Nový vývoj v oblasti zabezpečenia kvality betónových vozoviek môže poskytnúť dôležité informácie o kvalite, trvanlivosti a súlade s hybridnými návrhovými predpismi.
Pri konštrukcii betónovej dlažby sa môžu vyskytnúť havarijné stavy a dodávateľ musí overiť kvalitu a trvanlivosť liateho betónu. Tieto javy zahŕňajú vystavenie dažďu počas procesu liatia, následné nanesenie vytvrdzovacích zmesí, plastické zmršťovanie a praskanie v priebehu niekoľkých hodín po naliatí a problémy s textúrou a vytvrdzovaním betónu. Aj keď sú splnené požiadavky na pevnosť a iné testy materiálu, inžinieri môžu vyžadovať odstránenie a výmenu častí vozovky, pretože sa obávajú, či materiály na mieste spĺňajú špecifikácie návrhu zmesi.
V tomto prípade petrografia a iné doplnkové (ale profesionálne) skúšobné metódy môžu poskytnúť dôležité informácie o kvalite a trvanlivosti betónových zmesí a o tom, či spĺňajú pracovné špecifikácie.
Obrázok 1. Príklady mikroskopických snímok betónovej pasty z fluorescenčného mikroskopu pri 0,40 w/c (ľavý horný roh) a 0,60 w/c (pravý horný roh). Na ľavom dolnom obrázku je znázornené zariadenie na meranie rezistivity betónového valca. Pravý dolný obrázok ukazuje vzťah medzi objemovým odporom a w/c. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Abramov zákon: Pevnosť betónovej zmesi v tlaku je nepriamo úmerná jej pomeru voda-cement.
Profesor Duff Abrams prvýkrát opísal vzťah medzi pomerom voda-cement (w/c) a pevnosťou v tlaku v roku 1918 [1] a sformuloval to, čo sa dnes nazýva Abramov zákon: „Pevnosť betónu v tlaku Pomer voda/cement“. Okrem kontroly pevnosti v tlaku sa teraz uprednostňuje pomer vody a cementu (w/cm), pretože uznáva nahradenie portlandského cementu doplnkovými cementačnými materiálmi, ako je popolček a troska. Je to tiež kľúčový parameter trvanlivosti betónu. Mnohé štúdie ukázali, že betónové zmesi s w/cm nižšou ako ~0,45 sú odolné v agresívnom prostredí, ako sú oblasti vystavené cyklom zmrazovania a rozmrazovania s rozmrazovacími soľami alebo oblasti, kde je vysoká koncentrácia síranov v pôde.
Kapilárne póry sú neoddeliteľnou súčasťou cementovej kaše. Pozostávajú z priestoru medzi produktmi hydratácie cementu a nehydratovanými časticami cementu, ktoré boli kedysi naplnené vodou. [2] Kapilárne póry sú oveľa jemnejšie ako strhnuté alebo zachytené póry a nemali by sa s nimi zamieňať. Keď sú kapilárne póry spojené, tekutina z vonkajšieho prostredia môže migrovať cez pastu. Tento jav sa nazýva penetrácia a musí sa minimalizovať, aby sa zabezpečila trvanlivosť. Mikroštruktúra trvácnej betónovej zmesi spočíva v tom, že póry sú skôr segmentované ako spojené. Stáva sa to, keď je w/cm menej ako ~0,45.
Hoci je známe, že je ťažké presne zmerať w/cm zatvrdnutého betónu, spoľahlivá metóda môže poskytnúť dôležitý nástroj na zabezpečenie kvality pri skúmaní zatvrdnutého betónu na mieste. Fluorescenčná mikroskopia poskytuje riešenie. Takto to funguje.
Fluorescenčná mikroskopia je technika, ktorá využíva epoxidovú živicu a fluorescenčné farbivá na osvetlenie detailov materiálov. Najčastejšie sa používa v lekárskych vedách a má tiež dôležité aplikácie v materiálovej vede. Systematická aplikácia tejto metódy v betóne sa začala takmer pred 40 rokmi v Dánsku [3]; bol štandardizovaný v severských krajinách v roku 1991 na odhad w/c zatvrdnutého betónu a bol aktualizovaný v roku 1999 [4].
Na meranie w/cm materiálov na báze cementu (tj betónu, malty a škárovacej hmoty) sa fluorescenčný epoxid používa na výrobu tenkej časti alebo betónového bloku s hrúbkou približne 25 mikrónov alebo 1/1000 palca (obrázok 2). Proces zahŕňa Betónové jadro alebo valec sa rozreže na ploché betónové bloky (nazývané polotovary) s plochou približne 25 x 50 mm (1 x 2 palce). Polotovar sa nalepí na podložné sklo, umiestni sa do vákuovej komory a vo vákuu sa zavedie epoxidová živica. S nárastom w/cm sa zvýši konektivita a počet pórov, takže do pasty prenikne viac epoxidu. Vločky skúmame pod mikroskopom pomocou sady špeciálnych filtrov na excitáciu fluorescenčných farbív v epoxidovej živici a odfiltrovanie nadbytočných signálov. Na týchto obrázkoch predstavujú čierne oblasti častice kameniva a nehydratované častice cementu. Pórovitosť týchto dvoch je v podstate 0 %. Jasne zelený kruh predstavuje pórovitosť (nie pórovitosť) a pórovitosť je v podstate 100 %. Jedna z týchto vlastností Zelená škvrnitá „látka“ je pasta (obrázok 2). Ako sa w/cm a kapilárna pórovitosť betónu zvyšuje, jedinečná zelená farba pasty sa stáva čoraz jasnejšou (pozri obrázok 3).
Obrázok 2. Fluorescenčná mikrofotografia vločiek zobrazujúca agregované častice, dutiny (v) a pastu. Šírka horizontálneho poľa je ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Obrázok 3. Fluorescenčné mikrofotografie vločiek ukazujú, že ako sa w/cm zvyšuje, zelená pasta sa postupne stáva jasnejšou. Tieto zmesi sú prevzdušnené a obsahujú popolček. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Analýza obrazu zahŕňa extrakciu kvantitatívnych údajov z obrázkov. Používa sa v mnohých rôznych vedeckých oblastiach, od mikroskopu na diaľkové snímanie. Každý pixel v digitálnom obrázku sa v podstate stáva dátovým bodom. Táto metóda nám umožňuje pripojiť čísla k rôznym úrovniam jasu zelenej farby, ktoré sú na týchto obrázkoch. Za posledných približne 20 rokov, s revolúciou vo výkone stolných počítačov a získavaní digitálneho obrazu, sa analýza obrazu stala praktickým nástrojom, ktorý môže používať mnoho mikroskopov (vrátane konkrétnych petrológov). Na meranie kapilárnej pórovitosti kalu často používame obrazovú analýzu. Postupom času sme zistili, že existuje silná systematická štatistická korelácia medzi w/cm a kapilárnou pórovitosťou, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku (obrázok 4 a obrázok 5)).
Obrázok 4. Príklad údajov získaných z fluorescenčných mikrosnímok tenkých rezov. Tento graf zobrazuje počet pixelov pri danej úrovni šedej na jednej mikrofotografii. Tri vrcholy zodpovedajú agregátom (oranžová krivka), paste (sivá plocha) a prázdnote (nevyplnený vrchol úplne vpravo). Krivka pasty umožňuje vypočítať priemernú veľkosť pórov a ich štandardnú odchýlku. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company Obrázok 5. Tento graf sumarizuje sériu w/cm priemerných kapilárnych meraní a 95 % intervalov spoľahlivosti v zmesi zloženej z čistého cementu, popolčekového cementu a prírodného pucolánového spojiva. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
V konečnej analýze sú potrebné tri nezávislé testy, aby sa preukázalo, že betón na stavbe vyhovuje špecifikácii návrhu zmesi. Pokiaľ je to možné, získajte základné vzorky z umiestnení, ktoré spĺňajú všetky kritériá prijatia, ako aj vzorky zo súvisiacich umiestnení. Jadro z akceptovaného rozloženia môže byť použité ako kontrolná vzorka a môžete ho použiť ako benchmark na vyhodnotenie zhody príslušného rozloženia.
Podľa našich skúseností, keď inžinieri so záznamami vidia údaje získané z týchto testov, zvyčajne akceptujú umiestnenie, ak sú splnené ďalšie kľúčové technické charakteristiky (napríklad pevnosť v tlaku). Poskytnutím kvantitatívnych meraní w/cm a faktora formovania môžeme ísť nad rámec testov špecifikovaných pre mnohé úlohy, aby sme dokázali, že daná zmes má vlastnosti, ktoré sa premietnu do dobrej trvanlivosti.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI je hlavným litografom DRP, A Twining Company. Má viac ako 25-ročné profesionálne petrologické skúsenosti a osobne skontroloval viac ako 10 000 vzoriek z viac ako 2 000 projektov po celom svete. Dr. Chunyu Qiao, vedúci vedecký pracovník spoločnosti DRP, Twining Company, je geológ a materiálový vedec s viac ako desaťročnými skúsenosťami v oblasti spájania materiálov a prírodných a spracovaných horninových produktov. Jeho odbornosť zahŕňa použitie analýzy obrazu a fluorescenčnej mikroskopie na štúdium trvanlivosti betónu, s osobitným dôrazom na poškodenie spôsobené rozmrazovacími soľami, alkalicko-kremíkové reakcie a chemické napadnutie v čistiarňach odpadových vôd.
Čas odoslania: 07.09.2021