ist die Unterkühlung ein Artefakt, der zu von der Praxis abweichenden Ergebnissen führt. Der statisti sche Charakter der Unterkühlung unter Laborverhältnissen vermindert die Präzision aller bekannten Prüfverfahren.The invention is based on the knowledge that the Effect of hypothermia in practice, i.e. under natural conditions Chen environmental pollution, does not occur. The hypothermia is practically only observable under laboratory conditions. At a simulation of the frost attack and the associated Frost damage, hypothermia is an artifact that too results that deviate from practice. The statistical cal character of hypothermia under laboratory conditions reduces the precision of all known test methods.
Generell umfassen die gattungsgemäßen Prüfverfahren zwei
Verfahrensabschnitte:
In general, the generic test methods comprise two process stages:
- a) die Simulation des der zu erwartenden Umweltbela stung entsprechenden äußeren Angriffs unter Laborverhältnis sen; unda) the simulation of the expected environmental pollution appropriate external attack under laboratory conditions sen; and
- b) die Bestimmung der Änderung einer physikalischen Größe vor und nach der Simulation und damit die Bestimmung der Schädigung des Festkörpers als Folge des unter a) simu lierten Angriffs.b) determining the change of a physical Size before and after the simulation and thus the determination the damage to the solid as a result of the simu attack.
Der Verfahrensabschnitt a) umfaßt im wesentlichen eine zyklische Frost-Taubelastung, wobei unterschiedliche Prüf medien zum Einsatz kommen können (bei reiner Frostprüfung Wasser oder Luft; bei Frost-Tausalz-Prüfung eine Taumittel lösung). Die Wechselbelastung ist erforderlich, um die oben unter 2. angegebene künstliche Sättigung durch Mikroeins linsenbildung zu erzielen. Process step a) essentially comprises one cyclical frost-dew load, with different test media can be used (with pure frost testing Water or air; a de-icing agent for the freeze-thaw salt test solution). The alternating load is required to the above Artificial saturation by microeins specified under 2. to achieve lens formation.
Aus der DE-PS 39 28 130 ist ein Prüfverfahren zur Bestim mung der äußeren Schädigung poröser Festkörper nach zykli scher Frost-Taubelastung bekannt (sogenanntes CDF/CF-Verfah ren). In der DE-PS 196 26 111 ist ferner ein Prüfverfahren zur Bestimmung der inneren Schädigung beschrieben; letzteres ist als CIF-Verfahren definiert. Beide Verfahren gehören inzwi schen zum anerkannten Stand der Technik.DE-PS 39 28 130 is a test method for determining measurement of external damage to porous solids after cycli shear frost-dew load known (so-called CDF / CF procedure ren). In DE-PS 196 26 111 there is also a test method for Determination of internal damage described; the latter is defined as a CIF method. Both procedures now belong recognized state of the art.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Präzision des gattungsgemäßen Verfahrens dadurch zu erhöhen, daß die Unterkühlung bei der Prüfung des Frost-Tau-Widerstands bzw. des Frost-Tausalz-Widerstands unter Laborbedingungen weitge hend unterdrückt wird.The object of the invention is precision to increase the generic method in that the Hypothermia when testing the frost-thaw resistance or of the freeze-thaw salt resistance under laboratory conditions is suppressed.
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor und/oder während der Simulation eines Frost-Tau-Wechsels im Prüfraum Keime zur heterogenen Nukleation (Nukleationskeime) wirksam gemacht werden, die einer Unterkühlung des Festkörpers und/oder des Prüfmediums des in den zu prüfenden Festkörper eingedrungen Porenwassers entgegenwirken.This task is the generic method solved according to the invention in that before and / or during the Simulation of a frost-thaw change in the test room for germs heterogeneous nucleation (nucleation nuclei) made effective be a hypothermia of the solid and / or Test medium penetrated into the solid to be tested Counteract pore water.
Durch Keime, die eine heterogene Nukleation fördern, wird bei der Laborprüfung die Unterkühlung weitgehend unter drückt und dadurch eine verbesserte Simulation unter praxis konformen Umweltbelastungen erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich bei allen Prüfverfahren zur Bestimmung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes mit gleichen Vorteilen anwendbar; an der Vergleichsmessung, die in der Regel Kern der bekannten und auch zukünftiger Prüf verfahren bildet, ändert die erfindungsgemäße Verfahrensfüh rung nichts. Jedes Prüfverfahren wird von Unwägbarkeiten aufgrund des statistischen Charakters der Unterkühlung befreit. Dementsprechend wird durch die Erfindung die Präzi sion, Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit der Prüfverfahren erhöht.Through germs that promote heterogeneous nucleation, the hypothermia is largely under presses and thereby an improved simulation under practice compliant environmental pollution achieved. The invention The procedure is basically available for all test procedures Determination of the frost and frost-de-icing salt resistance with same advantages applicable; at the comparative measurement, the usually the core of the known and future tests forms process, changes the procedure according to the invention nothing. Every test procedure is subject to uncertainties due to the statistical nature of hypothermia exempted. Accordingly, the preci sion, repeatability and reliability of the test procedures elevated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zwar primär für Fest körper aus Beton entwickelt worden; es ist aber mit ähnli chen Vorteilen auf andere Materialien, wie Ziegelnatur steine, bituminöse Beläge (u. dgl.) übertragbar.The method according to the invention is primarily for fest body developed from concrete; but it is similar advantages over other materials, such as brick nature stone, bituminous coverings (and the like) can be transferred.
Als Prüfmedium kann eine Prüfflüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder eine Taumittellösung verwendet werden. Diese Prüfflüssigkeit kann in Weiterbildung der Erfindung mit zur Bildung der Nukleationskeime geeignetem Material angerei chert und mit dem zu prüfenden Festkörper während der Simu lation eines Frost-Tau-Wechsels in Kontakt gebracht werden.A test liquid can be used as the test medium, preferably Water or a de-icing solution can be used. This In a further development of the invention, test liquid can be used for Formation of suitable material for nucleation seeds and with the solid to be tested during the simu a frost-thaw cycle.
Als Prüfraum eignet sich ein Kältebad (CDF/CF/CTF-Prüf verfahren) bzw. eine luftgekühlte Prüftruhe (schwedisches Slab-Prüfverfahren) sowie andere Behälter von Prüfmedien.A cold bath (CDF / CF / CTF test) is suitable as a test room procedure) or an air-cooled test chest (Swedish Slab test method) as well as other containers of test media.
Als Nukleationskeime bzw. pagophile (eine Eisbildung fördernde) Medien kommen verschiedene Substanzen in Frage. Hierzu gehören z. B. Silberjodid, Bleijodid, Kupfersulfid, Testosterone, Pregnenolene, Diosgenin und/oder Cholesterol. Ferner kommen methylisierte Flächen als pagophile Medien in Betracht.As nucleation or pagophile (an ice formation promotional) media, different substances come into question. These include e.g. B. silver iodide, lead iodide, copper sulfide, Testosterone, Pregnenolene, Diosgenin and / or Cholesterol. Furthermore, methylated surfaces come in as pagophilic media Consideration.
Neben dem Eindringen von Nukleationskeimen in eine Prüf flüssigkeit kann ein pagophiles Medium auch auf der Ober fläche eines Prüfkörpers direkt aufgebracht werden. Diese Verfahrensweise erweist sich vor allem dann als zweckmäßig, wenn der Prüfkörper ohne angrenzende Prüflösung einem Frost- Tau-Wechsel ausgesetzt wird.In addition to the penetration of nucleation germs into a test A pagophile medium can also hold liquid on the surface surface of a test specimen can be applied directly. This The procedure proves to be particularly useful if the test specimen is exposed to frost without an adjacent test solution Dew change is suspended.
Alternativ oder zusätzlich kann eine pagophile Schicht auch auf einer angrenzenden Behälter- bzw. Prüffläche aufge bracht werden.Alternatively or additionally, a pagophilic layer can be used also applied to an adjacent container or test area be brought.
Weitere vorteilhafte Fortbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous developments of the invention Procedures are characterized in the subclaims.
Anhand der beigefügten Zeichnung werden verschiedene Alternativen des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens am Bei spiel einer für das CIF-Verfahren geeigneten Prüfanordnung erläutert.Based on the attached drawing, various Alternatives of the test method according to the invention on the a test arrangement suitable for the CIF procedure explained.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Prüfanord nung ist eine typische Anordnung zur Durchführung des CDF/CF-Verfahrens (DE-PS 39 28 130) bzw. des CIF-Verfahrens gemäß DE-PS 169 26 111. Die Verfahrensführungen bleiben im Prinzip erhalten; die Erfindung ergänzt lediglich die bekannten Verfahren zur Bestimmung der äußeren und/oder inneren Schädigung eines Prüfkörpers.The test arrangement shown schematically in the drawing is a typical arrangement for performing the CDF / CF process (DE-PS 39 28 130) or the CIF process according to DE-PS 169 26 111. The procedures remain in Preserve principle; the invention only complements the known methods for determining the external and / or internal damage to a test specimen.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Prüfanord nung dient zur Simulation von Frost-Tau-Wechseln nach einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil, wobei mehrere zu prü fende Festkörper 1 - im folgenden Probekörper genannt - den Temperatur-Zeit-Wechseln ausgesetzt werden.The test arrangement shown schematically in the drawing serves to simulate freeze-thaw cycles according to a predetermined temperature-time profile, with several solid bodies 1 to be tested - hereinafter referred to as test specimens - being exposed to the temperature-time changes.
In einem Probebehälter 2 lagern die Probekörper 1 mit einer Beanspruchungsfläche 1a nach unten, und zwar so, daß die Beanspruchungsfläche gerade in eine Prüfflüssigkeit 3 eintaucht und von ihr benetzt wird. Aufständerungen 4 defi nieren die Position der Beanspruchungsfläche 1a und deren Eintauchtiefe in der Prüfflüssigkeit. Der Flüssigkeits spiegel kann dabei beispielsweise durch Niveauregulierung eingestellt werden.In a sample container 2, the test specimens 1 are stored with a stress surface 1 a downwards, in such a way that the stress surface is immersed in a test liquid 3 and is wetted by it. Elevations 4 define the position of the stress area 1 a and its immersion depth in the test liquid. The liquid level can be adjusted, for example, by level control.
Die Seitenflächen des Probekörpers 1 sind bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine im wesentlichen abwitterungsbeständige Beschichtung 5 versie gelt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Prüfflüssigkeit 3 nur durch bodenseitige, nicht aber durch seitliche Fest körperporen in den Probekörper eindringen kann. Die Prüf flüssigkeit kann daher nur durch kapillares Saugen von unten durch die Beanspruchungsfläche 1a in den Probekörper 1 ein dringen. Die Prüfflüssigkeit penetriert daher den Probe körper bereits vor dessen Frost-Tau-Wechselbelastung gleich mäßig bis zu einem definierten Sättigungsgrad.The side surfaces of the test specimen 1 are sealed in the embodiment shown in the drawing by an essentially weather-resistant coating 5. This ensures that the test liquid 3 can penetrate into the test specimen only through bottom-side, but not through lateral solid pores. The test liquid can therefore only penetrate by capillary suction from below through the stress area 1 a in the test specimen 1 . The test liquid therefore penetrates the test specimen evenly up to a defined degree of saturation even before it is subjected to alternating freeze-thaw loads.
Die Temperaturzu- und -abfuhr erfolgt bei dem hier beschriebenen Beispiel über ein geregeltes Temperierbad 7, in das alle Probenbehälter 2 soweit eingetaucht sind, daß ein guter und gleichmäßiger thermischer Kontakt zwischen Temperierbad 7 und Prüfflüssigkeit 3 hergestellt ist. Die Eintauchtiefe der Behälter 2 in das Temperierbad kann mit Hilfe von höherverstellbaren Halterungen 8 variiert werden. In the example described here, the temperature is supplied and removed via a controlled temperature bath 7 , into which all sample containers 2 are immersed to such an extent that good and uniform thermal contact is established between the temperature bath 7 and the test liquid 3 . The immersion depth of the container 2 in the temperature bath can be varied with the aid of higher-adjustable brackets 8 .
Die Einzelheiten zur Temperaturregelung des Temperierbades 7 sowie zur Bewegung und Umwälzung der Temperierbadflüssigkeit sind in der Zeichnung nicht dargestellt und für das erfin dungsgemäße Verfahren auch ohne Bedeutung.The details of the temperature control of the temperature bath 7 and the movement and circulation of the bath liquid are not shown in the drawing and are also of no importance for the method according to the invention.
Die Erfindung befaßt sich mit einer vorteilhaften Ergän zung der bekannten Verfahren zur Prüfung des Frost-Tau- und Frost-Tausalz-Widerstandes. Diese Ergänzung besteht darin, daß während der Simulation eines Frost-Tau-Wechsels im Prüf raum Keime zur heterogenen Nukleation wirksam gemacht wer den, um einer Unterkühlung des zu prüfenden Festkörpers 1 bzw. des Prüfmediums oder des in den Festkörper eingedrun genen Porenwassers entgegenzuwirken.The invention relates to an advantageous addition of the known methods for testing the frost-thaw and frost-thaw salt resistance. This addition is that during the simulation of a freeze-thaw cycle in the test room, germs for heterogeneous nucleation are made effective to counteract hypothermia of the solid to be tested 1 or the test medium or the pore water penetrated into the solid.
Die Nukleationskeime können an den in der Zeichnung mit M, O und/oder P gekennzeichneten Stelle wirksam gemacht wer den. Mit M ist eine Anreicherung des flüssigen Prüfmediums 3 mit zur Bildung der Nukleationskeime geeignetem Material definiert. O kennzeichnet einen Auftrag bzw. eine Schicht eines zur Bildung der Nukleationskeime geeigneten Materials auf einer Oberfläche des Probenbehälters 2. Mit P ist eine Belegung der Beanspruchungsfläche 1a des Probekörpers 1 mit Keimen zur heterogenen Nukleation gekennzeichnet. Die drei Applikationsformen M, O, P der Nukleationskeime können alternativ oder gemeinsam verwendet werden. Die Applika tionsform M (Anreicherung des Prüfmediums) wird bei Prüf flüssigkeiten bevorzugt verwendet. Die Applikationsform P (d. h. das Aufbringen keimbildenden Materials auf die Frost angriffsfläche 1a des zu prüfenden Festkörpers 1) ist bei gasförmigen Prüfmedien, insbesondere Luft bevorzugt. Zusätz lich oder alternativ können die Nukleationskeime auch über eine Prüfbehälterfläche wirksam gemacht werden. Auch diese Ausführungsform wird vorzugsweise bei Prüfverfahren mit flüssigen Prüfmedien angewandt.The nucleation nuclei can be made effective at the location marked with M, O and / or P in the drawing. M defines an enrichment of the liquid test medium 3 with material suitable for forming the nucleation nuclei. O denotes an application or a layer of a material suitable for forming the nucleation nuclei on a surface of the sample container 2 . P is used to mark the area 1 a of the test specimen 1 with germs for heterogeneous nucleation. The three application forms M, O, P of the nucleation nuclei can be used alternatively or together. Application form M (enrichment of the test medium) is preferred for test liquids. The form of application P (ie, the application of the nucleating material to the frost attack surface 1 a of the to be tested solid 1) is in gaseous test media, particularly preferably air. Additionally or alternatively, the nucleation nuclei can also be made effective via a test container surface. This embodiment is also preferably used in test methods with liquid test media.
Alle Applikationsformen von Nukleationskeimen wirken der Unterkühlung des zu prüfenden Festkörpers bzw. des in diesen eingedrungenen Porenwassers entgegen und sorgen damit für eine praxiskonforme Simulation der Umweltbelastung des zu prüfenden Festkörpers. Das Ergebnis ist eine höhere Genauig keit und bessere Zuverlässigkeit des Prüfergebnisses.All forms of application of nucleation germs act Hypothermia of the solid to be tested or in it penetrated pore water and thus ensure a practical simulation of the environmental impact of the testing solid. The result is a higher accuracy speed and better reliability of the test result.
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| DE1999148882 Withdrawn DE19948882A1 (en) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | Testing freeze-thaw resistance of solid bodies, e.g. building materials, comprises effectively heterogeneously nucleating seeds before and/or after simulation of freeze-thaw exchange |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19948882A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101144807B (en) * | 2007-10-26 | 2010-08-25 | 中南大学 | Concrete salt-resistant solution physical crystal erosion destruction performance test device |
| CN108709980A (en) * | 2018-07-03 | 2018-10-26 | 三峡大学 | A kind of determination method of fast freeze-thaw cycle and natural Frozen-thawed cycled relationship in concrete room |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19626111C1 (en) * | 1996-06-28 | 1997-10-02 | Max Prof Dr Rer Nat Dr Setzer | Freezing and defrosting resistance testing method for sample slab |
| DE3928130C2 (en) * | 1989-08-25 | 1998-01-08 | Max Prof Dr Rer Nat Dr Setzer | Method and arrangement for testing the frost-thaw resistance and / or the frost-thaw salt resistance of a solid |
-
1999
- 1999-10-08 DE DE1999148882 patent/DE19948882A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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