The determination of moisture content of the aggregates with microwave ovens for the use of concrete production

Abstract

The target of this thesis was to validate the use of microwave ovens in determining the moisture content of aggregates. Parameters to be optimized are the mass of wet sample, total duration of the test, power setting of the micro wave oven and the sequence of heating intervals during the testing. Four standard aggregate sizes were studied: filler 0/1 mm, sand 0/6 mm, crushed aggregates 4/8 mm and 8/16 mm. The test program was divided in 4 main stages: 1) validation of the microwave oven method, 2) determination of optimized power and heating time, 3) determination of optimum wet sample mass and 4) final simplifying of the procedure. In the theoretical part of this thesis the main components of concrete which are binders, aggregates, water and admixtures are introduced. In order to understand the importance of the water-cement ratio of the concrete, its various effects are introduced, as well as factors affecting the water-cement ratio. In amongst of the factors affecting the water-cement ratio are the hydration process of the cement, different sources of effective water in concrete and current methods for determining the quantity of water coming from these sources. Also the procedure for calculation of the water-cement ratio is explained. In the empirical part of this thesis a new method for concrete production, the use of microwave ovens for determining the moisture content of aggregates is validated. Also the test procedure is determined. The test parameters which are optimized are the mass of wet sample, total duration of the test, power setting of the microwave oven and the sequence of heating periods during the testing. The aim of this study is was to find a quick, reliable and accurate test method for the determination of moisture content of aggregates. After this study it is obvious that the determination of aggregate moisture with the microwave oven method suits well for the use of concrete production. The microwave oven method was noticed to be quick, accurate, reliable and easy and light to work with in comparison to other gravimetric methods. Determination of the moisture content of aggregates with microwave oven has been noticed to be very useful in the concrete production, and in the OL3 project (construction of 5th nuclear reactor in Finland, to Olkiluoto) this method is now used daily, also the parameters defined in this thesis are applied. With this microwave oven method new moisture contents of aggregates can be defined shortly after the change in the concrete workability is noticed which improves the reliability of concrete production with flawless quality.

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli osoittaa kiviainesten kosteuspitoisuuden määrittäminen mikroaaltouunin avulla käyttökelpoiseksi menetelmäksi. Optimoitavat muuttujat menetelmässä ovat kostean näytteen massa, testin kokonaiskesto, mikroaaltouunin teho ja sopivien kuumennusaikojen jaksotus. Työssä tutkittiin filleriä 0/1 mm, hiekkaa 0/6 mm sekä murskattuja kiviaineksia 4/8 mm ja 8/16 mm. Testiohjelma on jaettu neljään pääasialliseen vaiheeseen: 1) mikroaaltouunimenetelmän vahvistaminen, 2) optimitehon ja lämmitysajan määritys, 3) kostean näytteen optimimassan määritys ja 4) menetelmän yksinkertaistaminen. Insinöörityön teoreettisessa osiossa esitellään betonin osa-aineet: sideaineet, kiviainekset, vesi ja lisäaineet. Betonin vesi-sementtisuhteen tärkeyden ymmärtämiseksi sen aiheuttamat moninaiset vaikutukset ja siihen vaikuttavat tekijät esitellään. Vesi-sementtisuhteeseen vaikuttavia tekijöitä ovat sementin hydrataatioprosessi, tehollisen veden lähteet betonissa sekä näistä lähteistä peräisin olevien veden määrien selvittämiseen käytetyt menetelmät tällä hetkellä. Myös menetelmä vesi-sementttisuhteen laskemiseksi selitetään. Työn empiirisessä osiossa osoitetaan kiviainesten kosteuspitoisuuden määrittäminen mikroaaltouunin avulla käyttökelpoiseksi menetelmäksi betonintuotannossa. Työssä optimoidaan kostean näytteen massa, testin kestoaika, mikroaaltouunin teho ja sopivien kuumennusaikojen jaksotus. Tämän työn tavoitteena oli löytää nopea, luotettava ja tarkka kiviainesten kosteuspitoisuuden määrittämismenetelmän. Tämä työ osoittaa kiviainesten kosteuspitoisuuden määrittämisen mikroaaltouunin avulla soveltuvan hyvin betonintuotannon tarpeisiin. Mikroaaltouunimenetelmä osoittautui nopeaksi, tarkaksi ja luotettavaksi menetelmäksi sekä helpoksi ja kevyeksi suorittaa verrattuna muihin gravimetrisiin menetelmiin. Kiviainesten kosteuspitoisuuden määrittämisen mikroaaltouunin avulla on havaittu olevan erittäin käytännöllinen betonintuotannossa, ja tämä menetelmä on nyt päivittäisessä käytössä OL3- projektissa, missä rakennetaan Suomen viidettä ydinreaktoria Olkiluotoon. Myös tässä työssä määritetyt testiparametrit on otettu käyttöön. Mikroaaltouunimenetelmän avulla kiviainesten kosteuspitoisuus on mahdollista määrittää lyhyen ajan sisällä sen jälkeen kun muutos betonin työstettävyydessä havaitaan, mikä parantaa laadullisesti virheettömän betonin tuotantovarmuutta.