Nauji betoninių dangų kokybės užtikrinimo pokyčiai gali suteikti svarbios informacijos apie kokybę, ilgaamžiškumą ir atitiktį hibridinio projektavimo kodeksams.
Betono dangos įrengimo metu gali pasitaikyti avarinių situacijų, todėl rangovas turi patikrinti vietoje liejamo betono kokybę ir ilgaamžiškumą. Šie įvykiai apima lietaus poveikį liejimo metu, kietinimo mišinių panaudojimą po betono užtepimo, plastinį susitraukimą ir įtrūkimus per kelias valandas po liejimo, taip pat betono tekstūros ir kietėjimo problemas. Net jei stiprumo reikalavimai ir kiti medžiagų bandymai yra įvykdyti, inžinieriai gali pareikalauti pašalinti ir pakeisti dangos dalis, nes jie nerimauja, ar vietoje pagamintos medžiagos atitinka mišinio projektavimo specifikacijas.
Šiuo atveju petrografija ir kiti papildomi (bet profesionalūs) bandymų metodai gali suteikti svarbios informacijos apie betono mišinių kokybę ir ilgaamžiškumą bei tai, ar jie atitinka darbo specifikacijas.
1 pav. Betono pastos, kurios tankis yra 0,40 w/c (viršutinis kairysis kampas) ir 0,60 w/c (viršutinis dešinysis kampas), fluorescencinio mikroskopo mikrografijų pavyzdžiai. Apatiniame kairiajame paveikslėlyje parodytas betono cilindro varžos matavimo įrenginys. Apatiniame dešiniajame paveikslėlyje parodytas tūrinės varžos ir w/c santykis. „Chunyu Qiao“ ir DRP, „Twining“ įmonė.
Abramo dėsnis: „Betono mišinio gniuždymo stipris yra atvirkščiai proporcingas jo vandens ir cemento santykiui.“
Profesorius Duffas Abramsas pirmasis aprašė vandens ir cemento santykio (w/c) ir gniuždymo stiprio sąryšį 1918 m. [1] ir suformulavo tai, kas dabar vadinama Abramo dėsniu: „Betono gniuždymo stipris – vandens ir cemento santykis“. Be gniuždymo stiprio kontrolės, vandens ir cemento santykis (w/cm) dabar yra pageidaujamas, nes jis atpažįsta portlandcemenčio pakeitimą papildomomis cementavimo medžiagomis, tokiomis kaip lakieji pelenai ir šlakas. Tai taip pat yra pagrindinis betono ilgaamžiškumo parametras. Daugelis tyrimų parodė, kad betono mišiniai, kurių w/cm mažesnis nei ~0,45, yra patvarūs agresyvioje aplinkoje, pavyzdžiui, vietose, kuriose vyksta užšalimo ir atšildymo ciklai su apledėjimą mažinančiomis druskomis, arba vietose, kuriose dirvožemyje yra didelė sulfatų koncentracija.
Kapiliarinės poros yra neatsiejama cemento mišinio dalis. Jas sudaro erdvė tarp cemento hidratacijos produktų ir nehidratuotų cemento dalelių, kurios kažkada buvo užpildytos vandeniu. [2] Kapiliarinės poros yra daug smulkesnės nei įtrauktos ar įstrigusios poros ir jų nereikėtų painioti su jomis. Kai kapiliarinės poros yra sujungtos, skystis iš išorinės aplinkos gali migruoti per pastą. Šis reiškinys vadinamas prasiskverbimu ir turi būti sumažintas iki minimumo, siekiant užtikrinti patvarumą. Patvaraus betono mišinio mikrostruktūra pasižymi segmentuotomis, o ne sujungtomis poromis. Tai atsitinka, kai w/cm yra mažesnis nei ~0,45.
Nors tiksliai išmatuoti sukietėjusio betono w/cm yra labai sunku, patikimas metodas gali būti svarbi kokybės užtikrinimo priemonė tiriant sukietėjusį monolitinį betoną. Fluorescencinė mikroskopija siūlo sprendimą. Štai kaip ji veikia.
Fluorescencinė mikroskopija – tai technika, kurios metu medžiagų detalėms apšviesti naudojamos epoksidinės dervos ir fluorescenciniai dažai. Ji dažniausiai naudojama medicinos moksluose, taip pat turi svarbių pritaikymų medžiagų moksle. Sistemingas šio metodo taikymas betonui prasidėjo beveik prieš 40 metų Danijoje [3]; Šiaurės šalyse jis buvo standartizuotas 1991 m., siekiant įvertinti sukietėjusio betono vandens ir cemento santykį, ir atnaujintas 1999 m. [4].
Norint išmatuoti cemento pagrindo medžiagų (t. y. betono, skiedinio ir glaisto) w/cm santykį, naudojama fluorescencinė epoksidinė derva, kurios storis yra maždaug 25 mikronai arba 1/1000 colio (2 pav.). Proceso metu betono šerdis arba cilindras supjaustomas į plokščius betono blokus (vadinamus ruošiniais), kurių plotas yra maždaug 25 x 50 mm (1 x 2 coliai). Ruošinys priklijuojamas prie stiklinio stiklelio, dedamas į vakuuminę kamerą ir vakuume įleidžiama epoksidinė derva. Didėjant w/cm santykiui, didėja porų sujungiamumas ir skaičius, todėl į pastą prasiskverbs daugiau epoksidinės dervos. Dribsnius tiriame mikroskopu, naudodami specialius filtrus, kad sužadintume fluorescencinius dažus epoksidinėje dervoje ir išfiltruotume perteklinius signalus. Šiuose vaizduose juodos sritys žymi užpildo daleles ir nehidratuotas cemento daleles. Abiejų poringumas iš esmės yra 0 %. Ryškiai žalias apskritimas yra poringumas (ne poringumas), o poringumas iš esmės yra 100 %. Viena iš šių savybių yra taškuota žalia „medžiaga“ – pasta (2 pav.). Didėjant betono w/cm ir kapiliariniam poringumui, unikali žalia pastos spalva tampa vis ryškesnė (žr. 3 pav.).
2 pav. Dribsnių fluorescencinė mikrografija, kurioje matyti susikaupusios dalelės, tuštumos (v) ir pasta. Horizontalaus lauko plotis yra ~1,5 mm. „Chunyu Qiao“ ir DRP, „Twining“ įmonė.
3 pav. Dribsnių fluorescencinės mikrografijos rodo, kad didėjant w/cm, žalia pasta palaipsniui tampa šviesesnė. Šie mišiniai yra aeruoti ir juose yra lakiųjų pelenų. „Chunyu Qiao“ ir DRP, „Twining“ įmonė.
Vaizdų analizė apima kiekybinių duomenų išgavimą iš vaizdų. Ji naudojama daugelyje skirtingų mokslo sričių, pradedant nuotolinio stebėjimo mikroskopu. Kiekvienas skaitmeninio vaizdo pikselis iš esmės tampa duomenų tašku. Šis metodas leidžia mums priskirti skaičius skirtingiems žalios spalvos ryškumo lygiams, matomiems šiuose vaizduose. Per pastaruosius 20 metų ar panašiai, atsiradus stalinių kompiuterių galios ir skaitmeninio vaizdų gavimo revoliucijai, vaizdų analizė tapo praktiniu įrankiu, kurį gali naudoti daugelis mikroskopų (įskaitant betono petrologus). Dažnai vaizdų analizę naudojame suspensijos kapiliariniam poringumui matuoti. Laikui bėgant nustatėme, kad yra stipri sisteminė statistinė koreliacija tarp w/cm ir kapiliarinio poringumo, kaip parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje (4 ir 5 paveikslai).
4 pav. Duomenų, gautų iš plonų pjūvių fluorescencinių mikrografijų, pavyzdys. Šiame grafike pavaizduotas pikselių skaičius tam tikrame pilkos spalvos lygmenyje vienoje fotomikrografijoje. Trys pikai atitinka užpildus (oranžinė kreivė), pastą (pilka sritis) ir tuštumą (neužpildyta pikas tolimame dešiniajame kampe). Pastos kreivė leidžia apskaičiuoti vidutinį porų dydį ir jo standartinį nuokrypį. Chunyu Qiao ir DRP, „Twining Company“. 5 pav. Šiame grafike apibendrinta w/cm vidutinių kapiliarinių matavimų ir 95 % pasikliautinių intervalų serija mišinyje, sudarytame iš gryno cemento, lakiųjų pelenų cemento ir natūralaus pucolano rišiklio. Chunyu Qiao ir DRP, „Twining Company“.
Galiausiai, norint įrodyti, kad betonas statybvietėje atitinka mišinio projektavimo specifikacijas, reikia atlikti tris nepriklausomus bandymus. Kiek įmanoma, rinkitės kernų mėginius iš aikštelių, kurios atitinka visus priėmimo kriterijus, taip pat iš susijusių aikštelių. Priimto maketo kernas gali būti naudojamas kaip kontrolinis mėginys, kurį galite naudoti kaip etaloną vertindami atitinkamo maketo atitiktį.
Mūsų patirtis rodo, kad inžinieriai, turintys įrašų, mato iš šių bandymų gautus duomenis, paprastai sutinka su mišinio išdėstymu, jei tenkinamos kitos svarbios inžinerinės charakteristikos (pvz., gniuždymo stipris). Pateikdami kiekybinius w/cm ir formavimosi koeficiento matavimus, galime atlikti daugiau nei daugeliui darbų nurodytus bandymus ir įrodyti, kad atitinkamas mišinys turi savybių, kurios užtikrins gerą patvarumą.
Davidas Rothsteinas, Ph.D., PG, FACI, yra vyriausiasis „DRP“, „Twining“ įmonės, litografas. Jis turi daugiau nei 25 metų profesionalios petrologo patirties ir asmeniškai apžiūrėjo daugiau nei 10 000 mėginių iš daugiau nei 2 000 projektų visame pasaulyje. Dr. Chunyu Qiao, vyriausiasis „DRP“, „Twining“ įmonės, mokslininkas, yra geologas ir medžiagų mokslininkas, turintis daugiau nei dešimties metų patirtį cementuojant medžiagas ir natūralius bei perdirbtus uolienų produktus. Jo specializacija apima vaizdų analizės ir fluorescencinės mikroskopijos naudojimą betono patvarumui tirti, ypatingą dėmesį skiriant žalai, kurią sukelia apledėjimo tirpdymo druskos, šarmų ir silicio reakcijos bei cheminė ataka nuotekų valymo įrenginiuose.
Įrašo laikas: 2021 m. rugsėjo 7 d.