Нови развој у обезбеђивању квалитета бетонских коловоза може пружити важне информације о квалитету, издржљивости и усклађености са хибридним прописима о пројектовању.
Изградња бетонског коловоза може довести до ванредних ситуација, а извођач радова мора да провери квалитет и издржљивост бетона ливеног на лицу места. Ови догађаји укључују излагање киши током процеса изливања, накнадно наношење средстава за негу, пластично скупљање и пуцање у року од неколико сати након изливања, као и проблеме са текстурирањем и негувањем бетона. Чак и ако су испуњени захтеви за чврстоћу и друга испитивања материјала, инжењери могу захтевати уклањање и замену делова коловоза јер су забринути да ли материјали на лицу места испуњавају спецификације пројектоване мешавине.
У овом случају, петрографија и друге комплементарне (али професионалне) методе испитивања могу пружити важне информације о квалитету и трајности бетонских мешавина и о томе да ли оне испуњавају радне спецификације.
Слика 1. Примери флуоресцентних микроскопских фотографија бетонске пасте при 0,40 w/c (горњи леви угао) и 0,60 w/c (горњи десни угао). Доња лева слика приказује уређај за мерење отпорности бетонског цилиндра. Доња десна слика приказује везу између запреминске отпорности и w/c. Чунју Ћиао и DRP, компанија Твининг
Абрамов закон: „Чврстоћа бетонске мешавине на притисак је обрнуто пропорционална њеном односу вода-цемент.“
Професор Даф Абрамс је први описао везу између односа вода-цемент (в/ц) и чврстоће на притисак 1918. године [1] и формулисао оно што се сада назива Абрамов закон: „Чврстоћа бетона на притисак је однос вода/цемент.“ Поред контроле чврстоће на притисак, однос вода-цемент (в/цм) је сада фаворизован јер препознаје замену портланд цемента додатним материјалима за цементирање као што су пепео и згура. Такође је кључни параметар трајности бетона. Многе студије су показале да су бетонске мешавине са в/цм нижим од ~0,45 издржљиве у агресивним срединама, као што су подручја изложена циклусима смрзавања и одмрзавања са солима за одмрзавање или подручја где постоји висока концентрација сулфата у земљишту.
Капиларне поре су саставни део цементне каше. Оне се састоје од простора између производа хидратације цемента и нехидрираних честица цемента које су некада биле испуњене водом. [2] Капиларне поре су много финије од увучених или заробљених пора и не треба их мешати са њима. Када су капиларне поре повезане, течност из спољашње средине може да мигрира кроз пасту. Овај феномен се назива пенетрација и мора се свести на минимум како би се осигурала издржљивост. Микроструктура трајне бетонске мешавине је таква да су поре сегментиране, а не повезане. То се дешава када је w/cm мањи од ~0,45.
Иако је познато да је тешко прецизно измерити w/cm очврслог бетона, поуздана метода може пружити важан алат за осигурање квалитета при испитивању очврслог бетона ливеног на лицу места. Флуоресцентна микроскопија пружа решење. Ево како то функционише.
Флуоресцентна микроскопија је техника која користи епоксидну смолу и флуоресцентне боје за осветљавање детаља материјала. Најчешће се користи у медицинским наукама, а има и важне примене у науци о материјалима. Систематска примена ове методе у бетону почела је пре скоро 40 година у Данској [3]; стандардизована је у нордијским земљама 1991. године за процену водоцементног односа очврслог бетона, а ажурирана је 1999. године [4].
За мерење w/cm материјала на бази цемента (тј. бетона, малтера и фугирања), користи се флуоресцентни епоксид за израду танког пресека или бетонског блока дебљине приближно 25 микрона или 1/1000 инча (слика 2). Процес укључује следеће: Бетонско језгро или цилиндар се сече на равне бетонске блокове (зване бланк) површине приближно 25 x 50 мм (1 x 2 инча). Бланк се лепи на стаклену плочицу, ставља у вакуумску комору, а епоксидна смола се уводи под вакуумом. Како се w/cm повећава, повезаност и број пора ће се повећавати, па ће више епоксидне смоле продрети у пасту. Пахуљице испитујемо под микроскопом, користећи сет посебних филтера за побуђивање флуоресцентних боја у епоксидној смоли и филтрирање вишка сигнала. На овим сликама, црне области представљају честице агрегата и нехидриране честице цемента. Порозност ова два је у основи 0%. Светло зелени круг је порозност (не порозност), а порозност је у основи 100%. Једна од ових карактеристика. Пегава зелена „супстанца“ је паста (слика 2). Како се однос воде/цм и капиларна порозност бетона повећавају, јединствена зелена боја пасте постаје све светлија и светлија (видети слику 3).
Слика 2. Флуоресцентна микрографија пахуљица која приказује агрегиране честице, шупљине (v) и пасту. Ширина хоризонталног поља је ~ 1,5 mm. Чунју Ћиао и DRP, компанија Твининг
Слика 3. Флуоресцентне микрографије пахуљица показују да како се однос воде/цм повећава, зелена паста постепено постаје светлија. Ове смеше су аериране и садрже летећи пепео. Чунју Ћиао и DRP, компанија Твининг
Анализа слике подразумева издвајање квантитативних података из слика. Користи се у многим различитим научним областима, од даљинског детектовања до микроскопа. Сваки пиксел на дигиталној слици у суштини постаје тачка података. Ова метода нам омогућава да додамо бројеве различитим нивоима зелене осветљености који се виде на овим сликама. Током протеклих 20 година, са револуцијом у снази десктоп рачунара и дигиталном снимању слика, анализа слике је сада постала практичан алат који многи микроскописти (укључујући и петрологе који се баве бетоном) могу да користе. Често користимо анализу слике за мерење капиларне порозности суспензије. Временом смо открили да постоји јака систематска статистичка корелација између w/cm и капиларне порозности, као што је приказано на следећој слици (слика 4 и слика 5).
Слика 4. Пример података добијених флуоресцентним микрографијама танких пресека. Овај график приказује број пиксела на датом нивоу сиве на једној фотомикрографији. Три врха одговарају агрегатима (наранџаста крива), пасти (сива област) и шупљинама (непопуњен врх на крајњој десној страни). Крива пасте омогућава израчунавање просечне величине пора и њене стандардне девијације. Чунју Ћиао и ДРП, компанија Твининг. Слика 5. Овај график сумира низ просечних капиларних мерења w/cm и 95% интервала поверења у смеши састављеној од чистог цемента, цемента од летећег пепела и природног пуцоланског везива. Чунју Ћиао и ДРП, компанија Твининг.
У коначној анализи, потребна су три независна испитивања како би се доказало да бетон на градилишту испуњава спецификације пројекта мешавине. Колико год је то могуће, узмите узорке језгра са места која испуњавају све критеријуме прихватљивости, као и узорке са сродних места. Језгро са прихваћеног распореда може се користити као контролни узорак, а можете га користити као референтну вредност за процену усклађености релевантног распореда.
По нашем искуству, када инжењери са евиденцијом виде податке добијене овим тестовима, они обично прихватају постављање ако су задовољене и друге кључне инжењерске карактеристике (као што је чврстоћа на притисак). Обезбеђивањем квантитативних мерења w/cm и фактора формирања, можемо ићи даље од тестова наведених за многе послове како бисмо доказали да дотична смеша има својства која ће се претворити у добру издржљивост.
Дејвид Ротштајн, доктор наука, члан Америчког института за истрагу уметности, главни је литограф компаније DRP, компаније Twining. Има више од 25 година професионалног искуства као петролог и лично је прегледао више од 10.000 узорака из више од 2.000 пројеката широм света. Др Чунју Ћиао, главни научник компаније DRP, компаније Twining, је геолог и научник за материјале са више од десет година искуства у цементирању материјала и природних и прерађених камених производа. Његова стручност укључује употребу анализе слика и флуоресцентне микроскопије за проучавање трајности бетона, са посебним нагласком на оштећења узрокована солима за одмрзавање, алкално-силицијумским реакцијама и хемијским нападима у постројењима за пречишћавање отпадних вода.
Време објаве: 07.09.2021.