Ohuiden rakeisten dielektristen kerrosten ainetta rikkomaton testaus tutkalla

Eeva Huuskonen-Snicker

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisMonograph

Abstrakti

Maatutka on sähkömagneettinen maankamaran mittaus- ja luotausmenetelmä, jota sovelletaan myös teiden ja siltojen ainetta rikkomattomassa testauksessa. Suomessa maatutkaa käytetään yleisesti uusien asfalttipäällysteiden tyhjätilan laadunvalvonnassa. Tyhjätila on sidoksissa päällysteen pitkäaikaiseen kestävyyteen. Maatutkamenetelmä perustuu suhteellisen permittiivisyyden, tai dielektrisyysvakion, määrittämiseen heijastuneesta tutkasignaalista. Tämän jälkeen tyhjätila lasketaan suhteellisesta permittiivisyydestä asfaltista poratun kalibrointinäytteen avulla. Eräs nykyisen maatutkamenetelmän rajoituksista liittyy käytössä olevien 1-2 GHz:n maatutkalaitteistojen riittämättömään syvyyssuuntaiseen erottelukykyyn. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää voidaanko maatutkaa, tai mikroaaltotekniikkaa yleisemmin, käyttää ohuiden asfalttipäällysteiden tyhjätilan arviointiin. Lisäksi tavoitteena oli ymmärtää, mitkä tekijät vaikuttavat heterogeenisten rakeisten ja kerroksellisten materiaalien suhteellisen permittiivisyyden mittaukseen. Ohuiden asfalttipäällysteiden tutkimista varten kehitettiin 12-18 GHz:n mikroaaltotutka, jonka syvyyssuuntainen erottelukyky on senttimetrin luokkaa. Keskitaajuuden välttämättömästä korotuksesta seuraa valitettavasti ongelmia asfaltin rakeisuuden takia. Suurimmat yksittäiset kivet asfaltissa ovat samaa suuruusluokkaa kuin käytettyjä taajuuksia vastaava aallonpituus. Jotta päällysteistä mitattua suhteellisen permittiivisyyden hajontaa ymmärrettäisiin paremmin, laboratoriossa tehtiin erilaisia mittauksia. Resonaattorimittauksilla tutkittiin sekä kivinäytteiden suhteellista permittiivisyyttä että magneettista permeabiliteettia. Suurin osa laboratoriokokeista oli vektoripiirianalysaattorin avulla tehtyjä läpäisymittauksia 7-17 GHz:llä. Tutkitut materiaalit sisälsivät asfaltin raaka-aineita, porattuja asfalttinäytteitä ja rakeisia muovinäytteitä. Asfalttipäällysteistä ja -näytteistä mitatuilla suhteellisen permittiivisyyden arvoilla oli suuri vaihteluväli. Tutkimuksessa todettiin, että havaittu permittiivisyyden vaihtelu ei suoraan johdu tyhjätilan vaihteluista. Esimerkiksi tutkitun metavulkaniitti-kivilajin suhteellisen permittiivisyyden reaaliosa vaihteli 5,90-6,15, kun taas samasta kivilajista murskatun näytteen arvot olivat 3,17-8,12. Moninkertaiset heijastukset yksittäisistä rakeista voivat kasvattaa tutkitun seoksen havaittuja permittiivisyysarvoja, kun raekoko on suurempi tai aallonpituuden suuruusluokkaa. Suurin osa permittiivisyysvaihteluista on luultavasti seurausta kiviaineksen mineralogisista vaihteluista sekä kiviaineksen ja bitumin tilavuussuhteiden muutoksista asfaltista. Tutkimustulosten perusteella nykyinen maatutkamenetelmä ei ole luotettava ohuiden päällysteiden tyhjätilan arvioinnissa.
Julkaisun otsikon käännösOhuiden rakeisten dielektristen kerrosten ainetta rikkomaton testaus tutkalla
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Leveinen, Jussi, Valvoja
  • Pellinen, Terhi, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7229-6
Sähköinen ISBN978-952-60-7228-9
TilaJulkaistu - 2016
OKM-julkaisutyyppiG4 Tohtorinväitöskirja (monografia)

Tutkimusalat

  • tutka
  • maatutka
  • permittiviisyys
  • asfaltti
  • tyhjätila

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Ohuiden rakeisten dielektristen kerrosten ainetta rikkomaton testaus tutkalla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä