NL1004915C2 - Device and method for measuring the quality of concrete. - Google Patents

Description

G PEM/MvZ/Kema39 NL 1004915G PEM / MvZ / Kema39 NL 1004915

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET HETEN VAN DE KWALITEIT VAN BETONDEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE QUALITY OF CONCRETE

55

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het meten van de kwaliteit van poreus materiaal, bijvoorbeeld beton.The present invention relates to a method for measuring the quality of porous material, for example concrete.

Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend.Such a method is generally known.

5 Bij deze bekende werkwijze wordt een cilinder uit het te onderzoeken lichaam geboord, waarna deze cilinder in een laboratorium wordt onderzocht. Aldus is sprake van destructief onderzoek.In this known method, a cylinder is drilled out of the body to be examined, after which this cylinder is examined in a laboratory. Thus there is talk of destructive research.

Verder is er een ISAT-onderzoek bekend, waarbij 10 de kwaliteit van het beton, in het bijzonder de permeabiliteit daarvan, wordt bepaald door de hoeveelheid water die wordt opgezogen door het beton. Dit betreft echter een onnauwkeurige werkwijze.Furthermore, an ISAT study is known, in which the quality of the concrete, in particular its permeability, is determined by the amount of water sucked up by the concrete. However, this is an inaccurate method.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het 15 verschaffen van een dergelijke werkwijze voor het onderzoeken van de kwaliteit van beton die enerzijds niet destructief is en die anderzijds voldoende nauwkeurig is. Hierbij wordt er op gewezen dat het bepalen van de permeabiliteit van beton van grote economische waarde is. In 20 het bijzonder bij bestaande bouwwerken geeft de kwaliteit, in het bijzonder de permeabiliteit van beton een aanwijzing omtrent de nog resterende levensduur van het beton, en kan deze tevens worden gebruikt als indicatie voor eventuele restauratieve werkzaamheden.The object of the present invention is to provide such a method for examining the quality of concrete which is on the one hand non-destructive and which on the other hand is sufficiently accurate. It is pointed out here that determining the permeability of concrete is of great economic value. In particular with existing buildings, the quality, in particular the permeability of concrete, gives an indication of the remaining life of the concrete, and can also be used as an indication for any restorative work.

25 Aldus verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het meten van de kwaliteit van poreus materiaal, bijvoorbeeld beton, gekenmerkt door de volgende stappen: - het vaststellen van de verdeling van reeds in 30 het van poreus materiaal vervaardigde lichaam aanwezig water; - het vervolgens met water in contact brengen van het lichaam; en 1004915 2 - het vervolgens vaststellen van de migratie in het poruze materiaal.Thus, the present invention provides a method for measuring the quality of porous material, for example concrete, characterized by the following steps: - determining the distribution of water already present in the body made of porous material; - subsequently bringing the body into contact with water; and 1004915-2 - subsequently detecting the migration in the porous material.

Als gevolg van deze maatregelen is het mogelijk de migratie van het water in het beton precies vast te 5 stellen, waarbij aan de hand van de aldus verkregen informatie uitspraken kunnen worden gedaan omtrent de permeabiliteit van het beton, waarna de resterende levensduur van het beton kan worden afgeschat, evenals de eventuele te nemen restauratieve maatregelen, zoals het 10 opnieuw aanbrengen van een buitenlaag, het aanbrengen van een verflaag of het injecteren met kunststoffen.As a result of these measures, it is possible to determine the migration of the water in the concrete precisely, based on the information thus obtained, statements can be made about the permeability of the concrete, after which the remaining life of the concrete can be as well as any restorative measures to be taken, such as reapplying an outer coat, applying a coat of paint or injecting with plastics.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het meten van de kwaliteit van poreus materiaal, bijvoorbeeld beton, gekenmerkt door 15 een NMR-inrichting voor het meten van de concentratie en de verdeling van waterstofatomen in een van dat poreuze materiaal, bijvoorbeeld beton vervaardigd lichaam door middel kernspinresonantie en door middelen voor het met water in contact brengen van het van dat poreuze materi-20 aal, bijvoorbeeld beton, vervaardigd lichaam.The present invention also relates to a device for measuring the quality of porous material, for example concrete, characterized by an NMR device for measuring the concentration and distribution of hydrogen atoms in one of that porous material, for example concrete manufactured body by means of nuclear magnetic resonance and by means for contacting the body made of said porous material, for instance concrete, with water.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van bijgaande figuren, waarin voorstellen: figuur l: een schematisch, doorsnede-aanzicht 25 van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding die gebruikt wordt bij het uitvoeren van een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding; en figuur 2: een grafiek ter verduidelijking van de werking van de inrichting volgens de onderhavige 30 uitvinding.The present invention will be elucidated hereinbelow with reference to the annexed figures, in which: figure 1 shows a schematic cross-sectional view of an apparatus according to the present invention which is used in carrying out a method according to the present invention; and Figure 2: a graph for explaining the operation of the device according to the present invention.

In figuur 1 is een betonnen lichaam 1 getoond, dat aan één zijde wordt begrensd door een aan de lucht grenzende vlakke wand 2. Zoals gesteld is, verandert gedurende de levensduur van beton de permeabiliteit 35 daarvan; naarmate beton ouder wordt, neemt de permeabiliteit voor water toe. Om deze permeabiliteit te meten, wordt gebruik gemaakt van een werkwijze voor het meten van de permeabiliteit die gevormd wordt door een vat 3 1004915 3 dat met water wordt gevuld. Het vat 3 is aan één zijde geopend, met welke zijde het tegen de wand 2 van het te onderzoeken lichaam 1 aan wordt geplaatst. Aan de tegenoverliggende zijde van het vat 3 is een NMR-apparaat 4 5 geplaatst. Hierbij wordt er op gewezen dat dit slechts de opneemkop van een NMR-apparaat betreft; het is zeer wel mogelijk dat de exitatiespoelen van een NMR-apparaat zich elders ten opzichte van het te onderzoeken lichaam l bevinden. Door middel van een toevoerleiding 5, die het 10 vat 3 verbindt met een voorraadvat 6, wordt water in het vat 3 gevoerd. Volgens een uitvoeringsvorm kan gebruik gemaakt worden van een pomp voor het handhaven van een druk binnen het vat 3. Het is tevens mogelijk gebruik te maken van hydraustatische druk.In figure 1 a concrete body 1 is shown, which is bounded on one side by an air-adjacent flat wall 2. As stated, the permeability thereof changes during the life of concrete; as concrete ages, water permeability increases. To measure this permeability, a method of measuring the permeability formed by a vessel 3 1004915 3 which is filled with water is used. The vessel 3 is open on one side, with which side it is placed against the wall 2 of the body 1 to be examined. An NMR device 45 is placed on the opposite side of the vessel 3. It is pointed out here that this only concerns the recording head of an NMR device; it is quite possible that the exit coils of an NMR device are located elsewhere relative to the body 1 to be examined. Water is introduced into the vessel 3 by means of a supply line 5, which connects the vessel 3 to a storage vessel 6. According to an embodiment, use can be made of a pump for maintaining a pressure within the vessel 3. It is also possible to use hydraulic static pressure.

15 Bij het uitvoeren van de werkwijze wordt als volgt te werk gegaan.15 The procedure is as follows.

De hierboven beschreven inrichting wordt met de geopende zijde van het vat 3 tegen de wand 2 van het te onderzoeken lichaam 1 geplaatst. Het te onderzoeken 20 lichaam 2 kan worden gevormd door een betonnen bouwwerk, bijvoorbeeld een viaduct, een brug, een constructief deel van een elektriciteitscentrale of een andere betonnen constructie. Vervolgens wordt op het tijdstip t0 via het voorraadvat 6 water toegevoerd aan het vat 3, waarna het 25 water begint binnen te treden in het beton. De snelheid, waarmee dit binnentredingsproces zich afspeelt, is uiteraard afhankelijk van de permeabiliteit van het beton. Hierbij wordt er op gewezen dat normaliter reeds een zekere hoeveelheid water in het beton aanwezig is. Dit 30 water zal leiden tot een NMR-signaal S0.The device described above is placed with the opened side of the vessel 3 against the wall 2 of the body 1 to be examined. The body 2 to be examined can be formed by a concrete structure, for instance a viaduct, a bridge, a structural part of a power plant or another concrete structure. Subsequently, at the time t0, water is supplied via the storage vessel 6 to the vessel 3, after which the water starts to enter the concrete. The speed at which this entry process takes place naturally depends on the permeability of the concrete. It is pointed out here that normally a certain amount of water is already present in the concrete. This water will lead to an NMR signal S0.

Deze hoeveelheid water wordt enerzijds gevormd door het zogenaamde kristalwater van het beton, terwijl het verder niet noodzakelijk, doch zeer waarschijnlijk is dat als gevolg van de normale luchtvochtigheid "vrij" 35 water in het beton aanwezig is.On the one hand, this amount of water is formed by the so-called crystal water of the concrete, while it is furthermore not necessary, but it is very likely that "free" water is present in the concrete as a result of the normal air humidity.

Voor het meten van de waterconcentratie in een volume 7 dat zich op enige afstand van het oppervlak bevindt, wordt, zoals reeds gesteld is, gebruik gemaakt 1004915 4 van een NMR-apparaat. Een dergelijk apparaat is op zich bekend, bijvoorbeeld voor medische toepassingen. Daarbij wordt een dergelijk apparaat gebruikt voor het lokaliseren van onregelmatigheden in een te onderzoeken levend 5 lichaam.As already stated, an NMR device is used to measure the water concentration in a volume 7 which is some distance from the surface. Such a device is known per se, for example for medical applications. In addition, such an apparatus is used for locating irregularities in a living body to be examined.

Bij de onderhavige toepassing wordt een dergelijk NMR-apparaat gebruikt voor het bepalen van de dichtheid van water, gedifferentieerd naar plaats en tijd in het beton.In the present application, such an NMR device is used to determine the density of water, differentiated by place and time in the concrete.

10 Ter verduidelijking is in figuur 2 het signaal van een NMR-inrichting weergegeven op een bepaalde plaats in het beton als een functie van de tijd. Op het tij stip tx is een toename van het signaal zichtbaar als gevolg van de aankomste van enig, aan het volume 7 toegevoerde 15 water. Op het tijdstip tx worden de stijging van het signaal en de vorm van de curve gebruikt voor het schatten van de kwaliteit van het beton. Hierbij wordt er op gewezen dat door middel van een NMR-apparaat een constant magneetveld wordt aangelegd, waarop een in tijd en plaats 20 variërend secundair magneetveld wordt gesuperponeerd. De H-atomen, die door de bovengenoemde magneetveldconfigura-tie worden beïnvloed, geven hierop een zekere reaktie, welke reaktie door middel van detectiespoelen meetbaar is. Door middel van het doen variëren van de afstand 25 tussen de NMR-paden en het oppervlak van een proefstuk, is het mogelijk bepaalde stukken van het betonnen lichaam "af te zoeken". Aldus is het mogelijk een afbeelding te krijgen van de concentratie van H-atomen, en aldus van H20-moleculen als functie van de diepte, de laterale 30 coördinaten en de tijd.For clarification, Figure 2 shows the signal from an NMR device at a specific location in the concrete as a function of time. At the time tx an increase in the signal is visible as a result of the arrival of some water supplied to volume 7. At time tx, the signal rise and curve shape are used to estimate the quality of the concrete. It is pointed out here that a constant magnetic field is applied by means of an NMR device, on which a secondary magnetic field varying in time and place is superimposed. The H atoms, which are influenced by the above magnetic field configuration, give a certain reaction to this, which reaction is measurable by means of detection coils. By varying the distance between the NMR paths and the surface of a test piece, it is possible to "search" certain pieces of the concrete body. Thus, it is possible to get a picture of the concentration of H atoms, and thus of H20 molecules as a function of depth, lateral coordinates and time.

Aldus maakt de onderhavige uitvinding het mogelijk dat een driedimensionaal beeld in de tijd verkregen wordt van de migratie van het water; hiermee kan een beeld gevormd worden van de permeabiliteit van het 35 beton, waarna conclusies kunnen worden getrokken met betrekking tot de kwaliteit van het beton.Thus, the present invention allows a three-dimensional image over time to be obtained of the migration of the water; this allows an image to be formed of the permeability of the concrete, after which conclusions can be drawn with regard to the quality of the concrete.

1004915 51004915 5

Het zal duidelijk zijn dat behalve voor beton de onderhavige uitvinding tevens van toepassing is op andere, poreuze en permeabele materialen.It will be clear that, in addition to concrete, the present invention also applies to other, porous and permeable materials.

Verder wordt er op gewezen dat het bevochtigen 5 van een deel van het oppervlak ook op andere manieren zouden kunnen plaatsvinden.It is further pointed out that the moistening of a part of the surface could also take place in other ways.

10049151004915

Claims (6)

1. Werkwijze voor het meten van de kwaliteit van poreus materiaal, bijvoorbeeld beton, gekenmerkt door de volgende stappen: - het vaststellen van de verdeling van reeds in 5 het van poreus materiaal vervaardigde lichaam aanwezig water,· - het vervolgens met water in contact brengen van het lichaam,· en - het vervolgens vaststellen van de migratie in 10 het poruze materiaal.Method for measuring the quality of porous material, for example concrete, characterized by the following steps: - determining the distribution of water already present in the body made of porous material, · - subsequently contacting it with water of the body, and then determining the migration in the porous material. 2. Werkwijze volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de vaststelling van de verdeling van water plaatsvindt door middel van plaatsbepaling van waterstof met behulp van kernspinresonantie.2. A method according to claim 1, characterized in that the determination of the distribution of water takes place by means of determination of hydrogen by means of nuclear magnetic resonance. 3. Inrichting voor het meten van de kwaliteit van poreus materiaal, bijvoorbeeld beton, gekenmerkt door een NMR-inrichting voor het meten van de verdeling van waterstofatomen in een van dat poreuze materiaal vervaardigd lichaam door middel van kernspinresonantie en door 20 middelen voor het met water in contact brengen van het van dat poreuze materiaal vervaardigd lichaam.3. Device for measuring the quality of porous material, for example concrete, characterized by an NMR device for measuring the distribution of hydrogen atoms in a body made of that porous material by means of nuclear magnetic resonance and by means for using water contacting the body made of that porous material. 4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de inrichting voor het toevoeren van water aan het van het poreuze materiaal vervaardigd lichaam een 25 vat omvat waarvan tenminste een zijde geopend is en ingericht is om in contact te worden gebracht met een vlak van het lichaam.4. Device as claimed in claim 3, characterized in that the device for supplying water to the body made of the porous material comprises a vessel, at least one side of which is open and arranged to be brought into contact with a surface of the body. 5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat tenminste een detectie- of excitatie-element 30 van de NMR-inrichting verbonden is met de tegenover de open zijde van het vat gelegen zijde.Device according to claim 4, characterized in that at least one detection or excitation element 30 of the NMR device is connected to the side opposite the open side of the vessel. 6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het vat is verbonden met een inrichting voor het onder super-atmosferische druk toevoeren van water 35 aan het vat. 10049156. Device according to claim 5, characterized in that the vessel is connected to a device for supplying water to the vessel under superatmospheric pressure. 1004915