Single-point magnetic resonance imaging (MRI) of cement based materials: Fid-Bau Portal

Single-point magnetic resonance imaging (MRI) of cement based materials

Balcom, B. J. / Barrita, J. C. / Choi, C. / Beyea, S. D. / Goodyear, D. J. / Bremner, T. W.

Abstract The use of Magnetic Resonance Imaging (MRI) as a tool for non-destructive testing of moisture distribution and moisture migration in concrete and mortar is described. MRI spatially resolves in one, two, or three dimensions, the evaporable water content in cement based materials as a function of time, treatment or processing conditions. The use of the technique is demonstrated through studies of drying and freezing behavior in partially saturated materials. Studies of one-dimensional drying of concrete cylinders show a clear dependence of the capillary and diffusive drying rates on moist curing time and water-cement ratio. Three-dimensional imaging is demonstrated to visualize the internal moisture distribution in concrete. MRI experiments may spatially resolve the freezing behavior of concrete, and thereby determine the occupied pore size distribution. In addition two-dimensional time resolved imaging of a propagating freezing front into a model concrete wall is demonstrated. Finally a modification of the basic methodology is described which permits imaging of nuclei other than hydrogen. Chloride and sodium distribution in mortar, associated with salt water invasion, may thereby be determined.

Résumé La technique d’imagerie par résonance magnétique est présentée comme un outil d’essai non destructif pour déterminer la distribution et la migration de l’humidité à l’intérieur du béton et du mortier. L’imagerie par résonance magnétique permet de visualiser en une, deux ou trois dimensions, la teneur en eau évaporable dans les matériaux à base de ciment en fonction du temps, des conditions de traitement ou du procédé. L’utilisation de la technique est démontrée par des études du comportement en séchage et lors du gel de matériaux partiellement saturés. Des études en séchage unidimensionnel de cylindres de béton montrent clairement la dépendance des taux de séchage capillaire et par diffusion sur le temps de mûrissement humide et le rapport eau-ciment. Des images tridimensionnelles sont présentées afin de visualiser la distribution de l’humidité à l’intérieur du béton. L’imagerie à résonance magnétique permet de résoudre, dans l’espace tridimensionnel, le comportement du béton lors du gel, et donc de déterminer la distribution des pores. De plus, la résolution bidimensionnelle dans le temps de la propagation du front gelé à l’intérieur d’un échantillon est démontrée. Finalement, une modification de la méthode est présentée permettant la visualisation de noyaux autre que ceux d’hydrogène. La distribution de chlorure et de sodium à l’intérieur du mortier, due à l’invasion par l’eau salée, peut être déterminée de cette façon.