Nový vývoj v oblasti zabezpečovania kvality betónových vozoviek môže poskytnúť dôležité informácie o kvalite, trvanlivosti a súladu s hybridnými návrhovými normami.
Pri výstavbe betónovej vozovky sa môžu vyskytnúť núdzové situácie a dodávateľ musí overiť kvalitu a trvanlivosť betónu liateho na mieste. Medzi tieto udalosti patrí vystavenie dažďu počas procesu liatia, následná aplikácia vytvrdzovacích zmesí, plastické zmršťovanie a praskanie v priebehu niekoľkých hodín po liatí a problémy s textúrovaním a vytvrdzovaním betónu. Aj keď sú splnené požiadavky na pevnosť a ďalšie skúšky materiálov, inžinieri môžu vyžadovať odstránenie a výmenu častí vozovky, pretože sa obávajú, či materiály na mieste spĺňajú špecifikácie návrhu zmesi.
V tomto prípade môže petrografia a ďalšie doplnkové (ale profesionálne) testovacie metódy poskytnúť dôležité informácie o kvalite a trvanlivosti betónových zmesí a o tom, či spĺňajú pracovné špecifikácie.
Obrázok 1. Príklady mikrofotografií betónovej pasty s hustotou vody (w/c) 0,40 (ľavý horný roh) a 0,60 (pravý horný roh) zhotovených fluorescenčným mikroskopom. Obrázok vľavo dole zobrazuje zariadenie na meranie odporu betónového valca. Obrázok vpravo dole zobrazuje vzťah medzi objemovým odporom a hustotou vody (w/c). Chunyu Qiao a DRP, spoločnosť Twining.
Abramov zákon: „Pevnosť betónovej zmesi v tlaku je nepriamo úmerná jej vodocementovému pomeru.“
Profesor Duff Abrams prvýkrát opísal vzťah medzi vodocementovým súčiniteľom (v/c) a pevnosťou v tlaku v roku 1918 [1] a sformuloval to, čo sa dnes nazýva Abramov zákon: „Pevnosť betónu v tlaku je vodocementový súčiniteľ.“ Okrem regulácie pevnosti v tlaku sa v súčasnosti uprednostňuje vodocementový súčiniteľ (v/cm), pretože umožňuje nahradiť portlandský cement doplnkovými cementovými materiálmi, ako je popolček a troska. Je tiež kľúčovým parametrom trvanlivosti betónu. Mnohé štúdie ukázali, že betónové zmesi s vodocementovým súčiniteľom nižším ako ~0,45 sú odolné v agresívnom prostredí, ako sú oblasti vystavené cyklom mrazu a topenia s rozmrazovacími soľami alebo oblasti s vysokou koncentráciou síranov v pôde.
Kapilárne póry sú neoddeliteľnou súčasťou cementovej suspenzie. 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 odolnej betónovej zmesi spočíva v tom, že póry sú skôr segmentované ako spojené. Toto sa deje, keď je súčiniteľ vody/cm menší ako ~0,45.
Hoci je notoricky ťažké presne zmerať súčiniteľ vody/cm stvrdnutého betónu, spoľahlivá metóda môže poskytnúť dôležitý nástroj na zabezpečenie kvality pri skúmaní stvrdnutého liateho betónu. 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 uplatnenie v materiálovej vede. Systematické používanie tejto metódy v betóne sa začalo takmer pred 40 rokmi v Dánsku [3]; v severských krajinách bola štandardizovaná v roku 1991 na odhad vodného súčiniteľa (w/c) zatvrdnutého betónu a aktualizovaná v roku 1999 [4].
Na meranie w/cm materiálov na báze cementu (t. j. betónu, malty a zálievkovej hmoty) sa používa fluorescenčný epoxid na výrobu tenkého rezu alebo betónového bloku s hrúbkou približne 25 mikrónov alebo 1/1000 palca (obrázok 2). Proces zahŕňa: Betónové jadro alebo valec sa nareže na ploché betónové bloky (nazývané polotovary) s plochou približne 25 x 50 mm (1 x 2 palce). Polotovar sa nalepí na podložné sklíčko, umiestni sa do vákuovej komory a pod vákuom sa zavádza epoxidová živica. S rastúcim w/cm sa zvyšuje konektivita a počet pórov, takže do pasty preniká viac epoxidu. Vločky skúmame pod mikroskopom pomocou sady špeciálnych filtrov na excitáciu fluorescenčných farbív v epoxidovej živici a odfiltrovanie prebytočných signálov. Na týchto obrázkoch čierne oblasti predstavujú častice kameniva a nehydratované častice cementu. Pórovitosť oboch je v podstate 0 %. Jasne zelený kruh predstavuje pórovitosť (nie pórovitosť) a pórovitosť je v podstate 100 %. Jednou z týchto vlastností je škvrnitá zelená „hmota“ pasta (obrázok 2). S rastúcim pomerom vody a vlhkosti (w/cm) a kapilárnou pórovitosťou betónu sa jedinečná zelená farba pasty stáva 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, spoločnosť Twining
Obrázok 3. Fluorescenčné mikrofotografie vločiek ukazujú, že so zvyšujúcim sa pomerom vody a hustoty (w/cm) sa zelená pasta postupne stáva jasnejšou. Tieto zmesi sú prevzdušnené a obsahujú popolček. Chunyu Qiao a DRP, spoločnosť Twining.
Analýza obrazu zahŕňa extrakciu kvantitatívnych údajov z obrázkov. Používa sa v mnohých rôznych vedeckých oblastiach, od diaľkového prieskumu Zeme až po mikroskop. Každý pixel v digitálnom obraze sa v podstate stáva dátovým bodom. Táto metóda nám umožňuje priradiť čísla k rôznym úrovniam jasu zelenej farby, ktoré sú viditeľné na týchto obrázkoch. Za posledných približne 20 rokov, s revolúciou vo výkone stolových počítačov a digitálnom snímaní obrazu, sa analýza obrazu stala praktickým nástrojom, ktorý môže používať mnoho mikroskopistov (vrátane petrológov špecializujúcich sa na betón). Analýzu obrazu často používame na meranie kapilárnej pórovitosti suspenzie. 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 mikrofotografií tenkých rezov. Tento graf zobrazuje počet pixelov pri danej úrovni sivej na jednej mikrofotografii. Tri píky zodpovedajú agregátom (oranžová krivka), paste (sivá oblasť) a dutinám (nevyplnený pík 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 priemerných kapilárnych meraní w/cm a 95 % intervaly spoľahlivosti v zmesi zloženej z čistého cementu, popolčekového cementu a prírodného puzolánového spojiva. Chunyu Qiao a DRP, spoločnosť Twining Company
V konečnej analýze sú potrebné tri nezávislé testy, aby sa preukázalo, že betón na mieste zodpovedá špecifikácii návrhu zmesi. Pokiaľ je to možné, získajte vzorky jadra z umiestnení, ktoré spĺňajú všetky kritériá prijateľnosti, ako aj vzorky zo súvisiacich umiestnení. Vzorka jadra z akceptovaného rozmiestnenia sa môže použiť ako kontrolná vzorka a môžete ju použiť ako referenčnú hodnotu na vyhodnotenie súladu príslušného rozmiestnenia.
Podľa našich skúseností, keď inžinieri s výsledkami vidia údaje získané z týchto testov, zvyčajne akceptujú umiestnenie, ak sú splnené ďalšie kľúčové inžinierske charakteristiky (ako napríklad pevnosť v tlaku). Poskytnutím kvantitatívnych meraní vodného pomeru vody a tvarovacieho faktora môžeme ísť nad rámec testov špecifikovaných pre mnohé projekty a dokázať, že daná zmes má vlastnosti, ktoré sa prejavia v dobrej trvanlivosti.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI je hlavným litografom spoločnosti DRP, spoločnosti Twining Company. Má viac ako 25 rokov profesionálnych petrologických skúseností a osobne skontroloval viac ako 10 000 vzoriek z viac ako 2 000 projektov po celom svete. Dr. Chunyu Qiao, hlavný vedec spoločnosti DRP, spoločnosti Twining Company, je geológ a materiálový vedec s viac ako desaťročnými skúsenosťami s cementovaním materiálov a prírodných a spracovaných hornín. Jeho odbornosť zahŕňa použitie obrazovej analýzy a fluorescenčnej mikroskopie na štúdium trvanlivosti betónu so zameraním na poškodenie spôsobené rozmrazovacími soľami, alkalickými a kremíkovými reakciami a chemickým pôsobením v čistiarňach odpadových vôd.
Čas uverejnenia: 7. septembra 2021