G5 Artikkeliväitöskirja
Monitoring water transport and deformation in swelling materials using X-ray imaging and tomography (2023)
Harjupatana, T. (2023). Monitoring water transport and deformation in swelling materials using X-ray imaging and tomography [Doctoral dissertation]. University of Jyväskylä. JYU dissertations, 688. http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-9718-2
JYU-tekijät tai -toimittajat
Julkaisun tiedot
Julkaisun kaikki tekijät tai toimittajat: Harjupatana, Tero
eISBN: 978-951-39-9718-2
Lehti tai sarja: JYU dissertations
eISSN: 2489-9003
Julkaisuvuosi: 2023
Sarjan numero: 688
Kirjan kokonaissivumäärä: 1 verkkoaineisto (83 sivua, 34 sivua useina numerointijaksoina, 3 numeroimatonta sivua)
Kustantaja: University of Jyväskylä
Julkaisumaa: Suomi
Julkaisun kieli: englanti
Pysyvä verkko-osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-9718-2
Julkaisun avoin saatavuus: Avoimesti saatavilla
Julkaisukanavan avoin saatavuus: Kokonaan avoin julkaisukanava
Tiivistelmä
Veden kulkeutuminen huokoisissa materiaaleissa on tärkeä ilmiö monissa käytännön sovelluksissa. Veden kulkeutumisen mallintamista käytetään usein arvioimaan sovelluksien toimivuutta oikeissa toimintaympäristöissä. Mallintaminen voi kuitenkin olla hyvin haastavaa, sillä monet materiaalit ovat monimutkaisia rakenteeltaan ja vesi voi kulkeutua useiden eri mekanismien avulla materiaalin eri osissa. Monet materiaalit myös muuttavat muotoaan ja rakennetta vesipitoisuuden muuttuessa. Mallien kehittämistä varten tarvitaan siten yksityiskohtaista kokeellista tietoa materiaalin vesipitoisuusjakaumasta ja mahdollisesti myös muodonmuutoksesta eri ajanhetkinä. Tällaisen tiedon tuottamiseen, erityisesti paisuville materiaaleille, ei kuitenkaan ole juuri menetelmiä olemassa. Tässä tutkielmassa esitellään 3D (2D + aika) röntgenkuvaukseen tai 4D (3D + aika) röntgentomografiaan perustuva näytettä rikkomaton menetelmä, jolla veden kulkeutumista voidaan seurata paisuvissa materiaaleissa. Menetelmässä näytteestä otetaan useita kuvia sopivin väliajoin kastumisen tai kuivumisen aikana. Useiden erityyppisten kuvavirheiden korjausten jälkeen kuvista lasketaan näytteen vaimennuskerroinjakauma ja mitataan näytteen muodonmuutos eri ajanhetkinä. Näiden tulosten ja huolellisen kalibroinnin avulla voidaan laskea lopullisina tuloksina kiintoaineen ja veden osatiheysjakaumat ajan funktiona. Menetelmän tarkkuutta rajoittavat jäljelle jääneet kuvavirheet ja virheet muodonmuutoksen mittauksessa. Menetelmää sovellettiin onnistuneesti bentoniitti- ja biokomposiittinäytteisiin. Bentoniitti on paisuvaa savimateriaalia, jota käytetään ydinjätteen loppusijoituksessa ydinjätekanisterien ja kallioperän välisenä puskurimateriaalina monissa loppusijoituskonsepteissa. Bentoniitin mekaanista käyttäytymistä ja veden kulkeutumista bentoniitissa ei kuitenkaan täysin tunneta, ja siksi yksityiskohtainen kokeellinen tieto voi auttaa kehittämään parempia malleja loppusijoituskonseptien luotettavampia turvallisuusarvioita varten. Biokomposiitissa on vahvikkeena luonnonkuituja polymeerimatriisissa, joka voi myös olla valmistettu uusiutuvista luonnonvaroista. Luonnonkuitujen ja biokomposiittien ominaisuudet voivat kuitenkin heiketä veden vaikutuksesta, ja siksi veden kulkeutumisen tutkiminen voi auttaa kehittämään kestävämpiä materiaaleja.
YSO-asiasanat: bentoniitti; komposiitit; vesi; kulkeutuminen (aineet); mallintaminen; röntgenkuvaus; tomografia; materiaalitutkimus; väitöskirjat
Vapaat asiasanat: biokomposiitti; röntgentomografia; deformaatio; kuvakorrelaatio; bentonite; biocomposite; X-ray imaging; X-ray tomography; water transport; deformation; image correlation
Liittyvät organisaatiot
OKM-raportointi: Kyllä
VIRTA-lähetysvuosi: 2023
