SE453332B - Forfarande och anordning for bestemning av strukturbildningskinetiken och adhesionsegenskaperna hos bindemedel - Google Patents

Description

-L-Jgåïfaj 453 332 2 Möjligheten att åstadkomma en kontinuerlig bild av adhesions- egenskaperna (adhesionskraftsändringen) är av särskild betydelse vid användning av snabbhärdande ämnen för eliminering av komplika- tioner vid borrning och utförande av cementerings- eller pluggnings- arbeten.

En känd anordning för bestämning av strukturbildningskinetiken för bindemedel innefattar en växelspänningsgenerator, som genom ett förbindelsesystem är kopplad till en kyvett och en registreringsanord- ning. Förbindelsesystemet innefattar en solenoid, som är avsedd att bringa den i strängar upphängda kyvetten med en provkropp av binde- medel att utföra svängningar, och en mottagare av induktionstyp för mottagande av kyvettens svängningar. Registreringsanordningen utgö- res av en oscillograf, som är avsedd att registrera kyvettens sväng- ningsamplitud. I beroende av svängningsamplitudens ändring bestäm- mes resonansfrekvensen hos kyvetten med provkroppen av bindemedel, vilken resonansfrekvens karakteriserar strukturbildningskinetiken (jämför exempelvis det sovjetryska uppfinnarcertifikatet 280 962).

Med denna kända anordning kan man emellertid icke erhålla en konti- nuerlig bild av strukturändringen, eftersom registreringen av varje värde pä resonansfrekvensen tar minst HO-50 s i anspråk, varför den- na kända anordning icke kan användas för bestämning av struktur- bildningskinetiken för snabbhärdande blandningar av bindemedel. na anordnings bestämnings- eller mätfel är i hög grad beroende av yttre faktorer, exempelvis vibration, tryck, temperatur, etc., vil- ket omöjliggör undersökning av hur dessa faktorer inverkar på struk- Den- turbildningen.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för bestämning av struktur- bildningskinetiken för bindemedel vid strukturformningen i s.k. V konstgjord sten, varvid man inverkar på bindemedlet och mäter dess parametrar på ett sådant sätt, att förfarandet och anordningen kan användas för kontinuerlig och förhållandevis snabb bestämning av strukturbildningskinetiken för snabbhärdande bindemedel.

Detta syfte uppnås medelst ett förfarande för bestäm- ning av strukturbildningskinetiken och adhesionsegenskaperna hos bindemedel, vid vilket förfarande man utifrån inverkar pà framställt alster genom att mata registrera alstrets ett av bindemedlet ifråga en elektrisk spänning till alstret och elektriska ledningsförmága under dess strukturbildning. Detta att en elektrisk pàlägger förfarande kännetecknas av man 57:: . _..._.... _ _.. .._-. a 453 532 växelspänning om högst 50 mV, varvid växelspänningens frekvens är 5-30 kHz, och att den elektriska ledningsförmàgan mätes i två zoner av alstret av bindemedel, nämligen dels i själva bindemedelskroppen och dels vid gränsytan mellan bindemedlet och en fast kropp, varvid man i beroende av ledningsförmàge- skillnaden mellan de båda zonerna bestämmer adhesionskraften vid den fasta kroppen.

Förfarandet enligt uppfinningen kan genomföras medelst en anordning som innefattar en växelspänningsgenerator, som genom ett förbindelsesystem är kopplad till ett alster av bindemedel i och för att kunna inverka på alstret och till en mätanordning, som är avsedd att registrera (avkänna) alstrets reaktion eller svar på nämnda inverkan, varvid för- bindelsesystemet, enligt uppfinningen, innefattar två elekt- riska ledningsförmágegivare, vilka är avsedda att anbringas i alstret på sådant sätt att den ena blir belägen vid gränsytan mellan alstret och en fast kropp och den andra blir belägen inuti själva bindemedelskroppen, varvid båda givarna är kopplade till växelspänningsgeneratorn samt till mätaren för registrering av alstrets svar på generatorns inverkan via en seriekrets, vilken består av en induktiv differentialbrygga, en spänningsförstärkare och en fasdetektor.

Förfarandet och anordningen enligt uppfinningen gör det möjligt att bestämma och undersöka strukturbildningskinetiken samt adhe- sionsegenskaperna hos under härdning varande konststen under alla skeden med början från bindemedlets uppblandning fram till slutste- get för hållfasthetsökningen, såväl på separata provföremål som i färdiga alster utan destruering av dessa. Uppfinningen gör det vidare möjligt att processtekniskt kontrollera snabbhärdande binde- medel vid konststens strukturformning samt att kontrollera bindemed- lens strukturbildning vid cementering eller pluggning av borrhål vid borrning, direkt i borrhålet.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 visar en kurva över strukturbild- ningskinetiken för cementsten, vilken kurva konstruerats genom regi- strering av den elektriska ledningsförmågan som funktion av tiden 453 332 vid cementstenens formning, fig. 2 visar kurvor som representerar H. sambandet mellan ledningsförmâgan och strukturformningstiden för cementstenen i stenkroppen och vid gränsytan mellan alstret av binde- medel (cementstenen) och s.k. listvenit resp. sandsten, fig. 3 gra- fiskt visar sambandet mellan skillnaden i ledníngsförmåga i sten- kroppen och vid en gränsyta mellan bindemedlet och en kropp i fast fas och adhesionskraften vid denna kropp i fast fas, fig. U visar ett blockschema över en anordning för bestämning av strukturbildnings- kinetiken, fig. 5 visar hur ledningsförmågegivarna anbringas i ett alster av bindemedel och vid gränsytan mellan alstret av bindemedel och en fast kropp, och fig. 6 visar ett blockschema över en anord- ning för bestämning av adhesionskraften.

Vid uppblandningen och härdningen genomgår bindemedlets till- stånd successivt några få skeden, vilka vart och ett karakteriseras av bestämda fysikaliska och mekaniska egenskaper. Bindemedlets struktur ändras på motsvarande sätt allteftersom bindemedlet från sitt halvvätskeformiga tillstånd överföres till formad, konstgjord sten. Mot varje tillstånd svarar ett bestämt värde på den elektriska ledningsförmågan, eftersom man övergår från en s.k. ledare av andra slaget, dvs. vätska, till en ledare bestående av fast kropp. Efter avslutad härdning blir flertalet konstgjorda stenar dåliga ledare eller t.o.m. isolatorer. Genom registrering av karaktären av led- ningsförmågans ändring under den konstgjorda stenens formning kan man i beroende av ledningsförmâgans ändring observera strukturbild- ningsförloppet och tämligen klart utskilja olika skeden av konst- stenens formning. Ledningsförmågemätningen kräver att man i den blivande stenkroppen inför elektroder, till vilka man vid förfarandet enligt uppfinningen för bestämning av strukturbildningskinetiken matar en växelspänning, vars frekvens måste vara tämligen hög för att till ett minimum nedbringa ett mätfel, som uppkommer vid led- ningsförmågomütningon på grund av kapacitanßcn hos ett dubbelskikt, vilket bildas kring elektroden, när denna nedsänkes i en lösning av det uppblandade bindemedlet. Samtidigt skall växelspänningens frek- vens vara lägre än frekvensen hos molekylära och s.k. komplexa för- lopp, vilka fortgår i bindemedlet under konststenens strukturform- ning. För att uppfylla dessa krav måste växelspänningens frekvens ligga mellan 5 kHz och 20-30 kHz. De genomförda försöken har visat, att ca 1D kHz är den mest lämpliga frekvensen. Den spänning, som medelst elektroderna pålägges över ett provföremäl eller ett alster, 5 453 332 får icke överstiga 30-50 mV, eftersom det i annat fall alstras stör- signaler härrörande från elektrolys, varvid ledningsförmågans änd- ringsbild förvränges väsentligt. Störsignaler från dubbelskiktet och relaxation hos de molekylära och s.k. komplexa förloppen kan avsevärt minskas genom mätning av enbart ledningsförmâgans aktiva (resistiva) komposant, vilket kan göras vid genomförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

I fig. 1 visas ett exempel på undersökning av strukturbildnings- kinetiken för en snabbhärdande cementblandning. Längs abskissan och ordinatan är tiden T' i min respektive den elektriska ledningsförmå- gandß i S Kurvan är klockformad och dess uppâtgående avsnitt (skede I) karakteriserar ledningsförmågans ökning vid bindemedlets upplösning cm 1 avsatta. (hydratisering).

Den punkt där kurvans branthet ändras tvärt anger hydratise- ringsskedets I slut.

Ledningsförmågeökningen upphör därefter, och kurvan bildar en platå med relativt plan form. Platån representerar strukturbild- ningens skede eller steg II, dvs. dess koaguleringsskede. nedåtgående avsnitt visar att ledningsförmâgan sedan sjunker tvärt.

Kurvans Det avsnitt av kurvan, som sträcker sig åt höger från platån ned till en inflektionspunkt, representerar strukturbildningens steg III, dvs. dess kondenserings- och stelningssteg.

Efter inflektionspunkten blir kurvan plan, varvid ledningsför- mågan i fortsättningen sjunker mycket obetydligt eller förblir konstant. Detta avsnitt av kurvan representerar strukturbildningens skede IV, dvs. dess slutskede.

Från kinetisk synpunkt kan man dra följande slutsatser. skedet I är upplösningsförloppen dominerande, vilket bekräftas av Allteftersom hydratiseringsgraden ändras, Vid det första skedets slut bil- Under ledningsförmågans ökning. ändras hydratiseringshastigheten. das en tredimensionell koaguleringsstrukturstomme.

Skede II. Den elektriska ledningsförmågans ökning upphör tvärt. Under skedet II är utvecklingen av cementmassans koagule- ríngsstruktur dominerande.

Skede III. Under detta skede bildas en tredimensionell konden- serings- och stelningsstrukturstomme, varjämte strukturbildningsför- loppet fortgår intensivt. Koaguleringskontakter överföres till stel- ningskontakter. Ledningsförmågan minskas tvärt på grund aven minsk- 453 332 6 ning av koncentrationen av fria joner, vilka förenas till kristallina föreningar i hydratform.

Skede IV. Under detta skede observeras den huvudsakliga ök- ningen av hållfastheten.

Adhesionen eller vidhäftningen av bindemedlen vid den fasta kroppen är intimt förknippad med strukturbildningen vid gränsytan mellan bindemedlet och den fasta kroppen. Genom mätning av den elekt- riska ledningsförmâgan kan man uppskatta strukturbildningen, under ' det att man genom avkänning av skillnaden mellan de strukturbild- ningsförlopp, som fortgår vid gränsytan mellan bindemedlet och den fasta kroppen och i bindemedelskroppen, kan uppskatta vidhäftnings- kraften mellan det undersökta bindemedlet och den fasta kroppen.

Genom att parallellt registrera ledningsförmågans ändring i bindeme- delskroppen och vid gränsytan mellan bindemedlet och den fasta kroppen kan man alltså uppskatta adhesionskraften mellan bindemedlet och den fasta kroppen. Man måste härvid anbringa ett ytterligare par av elektroder vid gränsytan mellan bindemedlet och den fasta kroppen och registrera ledningsförmågans ändring på samma sätt som vid mätning av strukturbildningskinetiken.

I fig. 2 visas tre kurvor, vilka representerar ledningsförmå- gans ändring under formningen av en cementsten, sornär i kontakt med listvenit och sandsten, varvid kurvan 1 representerar lednings- förmågans ändring vid gränsytan mellan cementstenen och listvenit, kurvan 2 representerar ledningsförmågans ändring i bindemedelskrop- pen långt borta från gränsytorna mellan bindemedlet och listvenit respektive mellan bindemedlet och sandsten, och kurvan 3 represente- rar ledningsförmågans ändring vid gränsytan mellan bindemedlet och sandsten. Längs abskissan och ordinatan är tider1 T'i.min respekti- ve ledningsförmågan àß i S - Cm-l avsatta.

Korrelationen mellan ledningsförmâgeskillnaden och adhesions- kraften bestämmes genom försök och måste göras för varje slag av bin- demedel individuellt, varefter man kan konstruera tabeller eller grafiska kurvor för bestämning av adhesionskraften för den aktuella typen av bindemedel.

En dylik kurva visas i fig. 3. Längs abskissan är produkten av ledningsförmågeskillnaden och processtiden med början från tid- punkten för bindemedlets uppblandning, dvs.¿3 df t 10-3 S - cm_1 respektive tiden T: i min avsatta. Längs ordinatan är adhesionskraf- S: ten A i p/cm2 avsatt. 453 332 7 Anordningen för mätning av strukturbildningskinetiken för bin- demedel innefattar en växelspänningsgenerator 1 (fig. H) och en elektrisk ledningsförmågegivare 2, som är avsedd att anbringas i ett alster 3 av bindemedel och är kopplad till generatorn 1 och en mätare 4, vilken är avsedd att registrera (avkänna) alstrets 5 svar på generatorns 1 inverkan.

Givaren 2 är kopplad till mätaren H genom en seriekrets, som består av en induktiv differentialbrygga 5, en spänningsförstärkare 6 och en fasdetektor 7. Generatorns 1 andra utgång är kopplad till fasdetektorns 7 ingång.

Den induktiva differentialbryggan 5 är avsedd att omvandla led- ningsförmågeändringar till en växelspänningssignal, som är proportio- nell mot den totala elektriska ledningsförmågan (admittansen).

Växelspänningsförstärkaren 6 är avsedd att förstärka denna signal till en amplitud som är bekväm att registrera, medan fasdetektorn 7 är avsedd att omvandla den mot ledningsförmågan proportionella växel- spänningen till en likspänning, som är proportionell not ledningsför- mågans aktiva (resistiva) komposant.

Ledningsförmågegivaren utgöres av ett par av elektroder av cy- llinder- eller plåttyp med en yta av 0,1-0,3 cm3 framställda av mäs- sing, rostfritt stål, e.dyl. Elektroderna är fästade på ett avstånd av 2-3 mm från varandra på en icke visad isolator med till elektro- derna kopplade anslutningsledare.

Anordningen för bestämning av adhesionsegenskaperna liknar huvudsakligen den ovan beskrivna anordningen för bestämning av struk- turbildningskinetiken och innefattar en andra elektrisk ledningsför- mågegivare 8 (fig. 5), som är avsedd att anbringas vid gränsytan mel- lan alstret 3 av bindemedel och en fast kropp 9 och är kopplad till den induktiva differentialbryggan 5 (fig. 6) och växelspänningsgene- ratorn 1 på samma sätt som givaren 2 (fig. H) är kopplad till dessa komponenter. Ledningsförmågan vid gränsytan avkännes medelst regi- streringsanordningen Ä (fig. 6).

Kurvorna över ledningsförmågan hos alstret_3 (fig. 5) av bin- demedel samt över ledningsförmågan vid gränsytan mellan alstret 5 och den fasta kroppen 9 kan registreras samtidigt genom användning av en icke visad dubbelkanalig registreringsanordning med kommute- wringsanordning. Förstärkaren 6, differentialbryggan 5, generatorn 1 och fasdetektorn 7 i anordningen enligt uppfinningen kan ha god- \ tycklig, känd, lämplig konstruktion. šš få 453 332 8 Anordningen enligt uppfinningen fungerar på följande sätt.

För att kunna bestämma strukturbildningskinetiken och adhe- sionsegenskaperna kopplas anordningen till givaren 2 (om kinetiken skall undersökas) eller till de båda givarna 2 och 8 (om adhesions- egenskaperna skall bestämmas), vilket åstadkommes medelst en standar- diserad dubbelkanalig registreringsanordning med kommuteringsanord- Innan bindemedlet uppblandas, överföres hela anordningen till Man in- ning. arbetstillstånd genom applicering av matningsspänningen. kopplar därefter registreringsanordningen Å och nedsänker lednings- förmågegivaren 2 i ett av bindemedlet framställt alster 3. Ifall adhesionsegenskaperna skall bestämmas, anbringas ledningsförmågegi- varen 8 i närheten av gränsytan mellan alstret 3 av bindemedel och den fasta kroppen 9 på ett avstånd av 0,1-1 mm från kroppens 9 yta.

Givarna 2 och 8 nedsänkes förhållandevis snabbt, speciellt när man undersöker strukturbildningskinetiken för snabbhärdande bindemedel, för att man skall kunna hinna registrera den under det första skedet fortgående hydratiseringen.

En växelströmssignal, som är proportionell mot ledningsförmågan hos alstret 3 av bindemedel, går via en krets, vilken består av växelspänningsgeneratorn 1, givaren 2 (eller givarna 2 och 8), som säkerställer strömpassage genom alstret 3 och den induktiva differen- tialbryggan 5, där växelströmssignalen omvandlas till en mot led- ningsförmågan proportionell växelspänningssignal. Denna signal förstärkes av förstärkaren 6 till en amplitud, som är bekväm att registrera, och detekteras av fasdetektorn 7, vilken utskiljer signa- lens aktiva komposant och omvandlar denna till en likspänning, som är bekväm att mata till registreringsanordningen H. Förloppet re- gistreras tills kurvan blir plan, varefter anordningen urkopplas.

Claims (2)

453 332 9 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för bestämning av strukturbildningskinetiken och adhesionsegenskaperna hos bindemedel, vid vilket förfarande man utifrån inverkar på ett av bindemedlet i fråga framställt alster (3) genom att mata en elektrisk spänning till alstret och registrera alstrets elektriska ledningsförmàga under dess strukturbildning, k ä n n e t e c k n a t a v att man påläg- ger en elektrisk växelspänning om högst 50 mV, varvid växel- spänningens frekvens är 5-30 kHz, och att den elektriska led- ningsförmàgan mätes i två zoner av alstret (3) av bindemedel, nämligen dels i själva bindemedelskroppen och dels vid gräns- ytan mellan bindemedlet och en fast kropp (9), varvid man i beroende av ledningsförmågeskillnaden mellan de båda zonerna bestämmer adhesionskraften vid den fasta kroppen (9).

2. Anordning för genomförande av förfarandet enligt pa- tentkravet 1, vilken innefattar en växelspänningsgenerator (1), som genom ett förbindelsesystem är kopplad till ett alster (3) av bindemedel i och för att inverka på alstret (3) samt till en mätare (4), som är avsedd att registrera alstrets (3) svar på denna inverkan, k ä n n e t e c k n a d a v att förbindel- sesystemet innefattar två elektriska ledningsförmågegivare (2, 8), vilka är avsedda att anbringas i alstret (3) på sådant sätt att den ena blir belägen vid gränsytan mellan alstret (3) och en fast kropp (9) och den andra blir belägen inuti själva bindemedelskroppen, varvid båda givarna (2, 8) är kopplade till växelspänningsgeneratorn (1) samt till mätaren (4) för regist- rering av alstrets (3) svar på generatorns (1) inverkan via en seriekrets, vilken består av en induktiv differentialbrygga (5), en spänningsförstärkare (6) Och en fasdetektor (7).