A betonburkolatok minőségbiztosításának új fejlesztései fontos információkkal szolgálhatnak a minőségről, a tartósságról és a hibrid tervezési előírásoknak való megfelelésről.
A betonburkolat építésénél előfordulhatnak vészhelyzetek, és a kivitelezőnek ellenőriznie kell az öntött beton minőségét és tartósságát. Ilyen események közé tartozik az esőnek való kitettség az öntési folyamat során, a kikeményítő anyagok felhordása után, a plasztikus zsugorodás és repedés az öntést követő néhány órán belül, valamint a beton textúrájának és kikeményedési problémái. Még ha a szilárdsági követelmények és az egyéb anyagvizsgálatok teljesülnek is, a mérnökök megkövetelhetik a járdarészek eltávolítását és cseréjét, mert aggódnak amiatt, hogy az in situ anyagok megfelelnek-e a keverék tervezési előírásainak.
Ebben az esetben a petrográfia és más kiegészítő (de professzionális) vizsgálati módszerek fontos információkkal szolgálhatnak a betonkeverékek minőségéről és tartósságáról, valamint arról, hogy megfelelnek-e a munkavégzési előírásoknak.
1. ábra. Példák betonpaszta fluoreszcens mikroszkópos mikroszkópos felvételére 0,40 w/c (bal felső sarokban) és 0,60 w/c (jobb felső sarok) mellett. A bal alsó ábra a betonhenger fajlagos ellenállásának mérésére szolgáló eszközt mutatja. A jobb alsó ábra a térfogat-ellenállás és a w/c közötti összefüggést mutatja. Chunyu Qiao és a DRP, a Twining Company
Abrám törvénye: "A betonkeverék nyomószilárdsága fordítottan arányos a víz-cement arányával."
Duff Abrams professzor 1918-ban írta le először a víz-cement arány (w/c) és a nyomószilárdság közötti összefüggést [1], és megfogalmazta az úgynevezett Abram-törvényt: „A beton nyomószilárdsága Víz/cement arány”. A nyomószilárdság szabályozása mellett most a vízcement arányt (w/cm) részesítik előnyben, mert felismeri a portlandcement helyettesítését kiegészítő cementáló anyagokkal, például pernyével és salakkal. Ez a beton tartósságának kulcsparamétere is. Számos tanulmány kimutatta, hogy a ~0,45-nél kisebb w/cm-es betonkeverékek tartósak agresszív környezetben, például olyan területeken, amelyek jégoldó sókat tartalmazó fagyás-olvadási ciklusoknak vannak kitéve, vagy ahol magas a szulfátkoncentráció a talajban.
A kapilláris pórusok a cementiszap szerves részét képezik. Ezek a cementhidratációs termékek és az egykor vízzel töltött hidratálatlan cementrészecskék közötti térből állnak. [2] A kapilláris pórusok sokkal finomabbak, mint a bezárt vagy beszorult pórusok, ezért nem szabad összetéveszteni velük. Amikor a kapilláris pórusok összekapcsolódnak, a külső környezetből származó folyadék átvándorolhat a pasztán. Ezt a jelenséget penetrációnak nevezik, és minimálisra kell csökkenteni a tartósság érdekében. A tartós betonkeverék mikroszerkezete az, hogy a pórusok szegmentálódnak, nem pedig összekapcsolódnak. Ez akkor történik, ha a w/cm kisebb, mint ~0,45.
Bár köztudottan nehéz pontosan megmérni a megszilárdult beton w/cm-ét, egy megbízható módszer fontos minőségbiztosítási eszközt jelenthet a megszilárdult öntött beton vizsgálatához. A fluoreszcens mikroszkópia megoldást nyújt. Ez így működik.
A fluoreszcens mikroszkóp egy olyan technika, amely epoxigyantát és fluoreszcens festékeket használ az anyagok részleteinek megvilágítására. Leggyakrabban az orvostudományban használják, és fontos alkalmazásai vannak az anyagtudományban is. A módszer szisztematikus alkalmazása betonban közel 40 évvel ezelőtt kezdődött Dániában [3]; 1991-ben szabványosították a skandináv országokban a megkeményedett beton w/c becslésére, és 1999-ben frissítették [4].
A cement alapú anyagok (pl. beton, habarcs és fugázóanyag) w/cm mérésére fluoreszcens epoxit használnak egy körülbelül 25 mikron vagy 1/1000 hüvelyk vastagságú vékony metszet vagy betontömb készítésére (2. ábra). A folyamat magában foglalja a betonmagot vagy hengert lapos betontömbökre (úgynevezett nyersdarabokra) vágják, körülbelül 25 x 50 mm (1 x 2 hüvelyk) területtel. A nyersdarabot üveglemezre ragasztják, vákuumkamrába helyezik, és vákuum alatt epoxigyantát vezetnek be. A w/cm növekedésével a kapcsolat és a pórusok száma nő, így több epoxi jut be a pasztába. A pelyheket mikroszkóp alatt vizsgáljuk, speciális szűrők segítségével gerjesztjük az epoxigyantában lévő fluoreszkáló festékeket, és kiszűrjük a felesleges jeleket. Ezeken a képeken a fekete területek adalékanyag-részecskéket és hidratálatlan cementrészecskéket jelentenek. A kettő porozitása alapvetően 0%. Az élénkzöld kör a porozitást jelenti (nem a porozitást), és a porozitás alapvetően 100%. Az egyik ilyen tulajdonság A pettyes zöld „anyag” egy paszta (2. ábra). A beton w/cm és kapilláris porozitásának növekedésével a paszta egyedi zöld színe egyre világosabbá válik (lásd 3. ábra).
2. ábra: A pelyhek fluoreszcens mikroképe, amely aggregált részecskéket, üregeket (v) és pasztát mutat. A vízszintes mező szélessége ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao és a DRP, a Twining Company
3. ábra: A pelyhek fluoreszcens mikroképei azt mutatják, hogy a w/cm növekedésével a zöld paszta fokozatosan fényesebbé válik. Ezek a keverékek levegőztetettek és pernyét tartalmaznak. Chunyu Qiao és a DRP, a Twining Company
A képelemzés magában foglalja a kvantitatív adatok kinyerését a képekből. Számos különböző tudományterületen használják, a távérzékelő mikroszkóptól kezdve. A digitális kép minden pixele lényegében adatponttá válik. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy számokat csatoljunk a képeken látható különböző zöld fényerőszintekhez. Az elmúlt körülbelül 20 év során, az asztali számítógépek teljesítményének és a digitális képalkotásnak a forradalmával a képelemzés mára olyan gyakorlati eszközzé vált, amelyet sok mikroszkópos (beleértve a betonkőzettani szakembereket is) használhat. A hígtrágya kapilláris porozitásának mérésére gyakran használunk képanalízist. Idővel azt találtuk, hogy erős szisztematikus statisztikai korreláció van a w/cm és a kapilláris porozitás között, amint azt a következő ábra mutatja (4. ábra és 5. ábra)).
4. ábra. Példa vékony metszetek fluoreszcens mikrográfiáiból nyert adatokra. Ez a grafikon a pixelek számát ábrázolja egy adott szürkeségi szinten egyetlen mikrofényképen. A három csúcs megfelel az aggregátumoknak (narancssárga görbe), a pasztának (szürke terület) és az üresnek (a kitöltetlen csúcs a jobb szélen). A paszta görbéje lehetővé teszi az átlagos pórusméret és szórásának kiszámítását. Chunyu Qiao és DRP, Twining Company 5. ábra Ez a grafikon a tiszta cementből, pernyecementből és természetes puccolán kötőanyagból álló keverék w/cm átlagos kapilláris méréseinek és 95%-os konfidencia intervallumainak sorozatát foglalja össze. Chunyu Qiao és a DRP, a Twining Company
Végső soron három független vizsgálatra van szükség annak bizonyítására, hogy a helyszíni beton megfelel a keverék tervezési előírásainak. Amennyire lehetséges, szerezzen be alapmintákat olyan elhelyezésekből, amelyek megfelelnek minden elfogadási feltételnek, valamint mintákat a kapcsolódó elhelyezésekből. Az elfogadott elrendezés magja ellenőrző mintaként használható, és benchmarkként is használható az adott elrendezés megfelelőségének értékeléséhez.
Tapasztalataink szerint, amikor a nyilvántartásokkal rendelkező mérnökök látják az ezekből a tesztekből nyert adatokat, általában elfogadják az elhelyezést, ha más kulcsfontosságú műszaki jellemzők (például nyomószilárdság) teljesülnek. A w/cm és a képzõdési tényezõ mennyiségi mérésével túlléphetünk a sok munkához meghatározott teszteken, és bebizonyíthatjuk, hogy a kérdéses keverék olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek jó tartósságot eredményeznek.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI a DRP, A Twining Company vezető litográfusa. Több mint 25 éves professzionális petrológus tapasztalattal rendelkezik, és több mint 2000 projektből több mint 10 000 mintát vizsgált meg személyesen szerte a világon. Dr. Chunyu Qiao, a DRP, a Twining Company vezető tudósa geológus és anyagtudós, aki több mint tíz éves tapasztalattal rendelkezik cementáló anyagok, valamint természetes és feldolgozott kőzettermékek terén. Szakterülete a képelemzés és a fluoreszcens mikroszkóp használata a beton tartósságának vizsgálatára, különös tekintettel a jégtelenítő sók, az alkáli-szilícium reakciók, valamint a szennyvíztisztító telepeken történő vegyi támadások által okozott károkra.
Feladás időpontja: 2021.07.07