Betoonkatendite kvaliteedi tagamise uued arengud võivad anda olulist teavet kvaliteedi, vastupidavuse ja hübriidprojekteerimisnormide järgimise kohta.
Betoonkatte ehitamisel võib ette tulla hädaolukordi ning töövõtja peab kontrollima kohapeal valatud betooni kvaliteeti ja vastupidavust. Nende hulka kuuluvad kokkupuude vihmaga valamise ajal, kõvenemissegude pealekandmise järgne periood, plastiline kokkutõmbumine ja pragunemine mõne tunni jooksul pärast valamist ning betooni tekstuuri ja kõvenemisega seotud probleemid. Isegi kui tugevusnõuded ja muud materjalikatsed on täidetud, võivad insenerid nõuda teekatte osade eemaldamist ja asendamist, kuna nad on mures selle pärast, kas kohapealsed materjalid vastavad segu projekteerimisspetsifikatsioonidele.
Sellisel juhul võivad petrograafia ja muud täiendavad (kuid professionaalsed) katsemeetodid anda olulist teavet betoonisegude kvaliteedi ja vastupidavuse ning tööspetsifikatsioonidele vastavuse kohta.
Joonis 1. Näited betoonpasta fluorestsentsmikroskoobiga tehtud mikrofotodest kontsentratsioonidel 0,40 w/c (üleval vasakul nurgas) ja 0,60 w/c (üleval paremas nurgas). Alumisel vasakul joonisel on kujutatud betoonsilindri takistuse mõõtmise seadet. Alumisel paremal joonisel on kujutatud mahutakistuse ja w/c vahelist seost. Chunyu Qiao ja DRP, Twiningi ettevõte.
Abrami seadus: "Betoonisegu survetugevus on pöördvõrdeline selle vee-tsemendi suhtega."
Professor Duff Abrams kirjeldas esmakordselt vee-tsemendi suhte (w/c) ja survetugevuse vahelist seost 1918. aastal [1] ning sõnastas nüüdseks Abrami seaduseks nimetatud seaduse: „Betooni vee/tsemendi suhe.“ Lisaks survetugevuse kontrollimisele on vee-tsemendi suhe (w/cm) nüüd eelistatud, kuna see tunnistab portlandtsemendi asendamist täiendavate tsementeerimismaterjalidega, nagu lendtuhk ja räbu. See on ka betooni vastupidavuse põhiparameeter. Paljud uuringud on näidanud, et betoonisegud, mille w/cm on alla ~0,45, on vastupidavad agressiivses keskkonnas, näiteks piirkondades, mis on avatud külmumis-sulamistsüklitele jääsulatavate sooladega või piirkondades, kus pinnases on suur sulfaatide kontsentratsioon.
Kapillaarpoorid on tsemendisegu lahutamatu osa. Need koosnevad ruumist tsemendi hüdratsiooniproduktide ja hüdreerimata tsemendiosakeste vahel, mis olid kunagi veega täidetud. [2] Kapillaarpoorid on palju peenemad kui kaasahaaratud või lõksus olevad poorid ja neid ei tohiks nendega segi ajada. Kui kapillaarpoorid on ühendatud, võib väliskeskkonnast pärit vedelik läbi pasta migreeruda. Seda nähtust nimetatakse penetratsiooniks ja see tuleb vastupidavuse tagamiseks minimeerida. Vastupidava betoonisegu mikrostruktuuriks on see, et poorid on segmenteeritud, mitte ühendatud. See juhtub siis, kui w/cm on väiksem kui ~0,45.
Kuigi kõvastunud betooni w/cm täpne mõõtmine on kurikuulsalt keeruline, võib usaldusväärne meetod olla oluliseks kvaliteedi tagamise vahendiks kõvastunud kohapeal valatud betooni uurimisel. Fluorestsentsmikroskoopia pakub lahenduse. Nii see töötab.
Fluorestsentsmikroskoopia on tehnika, mis kasutab materjalide detailide valgustamiseks epoksüvaiku ja fluorestsentsvärve. Seda kasutatakse kõige sagedamini meditsiiniteadustes ja sellel on olulisi rakendusi ka materjaliteaduses. Selle meetodi süstemaatiline rakendamine betoonis algas ligi 40 aastat tagasi Taanis [3]; see standardiseeriti Põhjamaades 1991. aastal kõvastunud betooni vesi-sektsiooni suhte hindamiseks ja seda ajakohastati 1999. aastal [4].
Tsemendipõhiste materjalide (st betoon, mört ja vuugitäidis w/cm mõõtmiseks kasutatakse fluorestseeruvat epoksüüdi, et valmistada õhuke profiil või betoonplokk paksusega umbes 25 mikronit või 1/1000 tolli (joonis 2). Protsess hõlmab betoonsüdamiku või -silindri lõikamist lamedateks betoonplokkideks (nn toorikuteks), mille pindala on umbes 25 x 50 mm (1 x 2 tolli). Toorik liimitakse klaasist slaidile, asetatakse vaakumkambrisse ja vaakumis juhitakse sisse epoksüvaik. W/cm suurenedes suureneb pooride ühenduvus ja arv, mistõttu tungib pastasse rohkem epoksüüdi. Uurime helbeid mikroskoobi all, kasutades spetsiaalseid filtreid, et ergastada epoksüvaigus olevaid fluorestseeruvaid värvaineid ja filtreerida välja liigsed signaalid. Nendel piltidel tähistavad mustad alad täitematerjali osakesi ja hüdreerimata tsemendiosakesi. Nende kahe poorsus on põhimõtteliselt 0%. Ereroheline ring tähistab poorsust (mitte poorsus) ja poorsus on põhimõtteliselt 100%. Üks neist omadustest on täpiline roheline „aine” pasta (joonis 2). Betooni w/cm ja kapillaarse poorsuse suurenedes muutub pasta ainulaadne roheline värvus üha eredamaks (vt joonis 3).
Joonis 2. Helveste fluorestsentsmikropilt, mis näitab agregeerunud osakesi, tühimikke (v) ja pastat. Horisontaalse välja laius on ~1,5 mm. Chunyu Qiao ja DRP, Twiningi ettevõte.
Joonis 3. Helveste fluorestsentsmikroskoobid näitavad, et w/cm suurenedes muutub roheline pasta järk-järgult heledamaks. Need segud on õhustatud ja sisaldavad lendtuhka. Chunyu Qiao ja DRP, Twiningi ettevõte.
Kujutiseanalüüs hõlmab kvantitatiivsete andmete eraldamist piltidelt. Seda kasutatakse paljudes erinevates teadusvaldkondades, alates kaugseiremikroskoobist. Iga digitaalse pildi piksel muutub sisuliselt andmepunktiks. See meetod võimaldab meil siduda numbreid nendel piltidel nähtavate erinevate rohelise heleduse tasemetega. Viimase 20 aasta jooksul, tänu lauaarvutite võimsuse ja digitaalse pildihõive revolutsioonile, on pildianalüüsist saanud praktiline tööriist, mida paljud mikroskoopiaspetsialistid (sealhulgas betoonipetroloogid) saavad kasutada. Me kasutame pildianalüüsi sageli suspensiooni kapillaarse poorsuse mõõtmiseks. Aja jooksul leidsime, et w/cm ja kapillaarse poorsuse vahel on tugev süstemaatiline statistiline korrelatsioon, nagu on näidatud järgmisel joonisel (joonis 4 ja joonis 5).
Joonis 4. Näide õhukeste lõikude fluorestsentsmikrofotodelt saadud andmetest. See graafik kujutab pikslite arvu antud hallil tasemel ühel mikrofotol. Kolm piiki vastavad agregaatidele (oranž kõver), pastale (hall ala) ja tühimikule (täitmata piik paremas ääres). Pasta kõver võimaldab arvutada keskmise pooride suuruse ja selle standardhälbe. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company Joonis 5. See graafik võtab kokku rea w/cm keskmisi kapillaarmõõtmisi ja 95% usaldusvahemikke segus, mis koosneb puhtast tsemendist, lendtuha tsemendist ja looduslikust potsolaani sideainest. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company
Lõppkokkuvõttes on vaja kolme sõltumatut katset, et tõestada kohapealse betooni vastavust segu projekteerimisspetsifikatsioonile. Võimaluse korral võtke südamikproovid paigutustest, mis vastavad kõigile vastuvõtukriteeriumidele, samuti proovid seotud paigutustest. Vastuvõetud paigutuse südamikku saab kasutada kontrollproovina ja seda saab kasutada võrdlusalusena vastava paigutuse vastavuse hindamiseks.
Meie kogemuse põhjal aktsepteerivad insenerid, kellel on nendest katsetest saadud andmed, tavaliselt paigutust, kui on täidetud muud olulised inseneriomadused (näiteks survetugevus). Kvantitatiivsete w/cm ja formatsiooniteguri mõõtmiste esitamise abil saame paljude tööde jaoks ette nähtud katsetest kaugemale minna, et tõestada, et kõnealusel segul on omadused, mis tagavad hea vastupidavuse.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI, on Twiningi ettevõtte DRP pealitograafiameister. Tal on üle 25 aasta kogemust petroloogina ja ta on isiklikult kontrollinud enam kui 10 000 proovi enam kui 2000 projektist üle maailma. Twiningi ettevõtte DRP peateadlane dr Chunyu Qiao on geoloog ja materjaliteadlane, kellel on üle kümne aasta kogemust tsementeerimismaterjalide ning looduslike ja töödeldud kivimite alal. Tema eriala hõlmab pildianalüüsi ja fluorestsentsmikroskoopia kasutamist betooni vastupidavuse uurimiseks, pöörates erilist tähelepanu jääsulatavate soolade, leeliselise ja räni reaktsioonide ning keemilise rünnaku tekitatud kahjustustele reoveepuhastusjaamades.
Postituse aeg: 07.09.2021