From liquid to solid bonding in cohesive granular media

We study the transition of a granular packing from liquid to solid bonding in the course of drying. The particles are initially wetted by a liquid brine and the cohesion of the packing is ensured by capillary forces, but the crystallization of the solute transforms the liquid bonds into partially cemented bonds. This transition is evidenced experimentally by measuring the compressive strength of the samples at regular intervals of times. Our experimental data reveal three regimes: 1) Up to a critical degree of saturation, no solid bonds are formed and the cohesion remains practically constant; 2) The onset of cementation occurs at the surface and a front spreads towards the center of the sample with a nonlinear increase of the cohesion; 3) All bonds are partially cemented when the cementation front reaches the center of the sample, but the cohesion increases rapidly due to the consolidation of cemented bonds. We introduce a model based on a parametric cohesion law at the bonds and a bond crystallization parameter. This model predicts correctly the phase transition and the relation between microscopic and macroscopic cohesion.Comment: 20

Salt crystallization in porous materials : anN.M.R study

VIII+112hlm.;25c

Netwerk Randstad Zuid Productmanagement

Probleembeschrijving De groeistad Zoetermeer is door een spoorlijn verbonden met Den Haag, dit is de Zoetermeer Stadslijn. Deze lijn verzorgt ook de ontsluiting binnen Zoetermeer, de lijn heeft zodoende een dubbele functie. Binnen Zoetermeer stopt deze trein op twaalf haltes en na drie tussenliggende haltes tussen Zoetermeer en Den Haag eindigt de lijn op Den Haag CS. Sinds de aanleg van de lijn in de jaren zeventig is Zoetermeer explosief gegroeid in aantal inwoners en arbeidsplaatsen en is de stad verder uitgedijd. Hierdoor wordt niet heel Zoetermeer meer door de lijn bediend, wat oorspronkelijk wei de bedoeling was. In combinatie met een exploi­tatie met (dure) treinstellen Levert dit een geringe kostendekkingsgraad op. Om ervoor te zorgen dat er meer verplaatsingen gemaakt worden en de exploitatie goedkoper wordt, dient de Zoetermeer Stadslijn en zijn positie binnen het openbaar-vervoerssysteem van Zoetermeer te worden herzien. De lijn is erbij gebaat meer mensen uit de auto in het openbaar vervoer te krijgen, dit kan alleen gebeuren als de kwaliteit van het hele openbaar-vervoerssysteem omhoog gaat. De kwaliteit wordt groten­ deels bepaald door de verplaatsingstijd die gerealiseerd wordt op de externe relaties van Zoetermeer. De verplaatsingstijd kan verkort worden door met hogere frequenties vervoer aan te bieden, sneller te rijden en minder en korter te halteren. Als herkomst geldt de gemeente Zoetermeer, opgedeeld in zes zones. De verplaatsingen eindigen bij de be­ stemmingen, welke volgen uit het Onderzoek Verplaatsingsgedrag uit 1995 (OVG 1995). Hieruit zijn de twaalf belangrijkste bestemmingen gelicht, Den Haag is hierbij opgedeeld in vier zones. Zodoende is er sprake van 72 relaties die aile per openbaar vervoer een zo snel mogelijke verbinding moeten hebben. Alternatieven Om tot aanpassingen aan het huidige OV-systeem te komen, worden er volgens drie methoden alternatieven ontwikkeld: 1. methode op basis van twee hoofdrelaties: de twee belangrijkste relaties met Den Haag en Rotterdam vormen het uitgangspunt voor het opzetten van alternatieven. 2. methode op basis van algemene netwerkvormen: algemene vormen, volgens de theorie van het opzetten van netwerken, worden op de kaart van Zoetermeer gelegd om een netwerk te ontwikkelen. 3 . methode op basis van keuzes per relatie: na het kiezen van een centrum voor Zoetermeer als knooppunt voor alle relaties wordt per externe relatie een trace en een vervoerswijze gekozen. In de alternatieven die ontstaan volgens de drie methoden, zitten overeenkomstige kenmerken. Door per gemeenschappelijk kenmerk een alternatief op te stellen, ontstaat een aantal varianten waarvan, door toetsing aan criteria voor kwaliteit en kosten, de verschillende aanpassingen vergeleken kunnen worden. Varianten Het toepassen van verschillende veranderingen in het OV-systeem van Zoetermeer Ievert de volgende varian ten op: Referentie: Deze variant komt overeen met de plannen zoals die er nu zijn. Dit houdt in het exploiteren van de Stadslijn met de uitbreiding naar Oosterheem, een railverbinding met Rotterdam en verder stads- en streekbusdien­ sten. Voor de Stadslijn wordt wei gekozen voor gebruik van Light-Railvoertuigen. Externe Lijnen (Plus): Deze variant is er op gebaseerd dat de externe streekbusdiensten ook binnen Zoetermeer het vervoer ver­ zorgen. Van het Stadslijntrace wordt alleen het deel tussen Oosterheem en Den Haag bereden met LRT-voer­ tuigen, de relatie met Rotterdam wordt met een rail- of buslijn (Externe Lijnen Plus) bediend. In de plus-vari­ ant wordt het rail- en busvervoer tussen Centrum West en Oosterheem gecombineerd op een OV-baan. Ringlijn 1 (2): In deze variant wordt het interne vervoer verzorgd door een ringvormige lijn om het centrum die voor een groot deel het Stadslijntrace volgt en aangevuld wordt tot een volledige ring door ten oosten van het cen­trum een verbinding te realiseren tussen Seghwaert en station Zoetermeer Oost. Op deze lijn rijden met een hoge frequentie voertuigen, dit kan een automatisch systeem zijn. De externe verbindingen worden verzorgd door LRT-voertuigen op het Stadslijntrace tussen Oosterheem en Den Haag, door streekbussen en door een bus- of railverbinding (Ringlijn 2) met Rotterdam. Sternet: De zware relatie tussen Zoetermeer en Den Haag wordt bediend door LRT-voertuigen, maar enkel tot Zoetermeer Centrum West. Naar Rotterdam ligt een railverbinding en de overige externe relaties worden door streekbussen bediend. De verplaatsingen binnen Zoetermeer worden verzorgd door een drietal buslijnen die de wijken verbinden met het centrum. Resultaten analyse De criteria waarop de varianten vergeleken worden, zijn: 1. de kwaliteit: maat hiervoor is de verhouding tussen het te verwachten aantal reizigers per relatie en de verplaatsingstijd met het openbaar vervoer 2. de baten/kosten: deze factor wordt bepaald door de kosten van exploitatie en opbrengsten per spitsuur Per variant wordt bekeken wat de nieuwe verplaatsingstijden op de externe relaties zullen zijn. De verandering in verplaatsingstijd is bepalend voor het te verwachten aantal verplaatsingen op een relatie. De belasting per relatie bepaalt de benodigde capaciteit, ook de opbrengsten zijn direct afhankelijk van het aantal reizigers. De afweging tussen kwaliteit en baten/kosten geeft uitsluitsel over aanpassingen die wei of niet aan het OV-systeem doorgevoerd moeten worden. Kwaliteit Op kwaliteit komt de variant "Ringlijn" als beste naar voren, als gevolg van een goede ontsluiting en snel extern vervoer. Als slechtste geldt de variant "Sternet", doordat veeI reizigers tot overstappen gedwongen worden en daardoor een lange verplaatsingstijd ervaren. Sterke punten zijn de directe railverbindingen met Den Haag en Rotterdam en de ontsluiting door de ringlijn. Baten/Kosten De variant "Externe Lijnen" geldt volgens dit criterium als meest voordelige, omdat de drukste relaties per rail bediend worden en de overige verplaatsingen met een bus plaatsvinden. Dit Ievert een kort OV-netwerk op dat goedkoper te exploiteren en onderhouden is. Sterk e punten zijn het toepassen van LRT-voertuigen en het minimaliseren van de omvang van het netwerk . Combinatievariant Uit deze analyse volgen twee varianten ("Ringlijn" en "Externe Lijnen") die over goede kenmerken beschik­ ken. Combineren van die twee tot een variant zou een oplossing moeten opleveren die goed aan beide crite­ ria voldoet. Op die manier ontstaat een OV-systeem dat bestaat uit het meest gebruikte deel van de huidige Zoetermeer Stadslijn, aangevuld met een people mover (geautomatiseerde voertuigen op eigen baan) ter ontsluiting van het westelijk e deel van Zoetermeer. Verder rijden er in die variant streekbussen die ook binnen Zoetermeer halteren en zo een aanvulling vormen op de stadsbusdiensten. De relatie met Rotterdam wordt bediend door een raillijn, de reizigers naar Delft dienen in Pijnacker over te stappen op een bus. Een zodanig systeem heeft de beste combinatie van kwaliteit en baten/kosten. In figuur 1-1 is een overzicht gegeven van de aan te bieden OV-Iijnen volgens de Combinatievariant, voor een duidelijk er beeld wordt verwezen naar bijlage 11 .8.8. Afhankelijk van de belasting op elke relatie wordt er vervoer aangeboden met een frequentie die vanwege de capaciteit nodig is of een minimale dienst biedt. Voor de relatie met Den Haag komt dat neer op 17 voer­ tuigen per uur, naar Rotterdam 4 per uur en 26 voertuigen per uur als people mover. Alle buslijnen krijgen een frequentie van vier voertuigen per uur, dit is gedaan om de wachttijd niet te groot te Laten worden.Transport & PlanningCivil Engineering and Geoscience

Pore size distribution from hydrogen and sodium NMR using the transverse relaxation

Salts in porous building materials can crystallize during drying, which may occur at the surface, causing defacing, or just under the surface, where it may cause structural damages, e.g., delamination, surface chipping or disintegration. Therefore a detailed knowledge of the moisture and salt transport is essential for understanding the durability of building materials. Up to now only a few studies have been reported on unsaturated moisture and ion transport in porous media, because suitable measurements techniques are lacking. About the issues which still have to be studied experimentally and theoretically are: chemical and physical interaction of ions with a material, supersaturation of ions in a pore system and the growth of crystals in pores [1]. For these studies it is important to know the ion distribution within the pore system. Up to now usually only the transverse relaxation of hydrogen is used to determine the pore water distribution [2]. In this study the transverse relaxation of sodium as measured at 4.7 T was used to determine the distribution of the sodium ions in a saline solution in various porous materials. First the transverse relaxation of hydrogen and sodium were compared for Nucleosil samples of different pores sizes. These measurements show clearly that also the transverse relaxation of the sodium can be linked to the pore size. The upper limit is set by the bulk relaxation of sodium. These measurements were also done for materials having a bimodal pore size distribution like mortar and calcium silicate brick. Also in these cases the sodium measurements give a clear bimodal distribution

Pore size distribution from hydrogen and sodium NMR using the transverse relaxation

Salts in porous building materials can crystallize during drying, which may occur at the surface, causing defacing, or just under the surface, where it may cause structural damages, e.g., delamination, surface chipping or disintegration. Therefore a detailed knowledge of the moisture and salt transport is essential for understanding the durability of building materials. Up to now only a few studies have been reported on unsaturated moisture and ion transport in porous media, because suitable measurements techniques are lacking. About the issues which still have to be studied experimentally and theoretically are: chemical and physical interaction of ions with a material, supersaturation of ions in a pore system and the growth of crystals in pores [1]. For these studies it is important to know the ion distribution within the pore system. Up to now usually only the transverse relaxation of hydrogen is used to determine the pore water distribution [2]. In this study the transverse relaxation of sodium as measured at 4.7 T was used to determine the distribution of the sodium ions in a saline solution in various porous materials. First the transverse relaxation of hydrogen and sodium were compared for Nucleosil samples of different pores sizes. These measurements show clearly that also the transverse relaxation of the sodium can be linked to the pore size. The upper limit is set by the bulk relaxation of sodium. These measurements were also done for materials having a bimodal pore size distribution like mortar and calcium silicate brick. Also in these cases the sodium measurements give a clear bimodal distribution

Sodium NMR relaxation in porous materials

The NMR relaxation of hydrogen nuclei of a fluid in a porous material is generally interpreted in terms of the Brownstein–Tarr model, in which the relaxation rate of the signal is inversely proportional to the pore size. We have investigated whether this model can be applied to the relaxation of Na nuclei in a NaCl solution in a porous material. The results indicate that the ion distribution over the pores can be obtained from an analysis of the Na NMR signal decay, if the pore sizes are roughly below 1 μm. This information is very useful for studies of combined moisture and ion transport in porous building materials.status: publishe