Fly ash is now much used as an admixture to concrete. This master´s thesis focuses on the use of fly ash as an active admixture in concrete environment for XF. The thesis has two parts. The first part collected theoretical information about the origin and behavior of fly ash in fresh and hardened concrete. In the second part was experimental verification of these characteristics. The purpouse of this thesis is to demonstrate that the fly ash attribute to meet all environmental XF.

The diploma thesis deals with the production of spacious thin-walled castings of aluminum alloys with a good surface quality. During the casting process, different types of molding sands and aluminum alloys are used. The target of the diploma thesis is to evaluate the casting surface quality, to analyse the defects and to evaluate the results.

This master thesis deals with measuring condensed moisture in constructions using measuring moisture porosity material. Market research was performed and were made sensors own construction based on capacity principle and their attributes were measured. In this thesis is also described method, which is used for calibration for conditions in building constructions causing condensation of water.

On utilise en IRM clinique T2, T1 et la densité de protons comme biomarqueurs de diagnostic et de suivi. Cependant, seuls les tissus à T2 long sont visibles par IRM classique. La séquence UTE (Ultra-short TE) a été récemment développée pour des études quantitatives de l’os cortical. Nous avons dans une première étape confronté des mesures de porosité de l’os cortical par IRM-UTE et par microtomographie par rayonnement synchrotron, car la porosité est un paramètre déterminant de la qualité osseuse. L’étude a été menée sur 38 échantillons de diaphyses fémorales humaines en collaboration avec une équipe du B2OA (UMR7052). La porosité par IRM-UTE à 4.7 T (TE = 51 µs) est entre 18 et 43% (moyenne 30%). La porosité par microtomographie (résolution spatiale : 6.5 µm) est entre 3 et 27% (moyenne 14%). Aucune corrélation n’a pu être observée entre les deux mesures. Une importante dispersion a été observée sur les valeurs de T1 entre les échantillons, que nous proposons d’attribuer à des effets de transfert d’aimantation (MT) entre les protons de l’eau liée au collagène et les protons des terminaisons méthylène du collagène. Pour confirmer cette interprétation, nous avons dans une seconde étape confronté plusieurs méthodes d’évaluation de la relaxation longitudinale dans des échantillons d’os bovin. Les mesures réalisées par différentes séquences (inversion-récupération, saturation hors-résonance, saturation par répétition de binomiales et angle de bascule variable) confirment des effets de MT importants. Les méthodes les plus robustes pour évaluer les paramètres sont la saturation hors-résonance et par répétition de binomiales, ce qui suggère leur utilisation pour de futures applications in vivo. / Longitudinal and transverse relaxations are quantitative tools used in MRI for diagnosis and follow up. However only tissues with long T2 can be detected with MRI. Quantitative evaluation of cortical bone porosity is now feasible with UTE.In this work, porosity measurements from UTE in human cortical bone samples were compared with those from micro-computed tomography (µCT). 38 human cortical bone samples (upper diaphysis) were examined in collaboration with a team from B2OA (UMR7052). Porosity from UTE (TE = 51 µs) was between 18% and 43% (mean 30%) and from µCT (spatial resolution = 6.5 µm) between 3% and 27% (mean 14%). No correlation could be established between the two measurements. T1 values from few samples were dispersed; a possible explanation could be the magnetization transfer (MT) between collagen-bound water protons and collagen methylene protons.For a quantitative interpretation of this phenomenon, 11 bovine cortical bone samples were examined. Several sequences (inversion-recovery, off-resonance saturation, repeated binomial excitations, variable flip angle) were implemented at 4.7 T to assess MT parameters. The aim was to compare which method may provide accurate parameter estimation. Off-resonance saturation and repeated binomial excitation seem to be more suitable for in vivo MT quantification.

Les aérogels sont des matériaux ultra-poreux et nanostructurés aux possibilités d’applications variées. Une nouvelle génération d’aérogels à base de polysaccharides est aujourd’hui en plein essor : les bio-aérogels. Ils sont particulièrement prometteurs pour leur respect de l'environnement et leur biocompatibilité. De nos jours, la production de bio-aérogels sous forme de monolithes est maîtrisée. Pour optimiser leur procédé de fabrication et pour répondre à des besoins spécifiques d'applications (pharmaceutiques, alimentaire, absorption ou adsorption, etc), les aérogels doivent avoir la forme de particules. Ce travail était focalisé sur la préparation et caractérisation de billes d’aérogels à base de cellulose et a été réalisé dans le cadre du projet Européen « Nanohybrids ». Deux objectifs principaux ont été atteints. Le premier était la préparation et la compréhension des propriétés de nouveaux matériaux, tout en diminuant leurs coûts de production. Deux types de matériaux poreux ont été produits et étudiés : • Des xérogels à base de cellulose (en évitant le séchage sous CO2 supercritique), avec des propriétés comparables à celles de leurs homologues aérogels (densité autour de 0,12 g cm-3 et surface spécifique jusqu'à 300 m² g-1). • Des aérogels à base de pâte à papier. L'influence de chaque composant de la pâte (cellulose, hémicellulose, lignine) et de leur teneur sur la structure et les propriétés des aérogels a été évaluée. Le deuxième objectif était le développement de méthodes de mise en forme d'aérogels de cellulose sous forme de billes de différentes tailles. Deux techniques ont été appliquées avec succès : • Le "JetCutting" : des billes d’aérogels à base de cellulose et de pâte à papier, de taille variant de centaines de micromètres à quelques millimètres, dissout dans deux types solvants (NaOH-eau et liquides ioniques) ont été obtenus. • L'émulsification : des particules d’aérogels de cellulose d’une dizaine de micromètres ont été préparé par le développement d'une nouvelle méthode d'émulsification-coagulation. / Aerogels are ultra-porous and nanostructured materials with a wide range of applications. Bio-aerogels is a new generation of polysaccharide-based aerogels. These fast developing materials are particularly promising for their environmental friendliness and biocompatibility. Nowadays, the production of bio-aerogels in the form of monoliths is mastered. To optimize their manufacturing process and to meet specific application needs (pharmaceutical, food, absorption or adsorption, etc.), aerogels must be in the form of particles. This work focused on the preparation and characterization of cellulose aerogel beads and was conducted in the framework of the European project "Nanohybrids". Two main objectives were achieved. The first was the preparation and understanding of the properties of new materials while reducing their production costs. Two types of porous materials were produced and studied: • Cellulose-based xerogels (obviating drying under supercritical CO2), with properties comparable to those of their aerogel counterparts (density around 0.12 g cm-3 and specific surface area up to 300 m² g-1). • Pulp-based aerogels. The influence of each pulp component (cellulose, hemicellulose, lignin) and their content on the structure and properties of aerogels was assessed. The second objective was the development of methods for shaping cellulose aerogels into beads of different sizes. Two techniques were successfully applied: • JetCutting: aerogel beads based on cellulose and pulps, varying in size from hundreds of micrometres to a few millimetres, dissolved in two types of solvents (NaOH-water and ionic liquids) were obtained. • Emulsification: cellulose aerogel particles of about few tens of micrometres were prepared by the development of a new method of emulsification-coagulation.

Title: Investigation of matter transport by means of PFG NMR Author: Mikuláš Peksa Department of low temperature physics Supervisor: doc. RNDr. Jan Lang, Ph.D. Assistant Supervisor: RNDr. Milan Kočiřík, CSc. (ÚFCH JH AV ČR) Abstract: Estimation of transport-structural parameters such as porosity, tortuosity and surface-to-volume ratio of pores in beds of glass beads is the main goal of this study. These parameters were estimated for 5 samples with different distributions of sizes. The second goal is to probe a possibility to use the same approach to describe the self-diffusion in water solution of LiCl confined in two porous materials based on Al2O3 and glass, respectively. The last goal is the measurement of self-diffusion of water molecules in mesoporous geopolymeric material. Its capability of water transport at long scales have been documented. The measurements of apparent self-diffusion coefficients by means of NMR spectroscopy with pulsed field gradients was major methodology of this work. Keywords: porous material, porosity, tortuosity, self-diffusion, NMR

Structural and petrophysical analysis have been conducted within the Melechov massif with focus on structures controlling the porosity, permeability and thermal conductivity of the rock. The structure of the massif has been constrained based on extensive dataset including AMS and field structural measurements of ductile and brittle structures. Maps and stereograms have been constructed to display the magnetic fabrics and the fracture system of the studied massif. The fracture system of the massif has been described by two principal and two supplementary sets of joints and by faults formed mainly by joint reactivation or less frequently formed as shear fractures. The measured petrophysical data have been used to characterize the effect of fracturing and alteration on pore space geometry and in turn on permeability, thermal conductivity and elastic properties of the studied granite. Distinct petrophysical properties have been identified for pristine granite, for fractured fresh granite as well as for fractured granite altered by Fe-oxide, chlorite and clay minerals. Relations between the measured petrophysical properties have been explained in terms of evolution of the rock pore space. A detailed microstructural study combined with multidirectional P-wave velocity measurements at high confining pressure and...

Asphalt mixture microstructure is formed by aggregates, bitumen binder and air voids. Aggregates make for up to 90% of the mixtures volume and the structure formed by them will depend mostly on their size distribution and shape. The study presented in this thesis has as main objective to develop a framework that allows the characterization of asphalt mixtures based on the aggregates gradation and its impact on pavement performance. Moreover, the study aims to identify the range of aggregate sizes which form the load carrying structure, called Primary Structure, and determine its quality. The method has been developed as a numerical procedure based on packing theory of spheres. Parameters like porosity, coordination number and disruption factor of the Primary Structure; and a binder distribution parameter for the different sub-structures have been used to evaluate the quality of the load carrying structure and predict the impact on several failure modes. The distribution of bitumen binder has been derived from a geometrical model which relates porosity of the mixture with film thickness of particles considering the overlapping reduction as the film grows. The model obtained is a closer approximation to a physical characteristic of the compacted mixture separated according to different elements of the structure. The framework has been evaluated on several field and laboratory mixtures and predictions have been made about their rutting performance and moisture resistance. The calculated parameters have compared favourably with the performances reported from the field and laboratory testing. The developed gradation analysis framework has proven to be a tool to identify those mixtures with a poor rutting performance based on the gradation of the aggregates. The Gradation - Based Framework has satisfactory distinguished between good and bad performance of asphalt mixtures when related to permanent deformation and moisture damage. The calculated parameters have allowed identifying and understanding the main mechanisms and variables involved in permanent deformation and moisture damage of asphalt mixtures. The developed model can be used as a tool to determine the optimal gradation to assure good performance for hot mix asphalt pavements. / QC 20120626

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Los materiales porosos están atrayendo mucha atención tanto en la Academia como en la industria por su amplia gama de aplicaciones y potenciales de desarrollo. Debido a sus superiores propiedades intrínsecas y funcionales, se han incrementado los esfuerzos para desarrollar materiales con diferente estructura, tamaño de poro y distribución, con el fin de satisfacer los requisitos en numerosas áreas de aplicación. Se pueden enunciar como ejemplos la gestión del calor, la biomedicina, la filtración, los procesos de separación, el catalizador o el soporte, el almacenamiento, el control acústico, el tratamiento del agua, entre otros. Sin embargo, una parte considerable de la investigación se ha centrado en materiales con una distribución uniforme del tamaño de los poros. No obstante, los estudios actuales sobre materiales multi-porosos indican que, con un diseño metodológico adecuado, es posible adaptar y controlar la microestructura en función de los fines de la aplicación y dar diferentes funciones a cada nivel de porosidad introduciendo diferentes tamaños de poros en la estructura unimodal. Dado que estos materiales multi-porosos bien diseñados (es decir, con distribución bimodal, trimodal y jerárquica) reducen las limitaciones debidas a la difusión con sus distintos niveles de porosidad, son excepcionalmente preferidos en aplicaciones en las que se requiere contener el flujo de fluidos y una elevada superficie. Aunque la atención en el diseño de estructuras multiporosas ha aumentado en los últimos años, los estudios sobre estos materiales multifuncionales ajustables han sido limitados. Esto se debe a que la relación entre la microestructura y las propiedades funcionales es difícil de comprender y controlar. Así pues, el diseño de materiales multi-porosos sigue siendo una tarea difícil en el mundo científico. Teniendo en cuenta la insuficiencia de estudios sobre la síntesis y caracterización de materiales multi-porosos en la literatura, se necesita especialmente la investigación más profunda y detallada de la influencia de los diferentes tamaños de poros en una misma estructura sobre las propiedades funcionales. De acuerdo con este propósito en esta tesis se sintetizaron materiales con porosidad única y múltiple siguiendo métodos de fabricación tanto novedosos como convencionales. Comparando el rendimiento de los materiales con porosidad simple y múltiple, se investigó la influencia de la microestructura en las propiedades y su relación desde diferentes perspectivas. En conclusión, los objetivos específicos de esta tesis son: i) diseñar dos nuevos enfoques experimentales para fabricar espumas metálicas de celdas-abiertas interconectadas multi-porosas utilizando metodologías conocidas y sus combinaciones. ii) demostrar el efecto de la multi-porosidad en un solo cuerpo sobre las propiedades de las espumas fabricadas y demostrar que superan, junto con los nuevos enfoques, a sus homólogos convencionales. iii) presentar nuevos hallazgos científicos y nuevos enfoques sobre la relación entre las propiedades funcionales y estructurales (porosidad, tamaño y distribución de los poros, etc.) mediante una amplia gama de caracterizaciones. iv) Ofrecer metodologías reproducibles de vanguardia para la síntesis de materiales multi-porosos que puedan aplicarse a diferentes tipos de materiales e inspirar futuros trabajos en la comunidad científica. Este estudio de tesis consta de 6 capítulos. El Capítulo 1 explica brevemente la motivación y los objetivos de la tesis. En este capítulo se expone la información sobre los materiales multi-porosos que se pretenden fabricar y el alcance de la tesis. El Capítulo 2 ofrece una introducción a los materiales multi-porosos y sus métodos de fabricación en perspectiva. Se ha realizado un amplio estudio bibliográfico y desde el pasado hasta el presente se presentan los avances y trabajos recientes realizados en la fabricación de estos materiales. En este capítulo se ha prestado especial atención a la producción de espumas metálicas monomodales, bimodales y jerárquicas mediante métodos de replicación, dealeación, plantillas, sinterización y sus combinaciones. En el Capítulo 3 se explican todas las metodologías, montajes experimentales, materiales, parámetros de funcionamiento y maquinaria/dispositivos seguidos en esta tesis sobre la fabricación y caracterización de materiales y se presenta la información teórica relevante. El Capítulo 4, en primer lugar, resume la literatura necesaria sobre la fabricación de espumas metálicas, la infiltración con el método de replicación, las espumas de aluminio y sus áreas de aplicación, y los métodos de caracterización. También se presenta en este capítulo la extensa revisión de la literatura sobre la relación entre las características microestructurales y las propiedades funcionales de los materiales porosos. Se expone cómo, mediante el método de replicación, se fabricaron espumas de aluminio interconectadas de célula abierta con una distribución monomodal y bimodal del tamaño de los poros. Después de la fabricación, se caracterizaron en detalle las propiedades estructurales (densidad, porosidad, distribución del tamaño de los poros, etc.), el comportamiento del flujo de fluidos (caída de presión, permeabilidad, coeficiente de arrastre, regímenes de flujo, etc.) y el comportamiento térmico (coeficiente de transferencia de calor, conductividad térmica) de las espumas. (coeficiente de transferencia de calor, conductividad térmica) de las espumas. El Capítulo 5 presenta un método novedoso para fabricar espumas de plata con eficacia antibacteriana y distribución jerárquica del tamaño de los poros. Para ello, se ha utilizado la combinación de métodos de templado, replicación y dealeación. Con esta combinación y el diseño adecuado de las metodologías se introdujeron micro-, meso- y macroporos en las estructuras de las espumas. Para comparar las propiedades y el rendimiento de las espumas jerárquicas, se fabricaron espumas de plata con porosidad uniforme mediante el método de replicación y el proceso de sinterización, y espumas de plata con solamente nanoporos mediante el método de dealeación. Se llevaron a cabo estudios de caracterización para todas las espumas fabricadas en el sentido de la distribución del tamaño de los poros, la porosidad, la superficie específica, la eficacia antibacteriana, además de la modelización y la estimación de la superficie específica y la distribución del tamaño de los poros. Además de los pasos de las estrategias experimentales, se presentó una información de fondo detallada sobre los principios rectores de los métodos utilizados en este capítulo. En el Capítulo 6 se evaluaron todos los estudios realizados, se resumieron los resultados y las conclusiones, y se presentaron recomendaciones y estrategias para futuros estudios. / Financial support from the Spanish “Agencia Estatal de Investigación” (AEI) and European Union (FEDER funds) through grant MAT2016-77742-C2-2-P. “Santiago Grisolía” grant (GRISOLIA/2017/187) financed by Generalitat Valenciana.