Nov razvoj pri zagotavljanju kakovosti betonskih tlakov lahko zagotovi pomembne informacije o kakovosti, trajnosti in skladnosti s kodami hibridnega oblikovanja.
Pri gradnji betonskega tlaka se lahko pojavijo nujni primeri, izvajalec pa mora preveriti kakovost in vzdržljivost vlitega betona. Ti dogodki vključujejo izpostavljenost dežju med postopkom vlivanja, po nanosu utrjevalnih spojin, plastično krčenje in razpoke v urah v nekaj urah po vlivanju ter težave s teksturo in utrjevanjem betona. Tudi če so zahteve glede trdnosti in drugi preskusi materialov izpolnjeni, lahko inženirji zahtevajo odstranitev in zamenjavo delov pločnikov, ker jih skrbi, ali materiali na kraju samem ustrezajo specifikacijam načrtovanja mešanice.
V tem primeru lahko petrografija in druge komplementarne (vendar strokovne) preskusne metode zagotovijo pomembne informacije o kakovosti in trajnosti betonskih mešanic ter o tem, ali ustrezajo delovnim specifikacijam.
Slika 1. Primeri mikrofotografij betonske paste s fluorescenčnim mikroskopom pri 0,40 w/c (zgornji levi kot) in 0,60 w/c (zgornji desni kot). Spodnja leva slika prikazuje napravo za merjenje upornosti betonskega valja. Spodnja desna slika prikazuje razmerje med volumsko upornostjo in w/c. Chunyu Qiao in DRP, twinning podjetje
Abramov zakon: "Tlačna trdnost betonske mešanice je obratno sorazmerna z vodocementnim razmerjem."
Profesor Duff Abrams je leta 1918 prvi opisal razmerje med vodocementnim razmerjem (w/c) in tlačno trdnostjo [1] ter formuliral, kar se danes imenuje Abramov zakon: »Tlačna trdnost betona Razmerje voda/cement«. Poleg nadzora tlačne trdnosti je zdaj prednostno razmerje med vodocementom (w/cm), ker priznava zamenjavo portlandskega cementa z dodatnimi materiali za cementiranje, kot sta elektrofiltrski pepel in žlindra. Je tudi ključni parameter trajnosti betona. Številne študije so pokazale, da so betonske mešanice z w/cm nižjo od ~0,45 vzdržljive v agresivnih okoljih, kot so območja, ki so izpostavljena ciklom zamrzovanja in odmrzovanja s solmi za odmrzovanje, ali območja, kjer je v tleh visoka koncentracija sulfata.
Kapilarne pore so sestavni del cementne brozge. Sestavljeni so iz prostora med produkti hidratacije cementa in nehidratiziranimi delci cementa, ki so bili nekoč napolnjeni z vodo. [2] Kapilarne pore so veliko manjše od vnesenih ali ujetih por in jih ne smemo zamenjevati z njimi. Ko so kapilarne pore povezane, lahko tekočina iz zunanjega okolja migrira skozi pasto. Ta pojav se imenuje penetracija in ga je treba čim bolj zmanjšati, da se zagotovi trajnost. Mikrostruktura obstojne betonske mešanice je, da so pore segmentirane in ne povezane. To se zgodi, ko je w/cm manj kot ~0,45.
Čeprav je znano, da je težko natančno izmeriti w/cm strjenega betona, lahko zanesljiva metoda zagotovi pomembno orodje za zagotavljanje kakovosti za preiskavo strjenega ulitega betona. Rešitev ponuja fluorescenčna mikroskopija. Tako to deluje.
Fluorescenčna mikroskopija je tehnika, ki uporablja epoksi smolo in fluorescentna barvila za osvetlitev podrobnosti materialov. Najpogosteje se uporablja v medicinskih znanostih, pomembne aplikacije pa ima tudi v znanosti o materialih. Sistematična uporaba te metode v betonu se je začela pred skoraj 40 leti na Danskem [3]; standardiziran je bil v nordijskih državah leta 1991 za ocenjevanje w/c utrjenega betona in je bil posodobljen leta 1999 [4].
Za merjenje w/cm materialov na osnovi cementa (tj. betona, malte in fugirne mase) se uporabi fluorescentni epoksid za izdelavo tankega profila ali betonskega bloka debeline približno 25 mikronov ali 1/1000 palca (slika 2). Postopek vključuje Betonsko jedro ali valj je razrezan na ploščate betonske bloke (imenovane surovci) s površino približno 25 x 50 mm (1 x 2 palca). Obdelavo prilepimo na predmetno stekelce, postavimo v vakuumsko komoro in pod vakuumom vnesemo epoksidno smolo. Ko se w/cm poveča, se bo povezljivost in število por povečala, zato bo več epoksida prodrlo v pasto. Kosmiče pregledamo pod mikroskopom z uporabo nabora posebnih filtrov za vzbujanje fluorescenčnih barvil v epoksi smoli in filtriranje odvečnih signalov. Na teh slikah črna območja predstavljajo agregatne delce in nehidrirane delce cementa. Poroznost obeh je v bistvu 0%. Svetlo zelen krog je poroznost (ne poroznost), poroznost pa je v bistvu 100 %. Ena od teh značilnosti Pegasta zelena "snov" je pasta (slika 2). Ko se w/cm in kapilarna poroznost betona povečujeta, postaja edinstvena zelena barva paste vedno svetlejša (glej sliko 3).
Slika 2. Fluorescenčna mikrofotografija kosmičev, ki prikazuje agregirane delce, praznine (v) in pasto. Širina horizontalnega polja je ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao in DRP, twinning podjetje
Slika 3. Fluorescenčne mikrofotografije kosmičev kažejo, da z naraščanjem w/cm zelena pasta postopoma postaja svetlejša. Te mešanice so zračne in vsebujejo elektrofiltrski pepel. Chunyu Qiao in DRP, twinning podjetje
Analiza slike vključuje pridobivanje kvantitativnih podatkov iz slik. Uporablja se na številnih različnih znanstvenih področjih, od mikroskopa za daljinsko zaznavanje. Vsaka slikovna pika v digitalni sliki v bistvu postane podatkovna točka. Ta metoda nam omogoča, da dodamo številke različnim stopnjam svetlosti zelene barve, ki jih vidimo na teh slikah. V zadnjih približno 20 letih je z revolucijo v namizni računalniški moči in pridobivanju digitalnih slik analiza slik zdaj postala praktično orodje, ki ga lahko uporabljajo številni mikroskopisti (vključno s konkretnimi petrologi). Za merjenje kapilarne poroznosti gnojevke pogosto uporabljamo slikovno analizo. Sčasoma smo ugotovili, da obstaja močna sistematična statistična korelacija med w/cm in kapilarno poroznostjo, kot je prikazano na naslednji sliki (slika 4 in slika 5).
Slika 4. Primer podatkov, pridobljenih s fluorescenčnimi mikrofotografijami tankih rezov. Ta graf prikazuje število slikovnih pik pri dani sivini v eni mikrofotografiji. Trije vrhovi ustrezajo agregatom (oranžna krivulja), pasti (sivo območje) in praznini (nezapolnjen vrh na skrajni desni strani). Krivulja paste omogoča izračun povprečne velikosti por in njenega standardnega odklona. Chunyu Qiao in DRP, podjetje Twining Slika 5. Ta graf povzema niz povprečnih kapilarnih meritev w/cm in 95-odstotne intervale zaupanja v mešanici, sestavljeni iz čistega cementa, cementa iz letečega pepela in naravnega pucolanskega veziva. Chunyu Qiao in DRP, twinning podjetje
V končni analizi so potrebni trije neodvisni testi, da se dokaže, da je beton na gradbišču skladen s specifikacijo zasnove mešanice. Kolikor je mogoče, pridobite osnovne vzorce iz umestitev, ki izpolnjujejo vsa merila sprejemljivosti, kot tudi vzorce iz sorodnih umestitev. Jedro iz sprejete postavitve lahko uporabite kot kontrolni vzorec in ga lahko uporabite kot merilo uspešnosti za ocenjevanje skladnosti ustrezne postavitve.
Po naših izkušnjah inženirji z evidenco vidijo podatke, pridobljene s temi preskusi, običajno sprejmejo namestitev, če so izpolnjene druge ključne tehnične značilnosti (kot je tlačna trdnost). Z zagotavljanjem kvantitativnih meritev w/cm in faktorja tvorbe lahko presežemo teste, določene za številna delovna mesta, da dokažemo, da ima zadevna mešanica lastnosti, ki se bodo prenesle v dobro obstojnost.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI je glavni litograf podjetja DRP, Twining Company. Ima več kot 25 let poklicnih petroloških izkušenj in je osebno pregledal več kot 10.000 vzorcev iz več kot 2.000 projektov po vsem svetu. Dr. Chunyu Qiao, glavni znanstvenik DRP, twinning podjetja, je geolog in znanstvenik z več kot desetimi leti izkušenj na področju cementiranja materialov ter izdelkov iz naravnih in predelanih kamnin. Njegovo strokovno znanje vključuje uporabo analize slik in fluorescenčne mikroskopije za preučevanje trajnosti betona, s posebnim poudarkom na škodi, ki jo povzročijo soli za odmrzovanje, reakcije alkalij in silicija ter kemični napadi v čistilnih napravah.
Čas objave: 7. september 2021