Οι νέες εξελίξεις στη διασφάλιση της ποιότητας των οδοστρωμάτων από σκυρόδεμα μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα, την ανθεκτικότητα και τη συμμόρφωση με τους κώδικες υβριδικού σχεδιασμού.
Η κατασκευή οδοστρώματος από σκυρόδεμα μπορεί να αντιμετωπίσει καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και ο εργολάβος πρέπει να επαληθεύσει την ποιότητα και την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος που χυτεύεται επί τόπου. Αυτά τα συμβάντα περιλαμβάνουν την έκθεση σε βροχή κατά τη διαδικασία έκχυσης, την εφαρμογή των υλικών σκλήρυνσης μετά την εφαρμογή, την πλαστική συρρίκνωση και τις ώρες ρωγμών μέσα σε λίγες ώρες μετά την έκχυση, καθώς και προβλήματα υφής και σκλήρυνσης του σκυροδέματος. Ακόμα και αν πληρούνται οι απαιτήσεις αντοχής και άλλες δοκιμές υλικών, οι μηχανικοί ενδέχεται να απαιτήσουν την αφαίρεση και αντικατάσταση τμημάτων του οδοστρώματος επειδή ανησυχούν για το εάν τα υλικά επί τόπου πληρούν τις προδιαγραφές σχεδιασμού μείγματος.
Σε αυτήν την περίπτωση, η πετρογραφία και άλλες συμπληρωματικές (αλλά επαγγελματικές) μέθοδοι δοκιμών μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα και την ανθεκτικότητα των μιγμάτων σκυροδέματος και κατά πόσον πληρούν τις προδιαγραφές εργασίας.
Σχήμα 1. Παραδείγματα μικρογραφιών φθορίζοντος μικροσκοπίου πάστας σκυροδέματος στα 0,40 w/c (άνω αριστερή γωνία) και 0,60 w/c (άνω δεξιά γωνία). Το κάτω αριστερό σχήμα δείχνει τη συσκευή για τη μέτρηση της ειδικής αντίστασης ενός κυλίνδρου σκυροδέματος. Το κάτω δεξί σχήμα δείχνει τη σχέση μεταξύ της ειδικής αντίστασης όγκου και του w/c. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining.
Νόμος του Άμπραμ: «Η αντοχή σε θλίψη ενός μείγματος σκυροδέματος είναι αντιστρόφως ανάλογη με την αναλογία νερού-τσιμέντου».
Ο καθηγητής Duff Abrams περιέγραψε για πρώτη φορά τη σχέση μεταξύ του λόγου νερού-τσιμέντου (w/c) και της αντοχής σε θλίψη το 1918 [1] και διατύπωσε αυτό που σήμερα ονομάζεται νόμος του Abram: «Η αντοχή σε θλίψη του σκυροδέματος» (Λόγος νερού/τσιμέντου). Εκτός από τον έλεγχο της αντοχής σε θλίψη, ο λόγος νερού-τσιμέντου (w/cm) προτιμάται πλέον επειδή αναγνωρίζει την αντικατάσταση του τσιμέντου Portland με συμπληρωματικά υλικά τσιμέντου όπως η ιπτάμενη τέφρα και η σκωρία. Είναι επίσης μια βασική παράμετρος της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι τα μείγματα σκυροδέματος με w/cm χαμηλότερο από ~0,45 είναι ανθεκτικά σε επιθετικά περιβάλλοντα, όπως περιοχές που εκτίθενται σε κύκλους ψύξης-απόψυξης με άλατα αποπάγωσης ή περιοχές όπου υπάρχει υψηλή συγκέντρωση θειικών στο έδαφος.
Οι τριχοειδείς πόροι αποτελούν εγγενές μέρος του πολτού τσιμέντου. Αποτελούνται από τον χώρο μεταξύ των προϊόντων ενυδάτωσης του τσιμέντου και των μη ενυδατωμένων σωματιδίων τσιμέντου που κάποτε ήταν γεμάτα με νερό. [2] Οι τριχοειδείς πόροι είναι πολύ λεπτότεροι από τους εγκλωβισμένους ή παγιδευμένους πόρους και δεν πρέπει να συγχέονται με αυτούς. Όταν οι τριχοειδείς πόροι είναι συνδεδεμένοι, το υγρό από το εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να μεταναστεύσει μέσω της πάστας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διείσδυση και πρέπει να ελαχιστοποιηθεί για να διασφαλιστεί η ανθεκτικότητα. Η μικροδομή του ανθεκτικού μείγματος σκυροδέματος είναι ότι οι πόροι είναι τμηματοποιημένοι αντί να συνδέονται. Αυτό συμβαίνει όταν η αναλογία w/cm είναι μικρότερη από ~0,45.
Παρόλο που είναι εξαιρετικά δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια η αναλογία w/cm του σκληρυμένου σκυροδέματος, μια αξιόπιστη μέθοδος μπορεί να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο διασφάλισης ποιότητας για τη διερεύνηση σκληρυμένου σκυροδέματος που έχει χυτευτεί στη θέση του. Η μικροσκοπία φθορισμού παρέχει μια λύση. Έτσι λειτουργεί.
Η μικροσκοπία φθορισμού είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί εποξειδική ρητίνη και φθορίζουσες χρωστικές για να φωτίσει λεπτομέρειες υλικών. Χρησιμοποιείται συχνότερα στις ιατρικές επιστήμες και έχει επίσης σημαντικές εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών. Η συστηματική εφαρμογή αυτής της μεθόδου στο σκυρόδεμα ξεκίνησε πριν από σχεδόν 40 χρόνια στη Δανία [3]. τυποποιήθηκε στις σκανδιναβικές χώρες το 1991 για την εκτίμηση του νερού/συσσωρευμένου σκυροδέματος και ενημερώθηκε το 1999 [4].
Για τη μέτρηση του w/cm υλικών με βάση το τσιμέντο (δηλαδή, σκυρόδεμα, κονίαμα και αρμόστοκο), χρησιμοποιείται φθορίζουσα εποξειδική ρητίνη για την κατασκευή μιας λεπτής διατομής ή τσιμεντόλιθου με πάχος περίπου 25 μικρών ή 1/1000 της ίντσας (Σχήμα 2). Η διαδικασία περιλαμβάνει: Ο πυρήνας ή ο κύλινδρος από σκυρόδεμα κόβεται σε επίπεδα τσιμεντόλιθους (που ονομάζονται κενά) με επιφάνεια περίπου 25 x 50 mm (1 x 2 ίντσες). Το κενό υλικό κολλάται σε μια γυάλινη αντικειμενοφόρο πλάκα, τοποθετείται σε θάλαμο κενού και εισάγεται εποξειδική ρητίνη υπό κενό. Καθώς αυξάνεται το w/cm, η συνδεσιμότητα και ο αριθμός των πόρων θα αυξηθούν, επομένως περισσότερη εποξειδική ρητίνη θα διεισδύσει στην πάστα. Εξετάζουμε τις νιφάδες στο μικροσκόπιο, χρησιμοποιώντας ένα σετ ειδικών φίλτρων για να διεγείρουμε τις φθορίζουσες χρωστικές ουσίες στην εποξειδική ρητίνη και να φιλτράρουμε τα υπερβολικά σήματα. Σε αυτές τις εικόνες, οι μαύρες περιοχές αντιπροσωπεύουν σωματίδια αδρανών και μη ενυδατωμένα σωματίδια τσιμέντου. Το πορώδες των δύο είναι βασικά 0%. Ο φωτεινός πράσινος κύκλος είναι το πορώδες (όχι το πορώδες) και το πορώδες είναι βασικά 100%. Ένα από αυτά τα χαρακτηριστικά, η κηλιδωτή πράσινη «ουσία» είναι μια πάστα (Σχήμα 2). Καθώς αυξάνεται η αναλογία w/cm και η τριχοειδής πορώδης ικανότητα του σκυροδέματος, το μοναδικό πράσινο χρώμα της πάστας γίνεται όλο και πιο φωτεινό (βλ. Σχήμα 3).
Σχήμα 2. Μικρογραφία φθορισμού νιφάδων που δείχνει συσσωματωμένα σωματίδια, κενά (v) και πάστα. Το πλάτος του οριζόντιου πεδίου είναι ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining.
Σχήμα 3. Μικρογραφίες φθορισμού των νιφάδων δείχνουν ότι καθώς αυξάνεται το w/cm, η πράσινη πάστα σταδιακά γίνεται πιο φωτεινή. Αυτά τα μείγματα αερίζονται και περιέχουν ιπτάμενη τέφρα. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining.
Η ανάλυση εικόνας περιλαμβάνει την εξαγωγή ποσοτικών δεδομένων από εικόνες. Χρησιμοποιείται σε πολλά διαφορετικά επιστημονικά πεδία, από το μικροσκόπιο τηλεπισκόπησης. Κάθε εικονοστοιχείο σε μια ψηφιακή εικόνα ουσιαστικά γίνεται ένα σημείο δεδομένων. Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να συνδέσουμε αριθμούς στα διαφορετικά επίπεδα φωτεινότητας του πράσινου που παρατηρούνται σε αυτές τις εικόνες. Τα τελευταία 20 χρόνια περίπου, με την επανάσταση στην ισχύ των επιτραπέζιων υπολογιστών και την ψηφιακή λήψη εικόνων, η ανάλυση εικόνας έχει πλέον γίνει ένα πρακτικό εργαλείο που μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολλοί μικροσκοπικοί (συμπεριλαμβανομένων των πετρολόγων σκυροδέματος). Συχνά χρησιμοποιούμε ανάλυση εικόνας για να μετρήσουμε το τριχοειδές πορώδες του πολτού. Με την πάροδο του χρόνου, διαπιστώσαμε ότι υπάρχει μια ισχυρή συστηματική στατιστική συσχέτιση μεταξύ w/cm και του τριχοειδούς πορώδους, όπως φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα (Σχήμα 4 και Σχήμα 5)).
Σχήμα 4. Παράδειγμα δεδομένων που ελήφθησαν από μικρογραφίες φθορισμού λεπτών τομών. Αυτό το γράφημα απεικονίζει τον αριθμό των pixel σε ένα δεδομένο επίπεδο γκρι σε μία μόνο φωτομικρογραφία. Οι τρεις κορυφές αντιστοιχούν σε συσσωματώματα (πορτοκαλί καμπύλη), πάστα (γκρίζα περιοχή) και κενό (μη συμπληρωμένη κορυφή στο δεξί άκρο). Η καμπύλη της πάστας επιτρέπει τον υπολογισμό του μέσου μεγέθους πόρων και της τυπικής απόκλισής του. Chunyu Qiao και DRP, Twining Company Σχήμα 5. Αυτό το γράφημα συνοψίζει μια σειρά μέσων τριχοειδικών μετρήσεων w/cm και διαστήματα εμπιστοσύνης 95% στο μείγμα που αποτελείται από καθαρό τσιμέντο, τσιμέντο ιπτάμενης τέφρας και φυσικό συνδετικό υλικό ποζολάνης. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining
Σε τελική ανάλυση, απαιτούνται τρεις ανεξάρτητες δοκιμές για να αποδειχθεί ότι το σκυρόδεμα επί τόπου συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές σχεδιασμού μείγματος. Στο μέτρο του δυνατού, λάβετε δείγματα πυρήνα από τοποθετήσεις που πληρούν όλα τα κριτήρια αποδοχής, καθώς και δείγματα από σχετικές τοποθετήσεις. Ο πυρήνας από την αποδεκτή διάταξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείγμα ελέγχου και μπορείτε να τον χρησιμοποιήσετε ως σημείο αναφοράς για την αξιολόγηση της συμμόρφωσης της σχετικής διάταξης.
Από την εμπειρία μας, όταν οι μηχανικοί με αρχεία βλέπουν τα δεδομένα που λαμβάνονται από αυτές τις δοκιμές, συνήθως αποδέχονται την τοποθέτηση εάν πληρούνται άλλα βασικά μηχανικά χαρακτηριστικά (όπως η αντοχή σε θλίψη). Παρέχοντας ποσοτικές μετρήσεις w/cm και συντελεστή σχηματισμού, μπορούμε να υπερβούμε τις δοκιμές που καθορίζονται για πολλές εργασίες για να αποδείξουμε ότι το εν λόγω μείγμα έχει ιδιότητες που θα μεταφραστούν σε καλή ανθεκτικότητα.
Ο David Rothstein, Ph.D., PG, FACI, είναι ο επικεφαλής λιθογράφος της DRP, μιας εταιρείας Twining. Έχει πάνω από 25 χρόνια επαγγελματικής εμπειρίας ως πετρολόγος και έχει επιθεωρήσει προσωπικά περισσότερα από 10.000 δείγματα από περισσότερα από 2.000 έργα σε όλο τον κόσμο. Ο Δρ. Chunyu Qiao, επικεφαλής επιστήμονας της DRP, μιας εταιρείας Twining, είναι γεωλόγος και επιστήμονας υλικών με περισσότερα από δέκα χρόνια εμπειρίας στην τσιμεντοποίηση υλικών και φυσικών και επεξεργασμένων πετρωμάτων. Η εξειδίκευσή του περιλαμβάνει τη χρήση ανάλυσης εικόνας και μικροσκοπίας φθορισμού για τη μελέτη της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος, με ιδιαίτερη έμφαση στις ζημιές που προκαλούνται από τα άλατα αποπάγωσης, τις αντιδράσεις αλκαλίων-πυριτίου και τη χημική προσβολή σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Σεπτεμβρίου 2021