Betonipäällysteiden laadunvarmistuksen uudet kehityssuunnat voivat tarjota tärkeitä tietoja laadusta, kestävyydestä ja hybridisuunnittelusääntöjen noudattamisesta.
Betonipäällysteen rakentamisessa voi nähdä hätätilanteita, ja urakoitsijan on tarkistettava paikkavaletun betonin laatu ja kestävyys. Näitä tapahtumia ovat altistuminen sateelle kaatamisen aikana, kovettuvien yhdisteiden levityksen jälkeen, muovinen kutistuminen ja halkeilu muutaman tunnin sisällä kaatamisen jälkeen sekä betonin teksturoitumiseen ja kovettumiseen liittyvät ongelmat. Vaikka lujuusvaatimukset ja muut materiaalitestit täyttyisivät, insinöörit voivat vaatia päällysteen osien poistamista ja vaihtamista, koska he ovat huolissaan siitä, täyttävätkö in situ -materiaalit seoksen suunnitteluvaatimukset.
Tässä tapauksessa petrografia ja muut täydentävät (mutta ammattimaiset) testimenetelmät voivat antaa tärkeää tietoa betoniseosten laadusta ja kestävyydestä sekä siitä, vastaavatko ne työmääräyksiä.
Kuva 1. Esimerkkejä fluoresenssimikroskoopin mikrokuvista betonitahnasta 0,40 w/c (vasen yläkulma) ja 0,60 w/c (oikea yläkulma). Vasemmassa alakulmassa on betonisylinterin ominaisvastusmittauslaite. Oikean alareunan kuva esittää tilavuusvastuksen ja w/c:n välisen suhteen. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company
Abramin laki: "Betoniseoksen puristuslujuus on kääntäen verrannollinen sen vesi-sementtisuhteeseen."
Professori Duff Abrams kuvasi ensimmäisen kerran vesi-sementtisuhteen (w/c) ja puristuslujuuden välistä suhdetta vuonna 1918 [1] ja muotoili nykyisen Abramin lain: "Betonin puristuslujuus Vesi/sementtisuhde." Puristuslujuuden hallinnan lisäksi vesisementtisuhdetta (w/cm) suositaan nyt, koska se tunnistaa portlandsementin korvaamisen täydentävillä sementointimateriaaleilla, kuten lentotuhkalla ja kuonalla. Se on myös betonin kestävyyden avainparametri. Monet tutkimukset ovat osoittaneet, että betoniseokset, joiden w/cm on alle ~0,45, ovat kestäviä aggressiivisissa ympäristöissä, kuten alueilla, jotka ovat alttiina jäätymis-sulamisjaksoille, joissa on jäänpoistosuoloja, tai alueilla, joissa maaperässä on korkea sulfaattipitoisuus.
Kapillaarihuokoset ovat sementtilietteen luontainen osa. Ne koostuvat sementin hydraatiotuotteiden ja hydratoitumattomien sementtihiukkasten välisestä tilasta, jotka oli kerran täytetty vedellä. [2] Kapillaarihuokoset ovat paljon hienompia kuin mukanaan jääneet tai loukkuun jääneet huokoset, eikä niitä pidä sekoittaa niihin. Kun kapillaarihuokoset ovat yhteydessä toisiinsa, nestettä ulkoisesta ympäristöstä voi kulkeutua tahnan läpi. Tätä ilmiötä kutsutaan tunkeutumiseksi, ja se on minimoitava kestävyyden varmistamiseksi. Kestävän betoniseoksen mikrorakenne on se, että huokoset ovat segmentoituneet, eivät liity toisiinsa. Tämä tapahtuu, kun w/cm on alle ~0,45.
Vaikka kovettuneen betonin w/cm:n tarkka mittaaminen on tunnetusti vaikeaa, luotettava menetelmä voi tarjota tärkeän laadunvarmistustyökalun kovettuneen betonin tutkimiseen. Fluoresenssimikroskopia tarjoaa ratkaisun. Näin se toimii.
Fluoresenssimikroskopia on tekniikka, joka käyttää epoksihartsia ja fluoresoivia väriaineita materiaalien yksityiskohtien valaisemiseen. Sitä käytetään yleisimmin lääketieteissä, ja sillä on myös tärkeitä sovelluksia materiaalitieteessä. Tämän menetelmän systemaattinen soveltaminen betonissa alkoi lähes 40 vuotta sitten Tanskassa [3]; se standardisoitiin Pohjoismaissa vuonna 1991 arvioimaan kovettuneen betonin w/c, ja se päivitettiin vuonna 1999 [4].
Sementtipohjaisten materiaalien (esim. betonin, laastin ja saumauksen) w/cm:n mittaamiseen käytetään fluoresoivaa epoksia ohuen osan tai betonilohkon valmistukseen, jonka paksuus on noin 25 mikronia tai 1/1000 tuumaa (kuva 2). Prosessi sisältää Betonisydän tai -sylinteri leikataan litteiksi betonilohkoiksi (kutsutaan aihioiksi), joiden pinta-ala on noin 25 x 50 mm (1 x 2 tuumaa). Aihio liimataan lasilevylle, asetetaan tyhjiökammioon ja epoksihartsia syötetään tyhjiössä. Kun w/cm kasvaa, liitettävyys ja huokosten määrä lisääntyvät, joten enemmän epoksia tunkeutuu pastaan. Tutkimme hiutaleita mikroskoopilla käyttämällä erityisiä suodattimia epoksihartsin fluoresoivien väriaineiden virittämiseksi ja ylimääräisten signaalien suodattamiseksi. Näissä kuvissa mustat alueet edustavat kiviaineshiukkasia ja hydratoitumattomia sementtihiukkasia. Näiden kahden huokoisuus on periaatteessa 0 %. Kirkkaan vihreä ympyrä on huokoisuus (ei huokoisuus), ja huokoisuus on periaatteessa 100%. Yksi näistä ominaisuuksista Vihreä pilkullinen "aine" on tahna (kuva 2). Kun betonin w/cm ja kapillaarihuokoisuus kasvavat, tahnan ainutlaatuinen vihreä väri kirkastuu ja kirkastuu (katso kuva 3).
Kuva 2. Fluoresenssimikrokuva hiutaleista, joissa näkyy aggregoituneet hiukkaset, huokoset (v) ja tahna. Vaakakentän leveys on ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company
Kuva 3. Hiutaleiden fluoresenssimikrokuvat osoittavat, että kun w/cm kasvaa, vihreä tahna kirkastuu vähitellen. Nämä seokset ovat ilmastettuja ja sisältävät lentotuhkaa. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company
Kuva-analyysi sisältää kvantitatiivisen datan poimimisen kuvista. Sitä käytetään monilla eri tieteenaloilla kaukokartoitusmikroskoopista alkaen. Digitaalisen kuvan jokaisesta pikselista tulee pohjimmiltaan datapiste. Tämän menetelmän avulla voimme liittää numeroita näissä kuvissa näkyviin eri vihreän kirkkaustasoihin. Viimeisten 20 vuoden aikana pöytätietokoneiden laskentatehon ja digitaalisten kuvien hankinnan vallankumouksen myötä kuva-analyysistä on nyt tullut käytännöllinen työkalu, jota monet mikroskoopit (mukaan lukien betonipetrologit) voivat käyttää. Käytämme usein kuva-analyysiä lietteen kapillaarihuokoisuuden mittaamiseen. Ajan myötä havaitsimme, että w/cm:n ja kapillaarin huokoisuuden välillä on vahva systemaattinen tilastollinen korrelaatio, kuten seuraavassa kuvassa (kuvio 4 ja kuva 5) esitetään.
Kuva 4. Esimerkki tiedoista, jotka on saatu ohuiden leikkeiden fluoresenssimikrovalokuvista. Tämä kaavio esittää pikselien lukumäärän tietyllä harmaasävyllä yhdessä mikrokuvassa. Kolme piikkiä vastaavat aggregaatteja (oranssi käyrä), tahnaa (harmaa alue) ja tyhjää (täyttämätön huippu äärioikealla). Tahnan käyrä mahdollistaa keskimääräisen huokoskoon ja sen keskihajonnan laskemisen. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company Kuva 5. Tämä kaavio esittää sarjan w/cm keskimääräisiä kapillaarimittauksia ja 95 %:n luottamusväliä seoksessa, joka koostuu puhtaasta sementistä, lentotuhkasementistä ja luonnollisesta puzzolaanisideaineesta. Chunyu Qiao ja DRP, Twining Company
Loppujen lopuksi tarvitaan kolme riippumatonta testiä sen osoittamiseksi, että paikan päällä oleva betoni on seoksen suunnitteluspesifikaatioiden mukainen. Hanki ydinnäytteet mahdollisuuksien mukaan sijoitteluista, jotka täyttävät kaikki hyväksymiskriteerit, sekä näytteitä vastaavista sijoitteluista. Hyväksytyn asettelun ydintä voidaan käyttää kontrollinäytteenä, ja voit käyttää sitä vertailukohtana arvioitaessa asiaankuuluvan asettelun vaatimustenmukaisuutta.
Kokemuksemme mukaan insinöörit, joilla on tietueita, näkevät näistä testeistä saadut tiedot, he yleensä hyväksyvät sijoituksen, jos muut keskeiset tekniset ominaisuudet (kuten puristuslujuus) täyttyvät. Tarjoamalla kvantitatiiviset w/cm- ja muodostuskertoimen mittaukset voimme mennä moniin töihin määritettyjä testejä pidemmälle todistaaksemme, että kyseessä olevalla seoksella on ominaisuuksia, jotka johtavat hyvään kestävyyteen.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI on DRP, A Twining Companyn päälitografi. Hänellä on yli 25 vuoden ammatillinen petrologikokemus ja hän on tarkastanut henkilökohtaisesti yli 10 000 näytettä yli 2 000 projektista ympäri maailmaa. Dr. Chunyu Qiao, Twining Companyn DRP:n päätutkija, on geologi ja materiaalitutkija, jolla on yli kymmenen vuoden kokemus sementoinnista sekä luonnon- ja jalostetuista kivituotteista. Hänen asiantuntemukseensa kuuluu kuva-analyysin ja fluoresenssimikroskopian käyttö betonin kestävyyden tutkimiseen, erityisesti jäänpoistosuolojen, alkali-piireaktioiden ja jätevedenpuhdistamoiden kemiallisen hyökkäyksen aiheuttamiin vaurioihin.
Postitusaika: 7.9.2021