A betonburkolatok minőségbiztosításának új fejlesztései fontos információkkal szolgálhatnak a minőségről, a tartósságról és a hibrid tervezési előírásoknak való megfelelésről.
A betonburkolat építése során előfordulhatnak vészhelyzetek, és a kivitelezőnek ellenőriznie kell a helyszínen öntött beton minőségét és tartósságát. Ezek az események magukban foglalják az öntési folyamat során az esőnek való kitettséget, a kikeményítőanyagok utólagos felhordását, a képlékeny zsugorodást és repedéseket az öntést követő néhány órán belül, valamint a beton textúrájával és kikeményedésével kapcsolatos problémákat. Még ha a szilárdsági követelmények és egyéb anyagvizsgálatok teljesülnek is, a mérnökök szükség lehet a burkolati elemek eltávolítására és cseréjére, mivel aggódnak amiatt, hogy a helyszíni anyagok megfelelnek-e a keveréktervezési előírásoknak.
Ebben az esetben a kőzettani vizsgálat és más kiegészítő (de professzionális) vizsgálati módszerek fontos információkat szolgáltathatnak a betonkeverékek minőségéről és tartósságáról, valamint arról, hogy megfelelnek-e a munkavégzéshez szükséges előírásoknak.
1. ábra. Példák a betonpaszta fluoreszcens mikroszkópos felvételeire 0,40 v/c (bal felső sarok) és 0,60 v/c (jobb felső sarok) koncentrációnál. A bal alsó ábra a betonhenger ellenállásának mérésére szolgáló eszközt mutatja. A jobb alsó ábra a térfogati ellenállás és a v/c közötti összefüggést mutatja. Chunyu Qiao és DRP, a Twining Company
Ábrám törvénye: „A betonkeverék nyomószilárdsága fordítottan arányos a víz-cement tényezőjével.”
Duff Abrams professzor először 1918-ban írta le a víz-cement arány (v/c) és a nyomószilárdság közötti összefüggést [1], és megfogalmazta az úgynevezett Abram-törvényt: „A beton nyomószilárdsága: víz/cement arány”. A nyomószilárdság szabályozása mellett a víz-cement arány (v/cm) ma már előnyben részesül, mivel elismeri a portlandcement helyettesítését kiegészítő cementáló anyagokkal, például pernyével és salakkal. Ez a beton tartósságának kulcsfontosságú paramétere is. Számos tanulmány kimutatta, hogy a ~0,45-nél alacsonyabb v/cm értékű betonkeverékek tartósak agresszív környezetben, például a jégtelenítő sókkal teli fagyás-olvadás ciklusoknak kitett területeken, vagy ahol a talajban magas a szulfátkoncentráció.
A kapilláris pórusok a cementiszap szerves részét képezik. A cementhidratációs termékek és a hidratálatlan cementrészecskék közötti térből állnak, amelyeket egykor vízzel töltöttek ki. [2] A kapilláris pórusok sokkal finomabbak, mint a beragadt vagy csapdába esett pórusok, és nem szabad összetéveszteni őket azokkal. Amikor a kapilláris pórusok összekapcsolódnak, a külső környezetből származó folyadék átjuthat a pasztán. Ezt a jelenséget penetrációnak nevezik, és a tartósság biztosítása érdekében minimalizálni kell. A tartós betonkeverék mikroszerkezete az, hogy a pórusok szegmentáltak, nem pedig összekapcsolódtak. Ez akkor fordul elő, ha a w/cm kisebb, mint ~0,45.
Bár köztudottan nehéz pontosan mérni a megkeményedett beton w/cm arányát, egy megbízható módszer fontos minőségbiztosítási eszközt jelenthet a helyszínen öntött, megkeményedett beton vizsgálatához. A fluoreszcencia mikroszkópia megoldást kínál. Így működik.
A fluoreszcencia mikroszkópia egy olyan technika, amely epoxigyantát és fluoreszcens festékeket használ az anyagok részleteinek megvilágítására. Leggyakrabban az orvostudományokban használják, de fontos alkalmazásai vannak az anyagtudományban is. A módszer szisztematikus alkalmazása betonban közel 40 évvel ezelőtt kezdődött Dániában [3]; az északi országokban 1991-ben szabványosították a megkötött beton víz-c arányának becslésére, majd 1999-ben frissítették [4].
A cementalapú anyagok (azaz beton, habarcs és fugázóanyag w/cm arányának méréséhez fluoreszkáló epoxigyantát használnak egy vékony, körülbelül 25 mikron vagy 1/1000 hüvelyk vastagságú betonblokk elkészítéséhez (2. ábra). A folyamat a következőket foglalja magában: a betonmagot vagy hengert lapos betonblokkokká (úgynevezett nyersdarabokká) vágják, amelyek területe körülbelül 25 x 50 mm (1 x 2 hüvelyk). A nyersdarabot egy üveglemezre ragasztják, vákuumkamrába helyezik, és vákuum alatt epoxigyantát vezetnek bele. A w/cm arány növekedésével a pórusok összekapcsolódása és száma is növekszik, így több epoxigyanta jut be a pasztába. A pelyheket mikroszkóp alatt vizsgáljuk, speciális szűrőket használva az epoxigyantában lévő fluoreszkáló festékek gerjesztésére és a felesleges jelek kiszűrésére. Ezeken a képeken a fekete területek az adalékanyag-részecskéket és a hidratálatlan cementrészecskéket jelölik. A kettő porozitása alapvetően 0%. Az élénkzöld kör a porozitást jelöli (nem a porozitást), a porozitás pedig alapvetően 100%. Ezen jellemzők egyike a pettyes zöld „anyag” egy paszta (2. ábra). A beton w/cm és kapilláris porozitásának növekedésével a paszta egyedi zöld színe egyre élénkebbé válik (lásd a 3. ábrát).
2. ábra. Pehely fluoreszcens mikrográfiája, amelyen aggregált részecskék, üregek (v) és paszta látható. A vízszintes mező szélessége ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao és DRP, a Twining Company
3. ábra. A pelyhek fluoreszcens mikrográfjai azt mutatják, hogy a w/cm növekedésével a zöld paszta fokozatosan világosabbá válik. Ezek a keverékek levegőztetettek és pernyét tartalmaznak. Chunyu Qiao és DRP, a Twining Company
A képelemzés kvantitatív adatok kinyerését jelenti képekből. Számos tudományos területen alkalmazzák, a távérzékelő mikroszkópoktól kezdve. A digitális kép minden egyes pixele lényegében egy adatponttá válik. Ez a módszer lehetővé teszi számunkra, hogy számokat rendeljünk a képeken látható különböző zöld fényességi szintekhez. Az elmúlt 20 évben, az asztali számítógépek teljesítményének és a digitális képalkotás forradalmának köszönhetően, a képelemzés mára egy olyan gyakorlati eszközzé vált, amelyet sok mikroszkópos (beleértve a betonkőzettani szakembereket is) használhat. Gyakran használunk képelemzést a zagy kapilláris porozitásának mérésére. Idővel azt tapasztaltuk, hogy erős szisztematikus statisztikai korreláció van a w/cm és a kapilláris porozitás között, amint azt a következő ábra (4. és 5. ábra) mutatja.
4. ábra. Vékonymetszetek fluoreszcens mikrográfiáiból kapott adatok példája. Ez a grafikon egyetlen mikrográfon ábrázolja az adott szürkeárnyalatú pixelek számát. A három csúcs az aggregátumoknak (narancssárga görbe), a pasztának (szürke terület) és az üregeknek (kitöltés nélküli csúcs a jobb szélen) felel meg. A paszta görbéje lehetővé teszi az átlagos pórusméret és annak szórásának kiszámítását. Chunyu Qiao és DRP, Twining Company 5. ábra. Ez a grafikon a tiszta cementből, pernyecementből és természetes pozzolán kötőanyagból álló keverék w/cm átlagos kapilláris méréseinek és 95%-os konfidenciaintervallumainak sorozatát foglalja össze. Chunyu Qiao és DRP, a Twining Company
Végső soron három független vizsgálatra van szükség annak igazolására, hogy a helyszíni beton megfelel a keverékterv előírásainak. Amennyire csak lehetséges, olyan elhelyezésekből szerezzünk be magmintákat, amelyek megfelelnek az összes elfogadási kritériumnak, valamint kapcsolódó elhelyezésekből is. Az elfogadott elrendezésből származó magminta kontrollmintaként használható, és referenciaként szolgálhat a vonatkozó elrendezés megfelelőségének értékeléséhez.
Tapasztalataink szerint, amikor a feljegyzésekkel rendelkező mérnökök látják az ezekből a vizsgálatokból származó adatokat, általában elfogadják az elhelyezést, ha más kulcsfontosságú mérnöki jellemzők (például nyomószilárdság) is teljesülnek. A w/cm és a képlékenységi tényező kvantitatív méréseinek megadásával a sok munkához előírt vizsgálatokon túl is be tudjuk bizonyítani, hogy a szóban forgó keverék olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek jó tartósságot eredményeznek.
Dr. David Rothstein, Ph.D., PG, FACI a DRP, A Twining Company vezető litográfusa. Több mint 25 éves szakmai kőzettani tapasztalattal rendelkezik, és több mint 10 000 mintát vizsgált személyesen több mint 2000 projektből világszerte. Dr. Chunyu Qiao, a DRP, a Twining Company vezető tudósa geológus és anyagtudós, több mint tíz éves tapasztalattal a cementálás, valamint a természetes és feldolgozott kőzettermékek területén. Szakterülete a képelemzés és a fluoreszcens mikroszkópia használata a beton tartósságának vizsgálatára, különös tekintettel a jégtelenítő sók, az alkáli-szilícium reakciók és a szennyvíztisztító telepeken a kémiai támadások okozta károsodásokra.
Közzététel ideje: 2021. szeptember 7.