Nový vývoj v zajišťování kvality betonových vozovek může poskytnout důležité informace o kvalitě, trvanlivosti a souladu s hybridními konstrukčními předpisy.
Při stavbě betonové vozovky se mohou vyskytnout havarijní stavy a dodavatel musí ověřit kvalitu a trvanlivost betonu litého na místě. Tyto události zahrnují vystavení dešti během procesu lití, po aplikaci vytvrzovacích směsí, plastické smršťování a praskání během několika hodin po nalití a problémy se strukturováním a vytvrzováním betonu. I když jsou splněny požadavky na pevnost a další materiálové testy, mohou inženýři vyžadovat odstranění a výměnu částí vozovky, protože se obávají, zda materiály na místě splňují specifikace návrhu směsi.
V tomto případě mohou petrografie a další doplňkové (ale profesionální) zkušební metody poskytnout důležité informace o kvalitě a trvanlivosti betonových směsí a o tom, zda splňují pracovní specifikace.
Obrázek 1. Příklady mikroskopických snímků betonové pasty z fluorescenčního mikroskopu při 0,40 w/c (levý horní roh) a 0,60 w/c (pravý horní roh). Na obrázku vlevo dole je zařízení pro měření měrného odporu betonového válce. Obrázek vpravo dole ukazuje vztah mezi objemovým odporem a w/c. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Abramův zákon: "Pevnost betonové směsi v tlaku je nepřímo úměrná jejímu poměru voda-cement."
Profesor Duff Abrams poprvé popsal vztah mezi poměrem voda-cement (w/c) a pevností v tlaku v roce 1918 [1] a formuloval to, co se dnes nazývá Abramův zákon: „Pevnost betonu v tlaku Poměr voda/cement“. Kromě řízení pevnosti v tlaku je nyní upřednostňován poměr vodního cementu (w/cm), protože uznává nahrazení portlandského cementu doplňkovými cementačními materiály, jako je popílek a struska. Je to také klíčový parametr trvanlivosti betonu. Mnoho studií ukázalo, že betonové směsi s w/cm nižší než ~0,45 jsou odolné v agresivním prostředí, jako jsou oblasti vystavené cyklům zmrazování a rozmrazování s rozmrazovacími solemi nebo oblasti, kde je vysoká koncentrace síranů v půdě.
Kapilární póry jsou nedílnou součástí cementové kaše. Skládají se z prostoru mezi produkty hydratace cementu a nehydratovanými částicemi cementu, které byly kdysi naplněny vodou. [2] Kapilární póry jsou mnohem jemnější než strhávané nebo zachycené póry a neměly by se s nimi zaměňovat. Když jsou kapilární póry propojeny, může tekutina z vnějšího prostředí migrovat pastou. Tento jev se nazývá penetrace a musí být minimalizován, aby byla zajištěna trvanlivost. Mikrostruktura odolné betonové směsi spočívá v tom, že póry jsou spíše segmentované než spojené. K tomu dochází, když je w/cm menší než ~0,45.
Ačkoli je notoricky obtížné přesně změřit w/cm ztvrdlého betonu, spolehlivá metoda může poskytnout důležitý nástroj pro zajištění kvality pro zkoumání ztvrdlého betonu litého na místě. Řešení poskytuje fluorescenční mikroskopie. Takto to funguje.
Fluorescenční mikroskopie je technika, která využívá epoxidovou pryskyřici a fluorescenční barviva k osvětlení detailů materiálů. Nejčastěji se používá v lékařských vědách a má také důležité aplikace v materiálové vědě. Systematická aplikace této metody v betonu začala téměř před 40 lety v Dánsku [3]; byl standardizován v severských zemích v roce 1991 pro odhad w/c ztvrdlého betonu a byl aktualizován v roce 1999 [4].
Pro měření w/cm materiálů na bázi cementu (tj. betonu, malty a spárování) se fluorescenční epoxid používá k výrobě tenkého profilu nebo betonového bloku o tloušťce přibližně 25 mikronů nebo 1/1000 palce (obrázek 2). Proces zahrnuje Betonové jádro nebo válec se nařeže na ploché betonové bloky (nazývané polotovary) o ploše přibližně 25 x 50 mm (1 x 2 palce). Polotovar se nalepí na podložní sklíčko, umístí do vakuové komory a pod vakuem se zavede epoxidová pryskyřice. S rostoucí w/cm se zvýší konektivita a počet pórů, takže do pasty pronikne více epoxidu. Vločky zkoumáme pod mikroskopem pomocí sady speciálních filtrů, které excitují fluorescenční barviva v epoxidové pryskyřici a odfiltrují přebytečné signály. Na těchto snímcích představují černé oblasti částice kameniva a nehydratované částice cementu. Pórovitost těchto dvou je v podstatě 0 %. Jasně zelený kruh je pórovitost (nikoli pórovitost) a pórovitost je v podstatě 100 %. Jednou z těchto vlastností Skvrnitá zelená „látka“ je pasta (obrázek 2). Jak se zvyšuje w/cm a kapilární pórovitost betonu, jedinečná zelená barva pasty se stává jasnější a jasnější (viz obrázek 3).
Obrázek 2. Fluorescenční mikrofotografie vloček ukazující agregované částice, dutiny (v) a pastu. Šířka horizontálního pole je ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Obrázek 3. Fluorescenční mikrofotografie vloček ukazují, že jak se w/cm zvyšuje, zelená pasta se postupně stává jasnější. Tyto směsi jsou provzdušňované a obsahují popílek. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
Analýza obrazu zahrnuje extrahování kvantitativních dat z obrázků. Používá se v mnoha různých vědeckých oblastech, od mikroskopu dálkového průzkumu Země. Každý pixel v digitálním obrázku se v podstatě stává datovým bodem. Tato metoda nám umožňuje připojit čísla k různým úrovním jasu zelené barvy na těchto snímcích. Během posledních zhruba 20 let, s revolucí ve výkonu stolních počítačů a získávání digitálního obrazu, se analýza obrazu nyní stala praktickým nástrojem, který může používat mnoho mikroskopů (včetně konkrétních petrologů). K měření kapilární pórovitosti kaše často používáme obrazovou analýzu. Postupem času jsme zjistili, že existuje silná systematická statistická korelace mezi w/cm a kapilární porozitou, jak ukazuje následující obrázek (obrázek 4 a obrázek 5)).
Obrázek 4. Příklad dat získaných z fluorescenčních mikrosnímků tenkých řezů. Tento graf vykresluje počet pixelů na dané úrovni šedé na jedné mikrofotografii. Tyto tři píky odpovídají agregátům (oranžová křivka), pastě (šedá plocha) a prázdnotě (nevyplněný pík zcela vpravo). Křivka pasty umožňuje vypočítat průměrnou velikost pórů a jejich standardní odchylku. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company Obrázek 5. Tento graf shrnuje sérii průměrných kapilárních měření w/cm a 95% intervaly spolehlivosti ve směsi složené z čistého cementu, popílkového cementu a přírodního pucolánového pojiva. Chunyu Qiao a DRP, Twining Company
V konečné analýze jsou vyžadovány tři nezávislé zkoušky, aby se prokázalo, že beton na místě odpovídá specifikaci návrhu směsi. Pokud je to možné, získejte základní vzorky z umístění, která splňují všechna kritéria přijetí, a také vzorky ze souvisejících umístění. Jádro z akceptovaného layoutu lze použít jako kontrolní vzorek a můžete ho použít jako benchmark pro vyhodnocení shody příslušného layoutu.
Podle našich zkušeností, když inženýři se záznamy vidí data získaná z těchto testů, obvykle akceptují umístění, pokud jsou splněny další klíčové technické vlastnosti (jako je pevnost v tlaku). Poskytnutím kvantitativních měření w/cm a faktoru formování můžeme jít nad rámec testů specifikovaných pro mnoho zakázek, abychom prokázali, že daná směs má vlastnosti, které se promítnou do dobré trvanlivosti.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI je hlavním litografem DRP, A Twining Company. Má více než 25 let profesionálních petrologických zkušeností a osobně zkontroloval více než 10 000 vzorků z více než 2 000 projektů po celém světě. Dr. Chunyu Qiao, hlavní vědec společnosti DRP, Twining Company, je geolog a materiálový vědec s více než desetiletými zkušenostmi v oblasti cementování materiálů a přírodních a zpracovaných horninových produktů. Jeho odborné znalosti zahrnují použití analýzy obrazu a fluorescenční mikroskopie ke studiu trvanlivosti betonu se zvláštním důrazem na poškození způsobené rozmrazovacími solemi, reakcemi alkalických křemíků a chemickým napadením v čistírnách odpadních vod.
Čas odeslání: září-07-2021