Evaluation of Dense Bridge Floor Concrete using Superplasticizer, HR-192, 1977

Much effort is being expended by various state, federal, and private organizations relative to the protection and preservation of concrete bridge floors. The generally recognized culprit is the chloride ion, from the deicing salt, reaching the reinforcing steel, and along with water and oxygen, causing corrosion. The corrosion process exerts pressure which eventually causes cracks and spalls in the bridge floor. The reinforcing· has been treated and coated, various types of "waterproof" membranes have been placed on the deck surface, decks have been surfaced with dense and modified concretes, decks have been electrically protected, and attempts to internally seal the concrete have been made. As of yet, no one method has been proven and accepted by the various government agencies as being the "best" when considering the initial cost, application effort, length and effectiveness of protection, etc.

Dense Concrete Layer as Top Course of Bridge Deck Construction, HR-502, 1990

The use of deicing salts in this part of the country is a necessity to remove ice from our bridges. The use of these salts has always been a problem since the chloride-ions penetrate the concrete and reach the steel and cause corrosion which eventually cause deterioration of both the steel and concrete. One method used to try to prevent this from happening was to apply a waterproof membrane to the concrete after it was placed. This method did help, but was not cost effective as the longevity of the membrane system was of relatively short duration. For this reason, this research project was initiated. After the original deck was placed a second layer of concrete about 1 1/2" thick was placed on top. Biennial evaluation of the decks included testing for delaminations and steel corrosion. Cores were also obtained for a chloride analysis. Testing and observations showed the two-layer bridge deck to be effective in preventing corrosion. Since the time this project was initiated, epoxy steel has been introduced and is a cost effective way to protect the steel from corrosion.

Bridge Deck Waterproofing Membrane Study, R-262, 1974

One of the main problems of bridge maintenance in Iowa is the spalling and scaling of the decks. This problem stems from the continued use of deicing salts during the winter months. Since bridges will frost or freeze more often than roadways, the use of deicing salts on bridges is more frequent. The salt which is spread onto the bridge dissolves in water and permeates into the concrete deck. When the salt reaches the depth of the reinforcing steel and the concentration at that depth reaches the threshold concentration for corrosion (1.5 lbs./yd. 3 ), the steel will begin to oxidize. The oxidizing steel must then expand within the concrete. This expansion eventually forces undersurface fractures and spalls in the concrete. The spalling increases maintenance problems on bridges and in some cases has forced resurfacing after only a few years of service. There are two possible solutions to this problem. One solution is discontinuing the use of salts as the deicing agent on bridges and the other is preventing the salt from reaching or attacking the reinforcing steel. This report deals with one method which stops the salt from reaching the reinforcing steel. The method utilizes a waterproof membrane on the surface of a bridge deck. The waterproof membrane stops the water-salt solution from entering the concrete so the salt cannot reach the reinforcing steel.

Performance of Concrete Bridge Deck Overlays, HR-501, 1990

Chloride-ions penetrating into bridge decks and corroding the steel have been a major problem. As the steel corrodes it exerts stresses on the surrounding concrete. When the stresses exceed the strength of the concrete, cracks or delaminations occur. This, of course, causes deterioration and spalling of bridge deck surfaces. Both the Latex and Iowa Method were used to repair bridge decks for this project. The concrete was removed down to the steel and replaced with approximately 1 1/2 inches of low slump or latex modified concrete. The removal of unsound concrete below the top layer of steel was sometimes necessary. The objective of this project was to determine if the bridge overlays would provide a cost effective method of rehabilitation. To do this, unsound and delaminated concrete was removed and replaced by an overlay of low slump or latex modified concrete.

Thermoset Composite Concrete Reinforcement, HR-325, Part 2, 1992

This is the second part of the final report submitted to the Iowa Department of Transportation. Part 1 contained a comparison of unaged fiber composite and steel dowels and derivation of the appropriate theoretical model for analyzing the results. Part 2 of this final report covers the theoretical and experimental models for accelerated aging of fiber composite reinforcing bars and dowels cast in a concrete environment. Part 2 contains results from testing of unaged and aged fiber composite dowels and steel dowels, in addition to unaged and aged fiber composite reinforcing bars. Additional tests have been performed on unaged dowels (both steel and fibercomposite) to verify results from Part 1 and to keep the testing program consistent. Slight modifications have been made to the dowel specimens presented in Part 1. These modifications are noted in the Section 3.4 of this report. The flexural modulus of elasticity for the FC dowel bar given in Part 1 of the final report (Table 3. 2) was for the incorrect structural shape (non-circular cross section). The value is corrected and given in Part 2 of the final report (Table 3.4 for the.modulus of elasticity supplied by the manufacturer, and Tables 3. 5 and 3. 6 for experimentally determined modulus of elasticities) • The value in Part 1 was not used for any analysis of the FC dowel bars.

Cathodic Protection for a Continuous Box Girder Bridge Deck, HR-553, 1993

Bridge deck deterioration due to corrosive effect of deicers on reinforcing steel is a major problem facing many agencies. Cathodic protection is one method used to prevent reinforcing steel corrosion. The application of a direct current to the embedded reinforcing steel and a sacrificial anode protects the steel from corrosion. This 1992 project involved placing an Elgard Titanium Anode Mesh Cathodic Protection System on a bridge deck. The anode was fastened to the deck after the Class A repair-work and the overlay was placed using the Iowa Low Slump Dense Concrete System. The system was set up initially at 1 mA/sq ft.

Evaluation of Dowel Bar Retrofits for Local Road Pavements, TR-520, 2008

As truck traffic on Iowa secondary roads has increased, engineers have moved to concrete pavements of greater depths. Early designs included thickened edge pavements and depths of seven inches or greater. The designs typically did not have load transfer devices installed in the transverse joints and relied on aggregate interlock for this purpose. In some cases, aggregate interlock was not adequate to deal with the soils and traffic conditions and faulting of the joints has begun to appear. Engineers are now faced with the need to install or retrofit load transfer in the joints to preserve the pavements. Questions associated with this decision range from the type of dowel material to dowel diameter, spacing, number of bars, placement method, and construction techniques to be used to assure reduction or elimination of faulting. Buena Vista County constructed a dowel bar retrofit project on one mile of road. The plan called for addition of the dowels (2, 3, or 4) in the outer wheel path only and surface grinding in lieu of asphalt overlay. The project included the application of elliptical- and round-shaped dowels in a rehabilitation project. Dowel material types included conventional epoxy-coated steel and fiber-reinforced polymer (FRP). This work involved the determination of relative costs in materials to be used in this type of work and performance of FRP and elliptical-shaped steel dowels in the retrofit work. The results indicate good performance from each of the bar configurations and use the results of ride and deflection testing over the research period to project the benefits that can be gained from each configuration vs. the anticipated construction costs. The reader is cautioned that this project could not relate the number of dowels required to the level of anticipated truck traffic for other roads that might be considered.

Investigation of Glass Fiber Composite Dowel Bars for Highway Pavement Slabs, TR-408, 2001

Contractors, engineers, owners and manufacturers want to be certain that a new product or procedure will yield beneficial results when compared to the current method of construction. The following research was conducted in order to compare the performance of epoxy coated dowel bars to dowel bars of alternative shapes and materials such as stainless steel and glass fiber reinforced polymer (GFRP). Research was also done on the effect that dowel bar spacing has on the performance of concrete pavements. Four phases of this research are described in this report.

High Molecular Weight Methacrylate Sealing of a Bridge Deck, HR-2031, Construction Report, 1988

The Iowa Department of Transportation used a high molecular weight methacrylate (HMWM) resin to seal a 3,340 ft. x 64 ft. bridge deck in October 1986. The sealing was necessary to prevent deicing salt brine from entering a substantial number of transverse cracks that coincided with the epoxy coated top steel and unprotected bottom steel. HMWM resin is a three component product composed of a monomer, a curnene hydroperoxide initiator and a cobalt naphthenate promoter. The HMWM was applied with a dual spray bar system and flat-fan nozzles. Initiated monomer delivered through one spray bar was mixed in the air with promoted monomer from the other spray bar. The application rate averaged 0.956 gallons per 100 square feet for the tined textured driving lanes. Dry sand was broadcast on the surface at an average coverage of 0.58 lbs. per square yard to maintain friction. Coring showed that the H.MWM resin penetrated the cracks more than two inches deep. Testing of the treated deck yielded Friction Numbers averaging 33 with a treaded tire compared to 36 prior to treatment. An inspection soon after treatment found five leaky cracks in one of the 15 spans. One inspection during a steady rain showed no leakage, but leakage from numerous cracks occurred during a subsequent rain. A second HMWM application was made on two spans to determine if a double application would prevent leakage. This evaluation has not been completed.

Hiiliteräspalkin kuitulaserhitsaus

Hitsaavassa teollisuudessa kilpailukyvyn säilyttäminen ja mahdollinen parantaminen edellyttää hitsauksen tehokkuuden nostoa. Laserhitsauksen nopeus, tarkkuus, tasainen laatu ja aikaansaatava syvä tunkeuma ovatkin vakiinnuttaneet menetelmän vankan aseman tehokkaana valmistusmenetelmänä. Sähkön ja heliumin hinnan nousu ovat pakottaneet teollisuuden miettimään entistä tehokkaampien ja ympäristöystävällisempien laserlähteiden hankkimista. Kuitulaserin korkea hyötysuhde, hyvä säteenlaatu, suuri teho ja matalat käyttökustannukset ovat herättäneet kiinnostusta laserhitsaavassa teollisuudessa. Diplomityössä keskityttiin kuitulaserhitsauksen soveltamiseen. Työn tavoitteena oli parantaa kuitulaserhitsausmenetelmän ymmärrystä ja saada käsitys siitä, miten valitaan hitsausparametrien arvot, ja soveltuuko kuitulaser teolliseen tuotantoon. Tutkimuksessa pyrittiin löytämään peruskokeilla optimaaliset hitsausparametrit, joilla syntyy hyvin tunkeutunut, vähän huokosia sisältävä, ja ulkoisesti laadukas hitsi, sekä optimaalinen hitsin tunkeumaprofiili. Lopuksi hitsausparametreja testattiin tuotteen hitsauksessa. Kuitulaser soveltuu erinomaisesti hiiliteräksen hitsaukseen ja hyvin erikoislujien terästen hitsaukseen, kun teräksen hiili- ja rikkipitoisuudet ovat matalia. Sillä on laaja parametrialue. Yleisimmät hitsausvirheet ovat vajaa hitsautumissyvyys ja huokoset. Tässä diplomityössä keskityttiin etsimään yhdelle valmistettavalle tuotteelle optimaaliset kuitulaserhitsausparametrit. Kuitulaserin laser- ja prosessiparametrien vaikutusta hitsiin ei ole juurikaan tutkittu. Diplomityön kokeiden perusteella olisi hyvä tehdä eri materiaalien jatkotutkimusta railonvalmistuksen, kuten liitoksen oksidikerroksen ja ilmaraon sekä suojakaasun, vaikutuksesta hitsiin. Kuitulaserin hyvä säteenlaatu ja muut laser-parametrit ovat tuoneet mukanaan prosessiin uusia ilmiöitä, joita on syytä tutkia lisää.

Mangaaniseosteisen duplex-teräksen hitsattavuus

Diplomityön tavoitteena oli selvittää mangaaniseosteisen LDX2101 duplex-teräksen ja LDX2101 hitsauslisäaineiden hitsausparametrit puikkohitsaus-, MAG-täytelankahitsaus- ja plasmahitsausprosessilla. Toisena tavoitteena oli selvittää lämmöntuonnin vaikutuksia hit-sausliitosten mekaanisiin ominaisuuksiin, iskusitkeyteen (-40 °C) ja ferriitti- / austeniittipitoi-suuksien jakaantumiseen. Tutkittavat hitsit olivat päittäishitsejä ja koelevyjen aineenpaksuus oli 6 mm. Koetulosten perusteella tehtiin hitsausohjeet kyseisille hitsausprosesseille. Työn kirjallisessa osassa on selvitetty yleisesti duplex-terästen käyttökohteita, mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä duplex-terästen korroosio-ominaisuuksia. Lisäksi on käsitelty eri hitsausprosesseja ja duplex-terästen hitsattavuutta, jossa selvitetään mm. terästen jähmet-tymistä, erkaumia ja faaseja, lämmöntuonnin vaikutuksia ja hitsausliitosten korroosionkestä-vyyttä. Teoriaosassa on kerrottu myös hitsausliitosten tarkastuksesta ja hitsiluokista. Työn kokeellisessa osassa esitellään kokeiden suoritus sekä ainetta rikkova ja ainetta rikko-maton tarkastus. Liitoksille suoritettava koestusohjelma noudatti pääosin menetelmäkoestan-dardin SFS-EN 15614-1 ohjetta. Hitseille tehtiin ainetta rikkomaton tarkastus, joka käsittää silmämääräisen tarkastuksen, pintatarkastuksen ja röntgentarkastuksen. Rikkovaa aineen-koetusta tehtiin sisältäen kovuusmittaukset, vetokokeet, taivutuskokeet jaiskusitkeyskokeet. Lisäksi valmistettiin metallografiset hieet, joita tutkimalla selvitettiin hitsausliitoksen metal-lurgiaa ja määriteltiin ferriitti- ja austeniittipitoisuudet. Kokeiden perusteella on laadittu hit-sausohjeet kullekin hitsausprosessille. Lisäksi kokeellisessa osassa on esitelty tulokset syö-pymäkokeesta, jossa selvitettiin eri materiaalien syöpymiskestävyyttä valkolipeäliuoksessa. Tutkimustuloksien perusteella LDX2102 duplex-materiaali onhyvin hitsattavaa laajalla hit-sausparametrialueella. Mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus- ja iskusitkeysarvot täyttävät materiaalistandardin SFS-EN10028-7 niille asettamat vaatimukset. Taivutussitkeys ja murto-venymät jäivät kuitenkin osalla koekappaleista vaatimustasoa alhaisemmiksi. Austeniitti- ja ferriittipitoisuudet vastaavat materiaalistandardin vaatimuksia.

Ohutlevyn diodilaserhitsaus

Diplomityössä tutkitaan, miten diodilaserhitsauksen ominaisuuksia ja mahdollisuuksia voidaan hyödyntää teollisuuden käytännön sovellutuksissa. Työn alkuosassa esitelläändiodilaserin toimintaperiaatetta ja säteen muodostumista. Lisäksi työssä on esitetty laserin käyttöön liittyviä turvallisuusseikkoja. Hitsaukseen liittyviä teknisiä seikkoja on myös käyty läpi. Työn kokeellisessa osassa tutkitaan kylmävalssatun ja ruostumattoman teräksen hitsattavuutta eri liitosmuodoissa kuten päittäis-, laippa- ja päällekkäisliitoksissa. Hitsauskokeet suoritettiin eri paksuisille levyille. Tavoitteena oli löytää eri levymateriaaleille ja liitosmuodoille oikeat nopeus- ja tehoparametrit. Diodilaserkokeet suoritettiin käyttäen Hämeen ammattikorkeakoulun Riihimäen yksikön 2 kW:n tehoista diodilaserlaitteistoa. Koekappaleet olivat 100 x 200 mm kokoisia. Osalle hitsatuista kappaleista tehtiin vetokokeita ja mikrokovuuskokeita. Hitseille tehtiin silmämääräinen tarkastus ja lisäksi tutkittiin hitsejä mikroskooppikuvauksella. Koekappaleita hitsaamalla selvitettiin teho- ja nopeusparametrit. Hitsattaessa kylmävalssattuja levyjä muodostui hitsausvirheitä T- ja päittäisliitoksissa. Hitsausvirheet huomattiin, kun suoritettiin vetokokeita ja tehtiin hietä. Mutta yleensä kylmävalssattujen levyjen hitsaus onnistui moitteettomasti. Kun hitsaukset suoritettiin käyttämällä ruostumatonta terästä, hitsausvirheitä ei muodostunut, kuten kylmävalssattuihin levyihin. Ruostumattomien terästen hitsaus onnistui moitteettomasti. Tunkeuma molemmissa levytyypeissä oli hyvä. Todettiin, että levyt hitsautuivat yhteen hitsauksen alussa moitteettomasti, mutta loppuosa ei hitsautunut kunnolla, koska lämpötilanmuutos muokkasi levyjen muotoja.

Terässiilojen mitoitusohjelman kehittäminen

Siiloja käytetään jauhemaisten ja rakeisten aineiden varastointiin ja annosteluun maataloudessa sekä mm. lasi-, laasti- ja tasoiteteollisuudessa. Tällaiset laitokset toimitetaan usein kokonaistoimituksina, joissa tavanomaisten teräsrakenteiden kustannusvaikutus voi olla jopa 30 % koko toimituksen arvosta. Niinpä osaltaan siilojen tehokkaalla mitoituksella ja erilaisiarakenneratkaisuja vertailemalla voidaan alentaa toimitusten kokonaiskustannuksia. Tässä diplomityössä perehdyttiin siilojen rakenteisiin ja niiden lujuustekniseen mitoitukseen etenkin tuentaratkaisujen osalta. Mitoituksen osalta työssä perehdyttiin pääasiassa uusiin Eurooppalaisiin standardeihin SFS-EN 1991-4 ja SFS-EN 1993-4-1. Niiden mukaan määritetään mitoituskuormat sekä tehdään lujuustekninen mitoitus. Työn tuloksena laadittiin Microsoft Excel -pohjainen mitoitusohjelma, jolla voidaan nopeasti mitoittaa siilojen olennaisimmat teräsrakenteet. Ohjelmalla voidaan määrittää mitoitus koskien siilon lieriön ja kartion seinämiä sekä tuentaratkaisuja. Ohjelma nopeuttaa erityisesti tarjousvaiheen suunnittelua ja antaa pohjan varsinaiselle siilojen yksityiskohtaiselle mitoittamiselle ja suunnittelulle.

Development of filter media treatments for liquid filtration

Woven monofilament, multifilament, and spun yarn filter media have long been the standard media in liquid filtration equipment. While the energy for a solid-liquid separation process is determined by the engineering work, it is the interface between the slurry and the equipment - the filter media - that greatly affects the performance characteristics of the unit operation. Those skilled in the art are well aware that a poorly designed filter medium may endanger the whole operation, whereas well-performing filter media can make the operation smooth and economical. As the mineral and pulp producers seek to produce ever finer and more refined fractions of their products, it is becoming increasingly important to be able to dewater slurries with average particle sizes around 1 ¿m using conventional, high-capacity filtration equipment. Furthermore, the surface properties of the media must not allow sticky and adhesive particles to adhere to the media. The aim of this thesis was to test how the dirt-repellency, electrical resistance and highpressure filtration performance of selected woven filter media can be improved by modifying the fabric or yarn with coating, chemical treatment and calendering. The results achieved by chemical surface treatments clearly show that the woven media surface properties can be modified to achieve lower electrical resistance and improved dirt-repellency. The main challenge with the chemical treatments is the abrasion resistance and, while the experimental results indicate that the treatment is sufficiently permanent to resist standard weathering conditions, they may still prove to be inadequately strong in terms of actual use.From the pressure filtration studies in this work, it seems obvious that the conventional woven multifilament fabrics still perform surprisingly well against the coated media in terms of filtrate clarity and cake build-up. Especially in cases where the feed slurry concentration was low and the pressures moderate, the conventional media seemed to outperform the coated media. In the cases where thefeed slurry concentration was high, the tightly woven media performed well against the monofilament reference fabrics, but seemed to do worse than some of the coated media. This result is somewhat surprising in that the high initial specific resistance of the coated media would suggest that the media will blind more easily than the plain woven media. The results indicate, however, that it is actually the woven media that gradually clogs during the coarse of filtration. In conclusion, it seems obvious that there is a pressure limit above which the woven media looses its capacity to keep the solid particles from penetrating the structure. This finding suggests that for extreme pressures the only foreseeable solution is the coated fabrics supported by a strong enough woven fabric to hold thestructure together. Having said that, the high pressure filtration process seems to follow somewhat different laws than the more conventional processes. Based on the results, it may well be that the role of the cloth is most of all to support the cake, and the main performance-determining factor is a long life time. Measuring the pore size distribution with a commercially available porometer gives a fairly accurate picture of the pore size distribution of a fabric, but failsto give insight into which of the pore sizes is the most important in determining the flow through the fabric. Historically air, and sometimes water, permeability measures have been the standard in evaluating media filtration performance including particle retention. Permeability, however, is a function of a multitudeof variables and does not directly allow the estimation of the effective pore size. In this study a new method for estimating the effective pore size and open pore area in a densely woven multifilament fabric was developed. The method combines a simplified equation of the electrical resistance of fabric with the Hagen-Poiseuille flow equation to estimate the effective pore size of a fabric and the total open area of pores. The results are validated by comparison to the measured values of the largest pore size (Bubble point) and the average pore size. The results show good correlation with measured values. However, the measured and estimated values tend to diverge in high weft density fabrics. This phenomenon is thought to be a result of a more tortuous flow path of denser fabrics, and could most probably be cured by using another value for the tortuosity factor.

Keraamisten teräpalojen käyttö niukkaseosteisten terästen lastuamiseen normaaleissa toimitustiloissa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia keraamisten kääntöterien soveltuvuus niukkaseosteräksille ja M-käsittelyn vaikutus teränkestoaikoihin. Lisäksi tavoitteena oli tutkia keraamiseosten erityisominaisuudet ja muodostaa käsitys keraamisilla kääntöterillä sorvaamisen erityisvaatimuksista. Kirjallisuusosassa selvitettiin tutkimushetkellä saatavissa olleet keraamiset teräaineseokset ja niiden ominaisuudet sekä selvitettiin keraamisten kääntöterien viimeaikaiset kehitystrendit. Lastuamistutkimus toteutettiin standardin ISO 3685:1993 mukaisesti, minkä lisäksi mitattiin lastuamisvoimat ja tehtiin kokeessa käytetyille terille lastunmurtokoe. Koemateriaalit olivat Imatra Steelin GreenCut, Hydax 25, M-käsittelemätön 42CrMo4 ja M-käsitelty MoC410M. Kokeissa käytetyt kääntöterät olivat eri valmistajien alumiinioksiditeriä, titaanikarbidiseostettuja alumiinioksiditeriä, kuituvahvisteisia ja yksi puhdas titaanikarbidiseosteinen terä. Koetulosten perusteella hyvän teränkestoajan saavuttamiseksi on tärkeää valita oikea keraamiseos ja sille soveltuvat parametrit. Oikein valituilla parametreilla M-terästä sorvattaessa tulokset ylittävät kovametalleilla saavutettavissa olevat arvot. Tulosten perusteella niukkaseostettujen terästen sorvaus onnistuu hyvin keraamisilla kääntöterillä, mutta kovametallisorvaukseen verrattuna syöttöä on laskettava ja lastuamisnopeutta lisättävä. Tämän työn tuloksia voidaan soveltaa sopivissa olosuhteissa toteutettavassa kappaletavaratuotannossa. Sovelluksen onnistuminen vaatii tukevat työstöolosuhteet ja riittävien lastuamisnopeuksien saavuttamisen.