Jaunākās norises betona segumu kvalitātes nodrošināšanā var sniegt svarīgu informāciju par kvalitāti, izturību un atbilstību hibrīdprojektēšanas kodeksiem.
Betona seguma būvniecībā var rasties ārkārtas situācijas, un darbuzņēmējam ir jāpārbauda betona kvalitāte un izturība. Šie notikumi ietver lietus iedarbību liešanas procesā, cietēšanas maisījumu uzklāšanu pēc betona uzklāšanas, plastisko saraušanos un plaisāšanu dažu stundu laikā pēc ieliešanas, kā arī betona tekstūras un cietēšanas problēmas. Pat ja izturības prasības un citi materiālu testi ir izpildīti, inženieri var pieprasīt seguma daļu noņemšanu un nomaiņu, jo viņi ir noraizējušies par to, vai uz vietas esošie materiāli atbilst maisījuma projektēšanas specifikācijām.
Šajā gadījumā petrogrāfija un citas papildinošas (bet profesionālas) testēšanas metodes var sniegt svarīgu informāciju par betona maisījumu kvalitāti un izturību, kā arī par to, vai tie atbilst darba specifikācijām.
1. attēls. Betona pastas fluorescences mikroskopa mikroattēlu piemēri ar koncentrāciju 0,40 w/c (augšējā kreisajā stūrī) un 0,60 w/c (augšējā labajā stūrī). Apakšējā kreisajā attēlā redzama ierīce betona cilindra pretestības mērīšanai. Apakšējā labajā attēlā redzama tilpuma pretestības un ūdens/c attiecības attiecība. Chunyu Qiao un DRP, Twining uzņēmums.
Ābrama likums: "Betona maisījuma spiedes stiprība ir apgriezti proporcionāla tā ūdens-cementa attiecībai."
Profesors Dafs Abramss pirmo reizi aprakstīja ūdens-cementa attiecības (w/c) un spiedes stiprības saistību 1918. gadā [1] un formulēja to, kas mūsdienās tiek saukts par Abramsa likumu: "Betona spiedes stiprība - ūdens/cementa attiecība". Papildus spiedes stiprības kontrolei, ūdens-cementa attiecība (w/cm) tagad ir iecienīta, jo tā atpazīst portlandcementa aizstāšanu ar papildu cementēšanas materiāliem, piemēram, pelniem un izdedžiem. Tas ir arī galvenais betona izturības parametrs. Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka betona maisījumi ar w/cm zemāku par ~0,45 ir izturīgi agresīvā vidē, piemēram, vietās, kas pakļautas sasalšanas un atkušanas cikliem ar atledošanas sāļiem, vai vietās, kur augsnē ir augsta sulfātu koncentrācija.
Kapilārās poras ir neatņemama cementa javas sastāvdaļa. Tās sastāv no telpas starp cementa hidratācijas produktiem un nehidratētām cementa daļiņām, kas savulaik bija piepildītas ar ūdeni. [2] Kapilārās poras ir daudz smalkākas nekā iesprostotas vai iekūlušās poras, un tās nevajadzētu jaukt ar tām. Kad kapilārās poras ir savienotas, šķidrums no ārējās vides var migrēt caur pastu. Šo parādību sauc par iekļūšanu, un tā ir jāsamazina līdz minimumam, lai nodrošinātu izturību. Izturīgā betona maisījuma mikrostruktūra raksturo poras, kas ir segmentētas, nevis savienotas. Tas notiek, ja w/cm ir mazāks par ~0,45.
Lai gan ir ļoti grūti precīzi izmērīt sacietējuša betona w/cm, uzticama metode var būt svarīgs kvalitātes nodrošināšanas rīks sacietējuša monolīta betona pārbaudei. Fluorescences mikroskopija piedāvā risinājumu. Lūk, kā tā darbojas.
Fluorescences mikroskopija ir metode, kurā materiālu detaļu izgaismošanai izmanto epoksīdsveķus un fluorescējošas krāsvielas. To visbiežāk izmanto medicīnas zinātnēs, un tai ir arī nozīmīgs pielietojums materiālzinātnē. Šīs metodes sistemātiska pielietošana betonā sākās gandrīz pirms 40 gadiem Dānijā [3]; Ziemeļvalstīs tā tika standartizēta 1991. gadā sacietējuša betona ūdens/seguma novērtēšanai un tika atjaunināta 1999. gadā [4].
Lai izmērītu cementa bāzes materiālu (t. i., betona, javas un šuvju) w/cm attiecību, fluorescējošo epoksīdsveķu izmanto, lai izgatavotu plānu sekciju vai betona bloku ar aptuveni 25 mikronu vai 1/1000 collas biezumu (2. attēls). Procesa laikā betona kodols jeb cilindrs tiek sagriezts plakanos betona blokos (sauktos par sagatavēm) ar aptuveni 25 x 50 mm (1 x 2 collu) platību. Sagatavi pielīmē pie stikla priekšmetstikliņa, ievieto vakuuma kamerā un vakuumā ievada epoksīdsveķus. Palielinoties w/cm attiecībai, palielinās poru savienojamība un skaits, tāpēc pastā iekļūs vairāk epoksīdsveķu. Pārslas tiek pārbaudītas mikroskopā, izmantojot īpašu filtru komplektu, lai ierosinātu fluorescējošās krāsvielas epoksīdsveķos un filtrētu liekos signālus. Šajos attēlos melnās zonas attēlo agregātu daļiņas un nehidratētas cementa daļiņas. Abu porainība būtībā ir 0 %. Spilgti zaļais aplis ir porainība (nevis porainība), un porainība būtībā ir 100 %. Viena no šīm iezīmēm ir raibā zaļā “viela” – pasta (2. attēls). Palielinoties betona w/cm un kapilārajai porainībai, pastas unikālā zaļā krāsa kļūst arvien spilgtāka (sk. 3. attēlu).
2. attēls. Pārslu fluorescences mikroattēls, kurā redzamas agregētas daļiņas, tukšumi (v) un pasta. Horizontālā lauka platums ir ~1,5 mm. Chunyu Qiao un DRP, Twining Company.
3. attēls. Pārslu fluorescences mikroattēli rāda, ka, palielinoties w/cm, zaļā pasta pakāpeniski kļūst gaišāka. Šie maisījumi ir aerēti un satur pelnus. Chunyu Qiao un DRP, Twining Company.
Attēlu analīze ietver kvantitatīvu datu iegūšanu no attēliem. To izmanto daudzās dažādās zinātnes jomās, sākot ar tālizpētes mikroskopu. Katrs digitālā attēla pikselis būtībā kļūst par datu punktu. Šī metode ļauj mums pievienot skaitļus dažādiem zaļās krāsas spilgtuma līmeņiem, kas redzami šajos attēlos. Pēdējo 20 gadu laikā, līdz ar revolūciju galddatoru jaudā un digitālo attēlu iegūšanā, attēlu analīze ir kļuvusi par praktisku rīku, ko var izmantot daudzi mikroskopi (tostarp betona petrologi). Mēs bieži izmantojam attēlu analīzi, lai izmērītu suspensijas kapilāro porainību. Laika gaitā mēs atklājām, ka pastāv spēcīga sistemātiska statistiska korelācija starp w/cm un kapilāro porainību, kā parādīts nākamajā attēlā (4. un 5. attēls).
4. attēls. No plāno šķērsgriezumu fluorescences mikrogrāfijām iegūto datu piemērs. Šajā grafikā ir attēlots pikseļu skaits noteiktā pelēkās krāsas līmenī vienā fotomikrogrāfijā. Trīs pīķi atbilst agregātiem (oranža līkne), pastai (pelēkā zona) un tukšumam (neaizpildīts pīķis labajā malā). Pastas līkne ļauj aprēķināt vidējo poru izmēru un tā standartnovirzi. Chunyu Qiao un DRP, Twining Company 5. attēls. Šajā grafikā ir apkopota virkne w/cm vidējo kapilāro mērījumu un 95% ticamības intervālu maisījumā, kas sastāv no tīra cementa, pelnu cementa un dabīgā pucolāna saistvielas. Chunyu Qiao un DRP, Twining Company
Visbeidzot, ir nepieciešami trīs neatkarīgi testi, lai pierādītu, ka betons uz vietas atbilst maisījuma projektēšanas specifikācijai. Cik vien iespējams, iegūstiet serdes paraugus no izvietojumiem, kas atbilst visiem pieņemšanas kritērijiem, kā arī paraugus no saistītiem izvietojumiem. Pieņemtā izkārtojuma serdi var izmantot kā kontroles paraugu, un to var izmantot kā etalonu attiecīgā izkārtojuma atbilstības novērtēšanai.
Pēc mūsu pieredzes, inženieri, kuriem ir dokumentācija, redz no šiem testiem iegūtos datus, parasti piekrīt izvietošanai, ja ir izpildītas citas svarīgas inženiertehniskās īpašības (piemēram, spiedes izturība). Sniedzot kvantitatīvus w/cm un veidošanās koeficienta mērījumus, mēs varam pārsniegt daudziem darbiem noteiktos testus, lai pierādītu, ka attiecīgajam maisījumam piemīt īpašības, kas nodrošinās labu izturību.
Deivids Rotšteins, Ph.D., PG, FACI, ir uzņēmuma DRP, A Twining Company, galvenais litogrāfs. Viņam ir vairāk nekā 25 gadu profesionāla petroloģijas pieredze, un viņš personīgi ir pārbaudījis vairāk nekā 10 000 paraugu no vairāk nekā 2000 projektiem visā pasaulē. Dr. Čunju Čiao, uzņēmuma DRP, a Twining Company, galvenais zinātnieks, ir ģeologs un materiālzinātnieks ar vairāk nekā desmit gadu pieredzi materiālu un dabisko un apstrādāto iežu produktu cementēšanā. Viņa kompetence ietver attēlu analīzes un fluorescences mikroskopijas izmantošanu betona izturības pētīšanai, īpaši uzsverot bojājumus, ko rada atledošanas sāļi, sārmu-silīcija reakcijas un ķīmiskā iedarbība notekūdeņu attīrīšanas iekārtās.
Publicēšanas laiks: 2021. gada 7. septembris