Нові розробки в галузі забезпечення якості бетонних тротуарів можуть надати важливу інформацію про якість, довговічність і відповідність стандартам гібридного проектування.
При будівництві бетонного покриття можуть виникати надзвичайні ситуації, і підрядник повинен перевірити якість і довговічність монолитного бетону. Ці події включають вплив дощу під час процесу заливки, після нанесення сумішей для затвердіння, усадку пластику та розтріскування через кілька годин після заливки, а також проблеми текстури та затвердіння бетону. Навіть якщо вимоги до міцності та інші випробування матеріалів виконані, інженери можуть вимагати видалення та заміни частин тротуару, оскільки вони хвилюються, чи відповідають матеріали на місці специфікаціям конструкції суміші.
У цьому випадку петрографія та інші додаткові (але професійні) методи випробувань можуть надати важливу інформацію про якість і довговічність бетонних сумішей і про те, чи відповідають вони робочим специфікаціям.
Рисунок 1. Приклади флуоресцентних мікрофотографій бетонної пасти при 0,40 w/c (верхній лівий кут) і 0,60 w/c (верхній правий кут). На малюнку зліва внизу зображено прилад для вимірювання питомого опору бетонного циліндра. На нижньому правому малюнку показано співвідношення між питомим об’ємним опором і w/c. Chunyu Qiao та DRP, компанія-побратим
Закон Абрама: «Міцність бетонної суміші на стиск обернено пропорційна її водоцементному відношенню».
Професор Дафф Абрамс вперше описав залежність між водоцементним відношенням (w/c) і міцністю на стиск у 1918 році [1] і сформулював те, що зараз називається законом Абрама: «Міцність бетону на стиск Водоцементне відношення». На додаток до контролю міцності на стиск, водоцементне співвідношення (w/cm) тепер є перевагою, оскільки воно визнає заміну портландцементу додатковими цементуючими матеріалами, такими як зола-винесення та шлак. Це також ключовий параметр довговічності бетону. Багато досліджень показали, що бетонні суміші з вагою/см менше ніж ~0,45 довговічні в агресивних середовищах, таких як території, які піддаються циклам заморожування-розморожування з антиожеледними солями, або ділянки, де в ґрунті є висока концентрація сульфату.
Капілярні пори є невід'ємною частиною цементного розчину. Вони складаються з простору між продуктами гідратації цементу та негідратованими частинками цементу, які раніше були заповнені водою. [2] Капілярні пори набагато тонші, ніж захоплені або захоплені пори, і їх не слід плутати з ними. Коли капілярні пори з'єднані, рідина із зовнішнього середовища може мігрувати через пасту. Це явище називається проникненням і має бути зведене до мінімуму, щоб забезпечити довговічність. Мікроструктура міцної бетонної суміші полягає в тому, що пори сегментовані, а не сполучені. Це відбувається, коли w/cm менше ~0,45.
Хоча, як відомо, важко точно виміряти вагу/см затверділого бетону, надійний метод може забезпечити важливий інструмент забезпечення якості для дослідження затверділого залитого бетону. Флуоресцентна мікроскопія дає рішення. Ось як це працює.
Флуоресцентна мікроскопія — це техніка, яка використовує епоксидну смолу та флуоресцентні барвники для освітлення деталей матеріалів. Він найчастіше використовується в медичних науках, а також має важливе застосування в матеріалознавстві. Систематичне застосування цього методу в бетоні почалося майже 40 років тому в Данії [3]; він був стандартизований у скандинавських країнах у 1991 році для оцінки водопровідності затверділого бетону та оновлений у 1999 році [4].
Для вимірювання вага/см матеріалів на основі цементу (тобто бетону, будівельного розчину та розчину), флуоресцентна епоксидна смола використовується для виготовлення тонкого профілю або бетонного блоку товщиною приблизно 25 мікрон або 1/1000 дюйма (рис. 2). Процес включає в себе: бетонне ядро або циліндр розрізають на плоскі бетонні блоки (так звані заготовки) площею приблизно 25 x 50 мм (1 x 2 дюйми). Заготовку приклеюють до предметного скла, поміщають у вакуумну камеру і під вакуумом вводять епоксидну смолу. Зі збільшенням маси на см збільшується зв’язність і кількість пор, тому більше епоксидної смоли проникне в пасту. Ми розглядаємо лусочки під мікроскопом, використовуючи набір спеціальних фільтрів для збудження флуоресцентних барвників в епоксидній смолі та фільтрації надлишкових сигналів. На цих зображеннях чорні області представляють частинки заповнювача та частки негідратованого цементу. Пористість обох в основному становить 0%. Яскраво-зелене коло означає пористість (не пористість), і пористість в основному становить 100%. Однією з цих особливостей ця ця зелена «субстанція» є пастою (рис. 2). У міру збільшення маси на см і капілярної пористості бетону унікальний зелений колір пасти стає все яскравішим (див. Малюнок 3).
Малюнок 2. Флуоресцентна мікрофотографія пластівців, що показує агреговані частинки, порожнечі (v) і пасту. Ширина горизонтального поля ~ 1,5 мм. Chunyu Qiao та DRP, компанія-побратим
Рисунок 3. Флуоресцентні мікрофотографії пластівців показують, що зі збільшенням w/cm зелена паста поступово стає яскравішою. Ці суміші аеровані і містять золу-винесення. Chunyu Qiao та DRP, компанія-побратим
Аналіз зображень передбачає отримання кількісних даних із зображень. Він використовується в багатьох різних галузях науки, починаючи від мікроскопа дистанційного зондування. Кожен піксель у цифровому зображенні фактично стає точкою даних. Цей метод дозволяє нам прикріпити числа до різних рівнів яскравості зеленого, які видно на цих зображеннях. За останні 20 років або близько того, з революцією в настільних обчислювальних можливостях і отриманні цифрових зображень, аналіз зображень тепер став практичним інструментом, який можуть використовувати багато мікроскопістів (включаючи конкретних петрологів). Ми часто використовуємо аналіз зображень для вимірювання капілярної пористості суспензії. З часом ми виявили, що існує сильна систематична статистична кореляція між w/cm і капілярною пористістю, як показано на наступному малюнку (Малюнок 4 і Малюнок 5) .
Рисунок 4. Приклад даних, отриманих із флуоресцентних мікрофотографій тонких зрізів. На цьому графіку показано кількість пікселів на заданому рівні сірого на одній мікрофотографії. Три піки відповідають агрегатам (помаранчева крива), пасті (сіра область) і порожнечі (незаповнений пік у крайньому правому куті). Крива пасти дозволяє розрахувати середній розмір пор і його стандартне відхилення. Chunyu Qiao і DRP, компанія Twining. Рисунок 5. Цей графік підсумовує серію середніх капілярних вимірювань w/cm і 95% довірчих інтервалів у суміші, що складається з чистого цементу, зольного цементу та природного пуццоланового сполучного. Chunyu Qiao та DRP, компанія-побратим
В кінцевому підсумку необхідні три незалежні випробування, щоб довести, що бетон на місці відповідає специфікації конструкції суміші. Наскільки це можливо, отримайте основні зразки з розміщень, які відповідають усім критеріям прийнятності, а також зразки з пов’язаних розміщень. Ядро з прийнятого макета можна використовувати як контрольний зразок, і ви можете використовувати його як еталон для оцінки відповідності відповідного макета.
З нашого досвіду, коли інженери з записами бачать дані, отримані в результаті цих випробувань, вони зазвичай погоджуються на розміщення, якщо відповідають іншим ключовим інженерним характеристикам (наприклад, міцність на стиск). Забезпечуючи кількісні вимірювання w/cm і коефіцієнта утворення, ми можемо вийти за рамки випробувань, призначених для багатьох робіт, щоб довести, що відповідна суміш має властивості, які перетворяться на високу довговічність.
Девід Ротштейн, доктор філософії, PG, FACI є головним літографом DRP, A Twining Company. Він має понад 25 років професійного досвіду петрології та особисто перевірив понад 10 000 зразків із понад 2 000 проектів по всьому світу. Доктор Chunyu Qiao, головний науковий співробітник DRP, Twining Company, є геологом і матеріалознавцем з більш ніж десятирічним досвідом у цементуванні матеріалів і природних і оброблених гірських порід. Його досвід включає використання аналізу зображень і флуоресцентної мікроскопії для вивчення довговічності бетону, з особливим наголосом на пошкодженнях, спричинених протиожеледними солями, лужно-кремнієвими реакціями та хімічним впливом на очисних спорудах.
Час публікації: 07 вересня 2021 р