Οι νέες εξελίξεις στη διασφάλιση της ποιότητας των πεζοδρομίων από σκυρόδεμα μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα, την ανθεκτικότητα και τη συμμόρφωση με τους υβριδικούς κώδικες σχεδιασμού.
Η κατασκευή του πεζοδρομίου σκυροδέματος μπορεί να δει έκτακτες ανάγκες και ο εργολάβος πρέπει να επαληθεύσει την ποιότητα και την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος από cast-in-place. Αυτά τα γεγονότα περιλαμβάνουν την έκθεση στη βροχή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χύσης, μετά την εφαρμογή των ενώσεων σκλήρυνσης, τις πλαστικές ώρες συρρίκνωσης και ρωγμές μέσα σε λίγες ώρες μετά την έκχυση και τα ζητήματα σκυροδέματος και σκλήρυνσης. Ακόμη και αν ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις αντοχής και άλλες δοκιμές υλικών, οι μηχανικοί ενδέχεται να απαιτούν την αφαίρεση και την αντικατάσταση των εξαρτημάτων του πεζοδρομίου επειδή ανησυχούν για το αν τα επιτόπια υλικά πληρούν τις προδιαγραφές σχεδιασμού του μίγματος.
Σε αυτή την περίπτωση, η πετρογραφία και άλλες συμπληρωματικές (αλλά επαγγελματικές) μέθοδοι δοκιμών μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα και την ανθεκτικότητα των μειγμάτων σκυροδέματος και εάν πληρούν τις προδιαγραφές εργασίας.
Εικόνα 1. Παραδείγματα μικρογραφιών μικροσκοπίου φθορισμού μικροσκοπίου σκυροδέματος σε 0,40 W/C (επάνω αριστερή γωνία) και 0,60 W/C (πάνω δεξιά γωνία). Το κάτω αριστερό σχήμα δείχνει τη συσκευή για τη μέτρηση της αντίστασης ενός κυλίνδρου σκυροδέματος. Το κάτω δεξί σχήμα δείχνει τη σχέση μεταξύ της αντίστασης όγκου και του w/c. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining
Ο νόμος του Abram: "Η συμπιεστική δύναμη ενός μείγματος σκυροδέματος είναι αντιστρόφως ανάλογη με την αναλογία του νερού-τσιμέντου".
Ο καθηγητής Duff Abrams περιέγραψε για πρώτη φορά τη σχέση μεταξύ του λόγου-τσιμέντου (W/C) και της αντοχής σε θλίψη το 1918 [1] και διατύπωσε αυτό που ονομάζεται νόμος του Abram: "Η αντοχή σε συμπιεστική δύναμη του αναλογία νερού/τσιμέντου". Εκτός από τον έλεγχο της αντοχής συμπίεσης, η αναλογία τσιμέντου νερού (w/cm) ευνοείται τώρα επειδή αναγνωρίζει την αντικατάσταση του τσιμέντου Portland με συμπληρωματικά υλικά τσιμέντου όπως τέφρα μύγας και σκωρία. Είναι επίσης μια βασική παράμετρος της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι τα μείγματα σκυροδέματος με w/cm χαμηλότερα από ~ 0,45 είναι ανθεκτικά σε επιθετικά περιβάλλοντα, όπως οι περιοχές που εκτίθενται σε κύκλους κατάψυξης-απόψυξης με άλατα ή περιοχές όπου υπάρχει υψηλή συγκέντρωση θειικού στο έδαφος.
Οι τριχοειδείς πόροι είναι ένα εγγενές μέρος του πολτού τσιμέντου. Αποτελούνται από το διάστημα μεταξύ των προϊόντων ενυδάτωσης τσιμέντου και των σωματιδίων τσιμέντου που δεν έχουν γεμίσει με νερό. [2] Οι τριχοειδείς πόροι είναι πολύ λεπτότεροι από τους παρασκευασμένους ή παγιδευμένους πόρους και δεν πρέπει να συγχέονται με αυτούς. Όταν συνδέονται οι τριχοειδείς πόροι, το υγρό από το εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να μεταναστεύσει μέσω της πάστα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διείσδυση και πρέπει να ελαχιστοποιηθεί για να εξασφαλιστεί η ανθεκτικότητα. Η μικροδομή του ανθεκτικού μείγματος σκυροδέματος είναι ότι οι πόροι είναι κατακερματισμένοι και όχι συνδεδεμένοι. Αυτό συμβαίνει όταν το w/cm είναι μικρότερο από ~ 0,45.
Παρόλο που είναι γνωστό ότι είναι δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια το w/cm σκληρυμένου σκυροδέματος, μια αξιόπιστη μέθοδος μπορεί να παράσχει ένα σημαντικό εργαλείο διασφάλισης ποιότητας για τη διερεύνηση σκυροδέματος σκληρού χυτού. Η μικροσκοπία φθορισμού παρέχει μια λύση. Έτσι λειτουργεί.
Η μικροσκοπία φθορισμού είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί εποξειδική ρητίνη και φθορίζουσες βαφές για να φωτίσει λεπτομέρειες των υλικών. Χρησιμοποιείται συνήθως στις ιατρικές επιστήμες και έχει επίσης σημαντικές εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών. Η συστηματική εφαρμογή αυτής της μεθόδου στο σκυρόδεμα ξεκίνησε πριν από περίπου 40 χρόνια στη Δανία [3]. Ήταν τυποποιημένη στις σκανδιναβικές χώρες το 1991 για την εκτίμηση του W/C του σκληρυμένου σκυροδέματος και ενημερώθηκε το 1999 [4].
Για να μετρηθεί το w/cm υλικών που βασίζονται σε τσιμέντο (δηλαδή σκυρόδεμα, κονίαμα και εξήραση), χρησιμοποιείται φθορίζον εποξειδικό για την παρασκευή ενός λεπτού τμήματος ή μπλοκ σκυροδέματος με πάχος περίπου 25 μικρών ή 1/1000 ιντσών (Εικόνα 2). Η διαδικασία περιλαμβάνει τον πυρήνα σκυροδέματος ή τον κύλινδρο κόβεται σε επίπεδες μπλοκ σκυροδέματος (που ονομάζονται κενά) με έκταση περίπου 25 x 50 mm (1 x 2 ίντσες). Το κενό είναι κολλημένο σε μια γυάλινη διαφάνεια, τοποθετημένη σε θάλαμο κενού και η εποξική ρητίνη εισάγεται υπό κενό. Καθώς αυξάνεται ο W/cm, η συνδεσιμότητα και ο αριθμός των πόρων θα αυξηθούν, οπότε περισσότερο εποξειδικό θα διεισδύσει στην πάστα. Εξετάζουμε τις νιφάδες κάτω από ένα μικροσκόπιο, χρησιμοποιώντας ένα σύνολο ειδικών φίλτρων για να διεγείρουν τις φθορίζουσες βαφές στην εποξική ρητίνη και να φιλτράρουν τα περίσσεια σήματα. Σε αυτές τις εικόνες, οι μαύρες περιοχές αντιπροσωπεύουν συσσωματωμένα σωματίδια και ασυνήθιστα 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 της πράσινης "ουσίας" είναι μια πάστα (Εικόνα 2). Καθώς το W/CM και το τριχοειδές πορώδες της αύξησης του σκυροδέματος, το μοναδικό πράσινο χρώμα της πάστα γίνεται πιο φωτεινό και φωτεινότερο (βλ. Εικόνα 3).
Εικόνα 2. Μικρογραφία φθορισμού νιφάδων που δείχνουν συσσωματωμένα σωματίδια, κενά (V) και πάστα. Το οριζόντιο πλάτος πεδίου είναι ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining
Εικόνα 3. Οι μικρογραφίες φθορισμού των νιφάδων δείχνουν ότι καθώς αυξάνεται το w/cm, η πράσινη πάστα σταδιακά γίνεται πιο φωτεινή. Αυτά τα μείγματα αερίζονται και περιέχουν τέφρα μύγας. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining
Η ανάλυση εικόνας περιλαμβάνει την εξαγωγή ποσοτικών δεδομένων από εικόνες. Χρησιμοποιείται σε πολλά διαφορετικά επιστημονικά πεδία, από μικροσκόπιο τηλεπισκόπησης. Κάθε εικονοστοιχείο σε μια ψηφιακή εικόνα γίνεται ουσιαστικά ένα σημείο δεδομένων. Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να προσαρμόζουμε αριθμούς στα διαφορετικά επίπεδα πράσινης φωτεινότητας που παρατηρούνται σε αυτές τις εικόνες. Κατά τα τελευταία 20 χρόνια περίπου, με την επανάσταση στην επιφάνεια εργασίας υπολογιστικής ισχύος και της ψηφιακής απόκτησης εικόνων, η ανάλυση εικόνας έχει γίνει τώρα 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 (Εικόνα 4 και Εικόνα 5)).
Εικόνα 4. Παράδειγμα δεδομένων που λαμβάνονται από μικρογραφίες φθορισμού λεπτών τμημάτων. Αυτό το γράφημα σχεδιάζει τον αριθμό των εικονοστοιχείων σε ένα δεδομένο γκρι επίπεδο σε μία μόνο φωτομικρογραφία. Οι τρεις κορυφές αντιστοιχούν σε συσσωματώματα (πορτοκαλί καμπύλη), πάστα (γκρίζα περιοχή) και άκυρο (αθόρυβη κορυφή στην άκρα δεξιά). Η καμπύλη της πάστα επιτρέπει σε κάποιον να υπολογίσει το μέσο μέγεθος των πόρων και την τυπική απόκλιση. Chunyu Qiao και DRP, Twining Company Εικόνα 5. Αυτό το γράφημα συνοψίζει μια σειρά από μέσες τριχοειδείς μετρήσεις W/CM και διαστήματα εμπιστοσύνης 95% στο μείγμα που αποτελείται από καθαρό τσιμέντο, τσιμέντο τέφρας και φυσικό συνδετικό υλικό Pozzolan. Chunyu Qiao και DRP, μια εταιρεία Twining
Στην τελική ανάλυση, απαιτούνται τρεις ανεξάρτητες δοκιμές για να αποδειχθεί ότι το επί τόπου σκυροδέματος συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές σχεδιασμού του μίγματος. Στο μέτρο του δυνατού, να αποκτήσετε 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 το 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 δέχονται την τοποθέτηση εάν πληρούνται άλλα βασικά χαρακτηριστικά μηχανικής (όπως η αντοχή σε θλίψη). Παρέχοντας ποσοτικές μετρήσεις του W/CM και του συντελεστή σχηματισμού, μπορούμε να υπερβούμε τις δοκιμές που καθορίζονται για πολλές θέσεις εργασίας για να αποδείξουμε ότι το εν λόγω μίγμα έχει ιδιότητες που θα μεταφραστούν σε καλή ανθεκτικότητα.
Ο David Rothstein, Ph.D., PG, FACI είναι ο επικεφαλής λιθογράφος του DRP, μιας εταιρείας Twining. Έχει πάνω από 25 χρόνια επαγγελματικής εμπειρίας πετρολόγου και προσωπικά επιθεωρεί περισσότερα από 10.000 δείγματα από περισσότερα από 2.000 έργα σε όλο τον κόσμο. Ο Δρ Chunyu Qiao, ο επικεφαλής επιστήμονας της DRP, μιας εταιρείας Twining, είναι γεωλόγος και επιστήμονας υλικών με περισσότερα από δέκα χρόνια εμπειρίας σε υλικά τσιμέντου και φυσικά και μεταποιημένα ροκ προϊόντα. Η τεχνογνωσία του περιλαμβάνει τη χρήση της ανάλυσης εικόνας και της μικροσκοπίας φθορισμού για τη μελέτη της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος, με ιδιαίτερη έμφαση στις βλάβες που προκαλούνται από τα άλατα απομάκρυνσης, τις αντιδράσεις αλκαλικού σιλικόν και τη χημική επίθεση στα εργοστάσια επεξεργασίας λυμάτων.
Χρόνος δημοσίευσης: SEP-07-2021