Nový vývoj v zajištění kvality betonových vozovek může poskytnout důležité informace o kvalitě, trvanlivosti a dodržování hybridních konstrukčních kódů.
Obrázek 1.. Příklady mikrofotografie fluorescenčního mikroskopu betonové pasty při 0,40 m/° C (levý horní roh) a 0,60 w/c (pravý horní roh). Levý dolní obrázek ukazuje zařízení pro měření odporu betonového válce. Dolní pravý obrázek ukazuje vztah mezi odporem objemu a w/c. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Abramův zákon: „Síla kompresní směsi betonové směsi je nepřímo úměrná poměru cementu vody.“
Professor Duff Abrams first described the relationship between water-cement ratio (w/c) and compressive strength in 1918 [1], and formulated what is now called Abram's law: “The compressive strength of concrete Water/cement ratio.” In addition to controlling the compressive strength, the water cement ratio (w/cm) is now favored because it recognizes the replacement of Portland cement with supplementary cementing materials such as fly ash and slag. Je to také klíčový parametr pro trvanlivost betonu. Many studies have shown that concrete mixtures with w/cm lower than ~0.45 are durable in aggressive environments, such as areas exposed to freeze-thaw cycles with deicing salts or areas where there is a high concentration of sulfate in the soil.
Kapilární póry jsou vlastní součástí cementové kaše. Skládají se z prostoru mezi produkty hydratace cementu a nehydratovanými cementovými částicemi, které byly kdysi naplněny vodou. [2] Kapilární póry jsou mnohem jemnější než strhávané nebo uvězněné póry a neměly by se s nimi zaměňovat. Když jsou kapilární póry připojeny, může tekutina z vnějšího prostředí migrovat přes pastu. Tento jev se nazývá penetrace a musí být minimalizován, aby se zajistila trvanlivost. Mikrostruktura odolné betonové směsi je, že póry jsou segmentovány spíše než připojené. K tomu dochází, když je W/cm menší než ~ 0,45.
Although it is notoriously difficult to accurately measure the w/cm of hardened concrete, a reliable method can provide an important quality assurance tool for investigating hardened cast-in-place concrete. Fluorescenční mikroskopie poskytuje roztok. Takto to funguje.
Fluorescenční mikroskopie je technika, která používá epoxidovou pryskyřici a fluorescenční barviva k osvětlení detailů materiálů. Nejčastěji se používá v lékařských vědách a má také důležité aplikace ve vědě o materiálech. Systematické použití této metody v betonu začalo téměř před 40 lety v Dánsku [3]; V severských zemích byl v roce 1991 standardizován pro odhad W/C tvrzeného betonu a byl aktualizován v roce 1999 [4].
To measure the w/cm of cement-based materials (ie concrete, mortar, and grouting), fluorescent epoxy is used to make a thin section or concrete block with a thickness of approximately 25 microns or 1/1000 inch (Figure 2). The process involves The concrete core or cylinder is cut into flat concrete blocks (called blanks) with an area of approximately 25 x 50 mm (1 x 2 inches). Blank je přilepen ke skluzu skleněné, umístěné ve vakuové komoře a epoxidová pryskyřice se zavádí ve vakuu. Jak se zvyšuje w/cm, zvýší se konektivita a počet pórů, takže do pasty pronikne více epoxidu. We examine the flakes under a microscope, using a set of special filters to excite the fluorescent dyes in the epoxy resin and filter out excess signals. Na těchto obrazech představují černé oblasti agregované částice a nehydratované cementové částice. Porozita obou je v podstatě 0%. Jasně zelený kruh je porozita (nikoli poréznost) a porozita je v podstatě 100%. Jednou z těchto rysů je skvrnitá zelená „látka“ pasta (obrázek 2). Jak se zvyšuje w/cm a kapilární porozita betonu, jedinečná zelená barva pasty se stává jasnější a jasnější (viz obrázek 3).
Obrázek 2. Fluorescenční mikrograf vloček ukazující agregované částice, dutiny (V) a pasta. Šířka horizontálního pole je ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Obrázek 3. Fluorescenční mikrofotografie vloček ukazují, že se zvyšováním W/cm se zelená pasta postupně stává jasnějším. Tyto směsi jsou provzdušňovány a obsahují popílek. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Analýza obrazu zahrnuje extrahování kvantitativních dat z obrázků. Používá se v mnoha různých vědeckých oborech, od mikroskopu dálkového průzkumu. Každý pixel v digitálním obrázku se v podstatě stává datovým bodem. Tato metoda nám umožňuje připojit čísla k různým úrovním zeleného jasu pozorovaného na těchto obrázcích. Over the past 20 years or so, with the revolution in desktop computing power and digital image acquisition, image analysis has now become a practical tool that many microscopists (including concrete petrologists) can use. Často používáme analýzu obrazu k měření kapilární porozity kaše. Over time, we found that there is a strong systematic statistical correlation between w/cm and the capillary porosity, as shown in the following figure (Figure 4 and Figure 5) ).
Obrázek 4. Příklad dat získaných z fluorescenčních mikrografů tenkých řezů. Tento graf vykresluje počet pixelů na dané šedé úrovni v jednom fotomikrografu. Tři vrcholy odpovídají agregátům (oranžová křivka), pasta (šedá oblast) a prázdnota (neobsazený vrchol na pravé straně). Křivka pasty umožňuje vypočítat průměrnou velikost pórů a její standardní odchylku. Chunyu Qiao and DRP, Twining Company Figure 5. This graph summarizes a series of w/cm average capillary measurements and 95% confidence intervals in the mixture composed of pure cement, fly ash cement, and natural pozzolan binder. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
V konečné analýze jsou zapotřebí tři nezávislé testy, aby se prokázalo, že beton na místě vyhovuje specifikaci návrhu mixu. Pokud je to možné, získejte vzorky jádra z umístění, která splňují všechna kritéria přijetí, jakož i vzorky z souvisejících umístění. The core from the accepted layout can be used as a control sample, and you can use it as a benchmark for evaluating the compliance of the relevant layout.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI je hlavním litografem DRP, Twining Company. Má více než 25 let profesionálních zkušeností s petrology a osobně si prohlédl více než 10 000 vzorků z více než 2 000 projektů po celém světě. Dr. Chunyu Qiao, hlavní vědec DRP, Twining Company, je vědec geolog a materiály s více než deseti lety zkušeností v oblasti cementování materiálů a přírodních a zpracovaných rockových produktů. Mezi jeho odborné znalosti patří použití obrazové analýzy a fluorescenční mikroskopie ke studiu trvanlivosti betonu se zvláštním důrazem na poškození způsobené deicingovými solimi, alkalickými reakcemi a chemickým útokem v čistírnách odpadních vod.
Čas příspěvku: září-07-2021