Analyzing the air-entrainment of fresh concrete with an acoustic measurement system

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-10-30
Department
Major/Subject
Rakennusmateriaalit ja rakennusfysiikka
Mcode
IA3017
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
58 + 17
Series
Abstract
Increased air contents have been reported from the drilled samples of finished concrete structures lately in Finland. The biggest air contents have been measured to be over 15 percent which are resulted in inadequate compressive strengths in the structures. Because it has been found that the air-entrained bubbles are very sensitive, a proper quality control for the whole supply chain in the production of concrete is highly recommended. By improving the quality control these defects could be noticed sooner, which would decrease the expenses from the follow-up repair procedures. The quality control of the concrete is mainly based on old measurement methods that are laborious and time-consuming. The digitalization of the measurement equipment would offer continuous quality control monitoring that could be integrated into automatic defect detecting systems in the future. This thesis analyses the air-entrainment of fresh concrete using an acoustic measurement system called CiDRA AIRtrac. The system allows measurements in real-time directly in a rotating mixer. The air amount measurements are based on the speed of the sounds where the increased air content leads to a slower travel time in bubbly liquids. Measuring the air amount in a mixer is effortless and fast when compared to the traditional methods that are meant for fresh concrete. On this research, the AIRtrac technology was found to measure the air amount of the fresh concrete accurately when the minimum requirements were met. The biggest factors that affected the measurement precision were the batch size and workability of the concrete. However, these limitations should not affect the measurements outside the laboratory environment where the mixers are used on higher capacity. Even though the traditional methods give more precise measurements, the integration possibilities with digital interfaces makes them applicable for future saving time and labor. In addition, the continuous measurement opens new possibilities in the development of concrete additives. By analyzing the air content continuously, the technology gives an additional information about the effects of different admixtures that could not be received using older measurement methods. Furthermore, the collected data gives a visual representation of the air development that can be used in analysis of different mixers. The effects of the mixing energy and sequences using concrete chemicals could be also analyzed.

Valmiiden betonirakenteiden laadunvarmistuksen yhteydessä ollaan huomattu, että ilmamäärät ovat olleet huomattavan korkeita. Tämä on aiheuttanut painetta selvittää, mistä nämä nousseet ilmamäärät johtuvat ja miten niistä päästäisiin eroon. Parantamalla laadunvalvontaa tällaiset virheet voitaisiin myös huomata paljon aikaisemmin, ja pahimmissa tapauksissa voitaisiin säästyä rakenteiden korjaustoimenpiteiltä. Betonin laadunvalvonta perustuu kuitenkin tällä hetkellä pääasiassa vanhoihin mittausmenetelmiin, jotka ovat työläitä ja hitaita suorittaa. Mittausmenetelmien digitalisointi tarjoaisi myös mahdollisuuden jatkuvaan betonin laadunvalvontaan, jota voitaisiin automatisoida niin, että poikkeavat arvot huomattaisiin automaattisesti jo tuotantoketjun aikana. Diplomityössä analysointiin tuoreen betonin ilmahuokostusta käyttäen akustista mittausjärjestelmää. Tämän järjestelmän nimi on CiDRA AIRtrac, joka mahdollistaa reaaliaikaisen ja jatkuvan ilmamäärän mittauksen suoraan betonisekoittimesta. Mittaus perustuu äänennopeuden vaihteluun betonimassassa, jossa äänennopeuden hidastuminen johtuu kasvaneesta ilmamäärästä. Tämä mahdollistaa nopean ja vaivattoman tavan mitata ilmamäärää verrattuna perinteisiin ilmamäärän testausmenetelmiin. Laboratorio-osuudessa testattiin monia erilaisia ilmahuokostettuja betoneita vaihtelevilla ominaisuuksilla käyttäen AIRtrac:a, jonka tuloksia verrattiin paine- ja tiheysmenetelmän tuloksiin. Työssä huomattiin järjestelmän olevan verrattain tarkka, kun valmistajan antamat minimivaatimukset täyttyivät. Päätekijät hyvälle mittaustarkkuudelle olivat laboratoriossa betonin määrä sekoittimessa sekä sen työstettävyys. Vaikka perinteisillä menetelmillä saatiin hieman tarkempia mittaustuloksia, niin digitaalisten laitteiden mahdollistama automaattinen laadunvalvonta tekee niistä tarpeellisia tulevaisuuden laadunvalvonnassa. Reaaliaikaisen mittauksen avulla voidaan myös analysoida tarkemmin huokostimen ja muiden lisäaineiden vaikutuksia suoraan tuoreessa betonimassassa. Jatkuvan mittauksen keräämistä mittausarvoista voidaan piirtää kuvaajia, joiden avulla voidaan helposti nähdä mahdollisia ongelmakohtia ja optimoida eri sekoittimien ja lisäaineiden yhteistoimintaa. Tämä tarkoittaisi muun muassa erilaisten sekoitusenergian ja -sekvenssin aiheuttamien erojen vertailua betonin lisäaineiden kanssa.
Description
Supervisor
Punkki, Jouni
Thesis advisor
Punkki, Jouni
Keywords
fresh concrete, air content, air-entrainment, real-time measurement
Other note
Citation