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 υβριδικούς κώδικες σχεδιασμού.
Η κατασκευή οδοστρώματος από σκυρόδεμα μπορεί να δει καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και ο ανάδοχος πρέπει να επαληθεύσει την ποιότητα και την ανθεκτικότητα του χυτού σκυροδέματος. Αυτά τα συμβάντα περιλαμβάνουν έκθεση στη βροχή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έκχυσης, μετά την εφαρμογή των ενώσεων ωρίμανσης, ώρες συρρίκνωσης και ρωγμών του πλαστικού μέσα σε λίγες ώρες μετά την έκχυση και προβλήματα υφής και σκλήρυνσης του σκυροδέματος. Ακόμη και αν πληρούνται οι απαιτήσεις αντοχής και άλλες δοκιμές υλικών, οι μηχανικοί μπορεί να απαιτήσουν την αφαίρεση και την αντικατάσταση των τμημάτων του οδοστρώματος επειδή ανησυχούν για το εάν τα επιτόπια υλικά 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 εάν πληρούν τις προδιαγραφές εργασίας.
Εικόνα 1. Παραδείγματα μικροσκοπίων φθορισμού μικροσκοπίου πάστας σκυροδέματος στα 0,40 w/c (πάνω αριστερή γωνία) και 0,60 w/c (πάνω δεξιά γωνία). Το κάτω αριστερό σχήμα δείχνει τη συσκευή για τη μέτρηση της ειδικής αντίστασης ενός κυλίνδρου από σκυρόδεμα. Το κάτω δεξιά σχήμα δείχνει τη σχέση μεταξύ της αντίστασης όγκου και του w/c. Chunyu Qiao και DRP, μια Twining Company
Νόμος του Abram: «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 της αναλογίας νερού-τσιμέντου (w/c) και της αντοχής σε θλίψη το 1918 [1] και διατύπωσε αυτό που τώρα ονομάζεται νόμος του Abram: «Η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος Αναλογία νερού/τσιμέντου». Εκτός από τον έλεγχο της αντοχής σε θλίψη, η αναλογία νερού τσιμέντου (w/cm) ευνοείται πλέον γιατί αναγνωρίζει την αντικατάσταση του τσιμέντου Portland με συμπληρωματικά υλικά τσιμέντου όπως ιπτάμενη τέφρα και σκωρία. Είναι επίσης βασική παράμετρος αντοχής του σκυροδέματος. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι τα μείγματα σκυροδέματος με w/cm μικρότερο 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 θειικού άλατος στο έδαφος.
Οι τριχοειδείς πόροι είναι ένα εγγενές μέρος του πολτού τσιμέντου. Αποτελούνται από το χώρο μεταξύ των προϊόντων ενυδάτωσης τσιμέντου και των μη ενυδατωμένων σωματιδίων τσιμέντου που κάποτε γεμίζονταν με νερό. [2] Οι τριχοειδείς πόροι είναι πολύ λεπτότεροι από τους παρασυρμένους ή παγιδευμένους πόρους και δεν πρέπει να συγχέονται με αυτούς. Όταν οι τριχοειδείς πόροι συνδέονται, το υγρό από το εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να μεταναστεύσει μέσω της πάστας. 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 τμηματοποιημένοι παρά συνδεδεμένοι. Αυτό συμβαίνει όταν το w/cm είναι μικρότερο από ~0,45.
Αν και είναι εμφανώς δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια το w/cm του σκληρυμένου σκυροδέματος, μια αξιόπιστη μέθοδος μπορεί να προσφέρει ένα σημαντικό εργαλείο διασφάλισης ποιότητας για τη διερεύνηση του σκληρυμένου χυτού σκυροδέματος. Το μικροσκόπιο φθορισμού δίνει μια λύση. Έτσι λειτουργεί.
Η μικροσκοπία φθορισμού είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί εποξειδική ρητίνη και φθορίζουσες βαφές για να φωτίσει λεπτομέρειες των υλικών. Χρησιμοποιείται πιο συχνά 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 w/c σκληρυμένου σκυροδέματος και ενημερώθηκε το 1999 [4].
Για τη μέτρηση του w/cm υλικών με βάση το τσιμέντο (π.χ. σκυρόδεμα, κονίαμα και αρμολόγηση), χρησιμοποιείται φθορίζον εποξειδικό υλικό για την κατασκευή λεπτής τομής ή μπλοκ σκυροδέματος με πάχος περίπου 25 microns ή 1/1000 ίντσας (Εικόνα 2). Η διαδικασία περιλαμβάνει Ο πυρήνας ή ο κύλινδρος από σκυρόδεμα κόβεται σε επίπεδους τσιμεντόλιθους (που ονομάζονται κενά) με εμβαδόν περίπου 25 x 50 mm (1 x 2 ίντσες). Το τεμάχιο κολλάται σε μια γυάλινη πλάκα, τοποθετείται σε θάλαμο κενού και η εποξική ρητίνη εισάγεται υπό κενό. Καθώς αυξάνεται το w/cm, η συνδεσιμότητα και ο αριθμός των πόρων θα αυξάνονται, επομένως περισσότερη εποξειδική ουσία θα διεισδύσει στην πάστα. Εξετάζουμε τις νιφάδες κάτω από ένα μικροσκόπιο, χρησιμοποιώντας ένα σετ ειδικών φίλτρων για να διεγείρουμε τις φθορίζουσες βαφές 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 πράσινη «ουσία» με στίγματα είναι μια πάστα (Εικόνα 2). Καθώς το w/cm και το τριχοειδές πορώδες του σκυροδέματος αυξάνονται, το μοναδικό πράσινο χρώμα της πάστας γίνεται όλο και πιο φωτεινό (βλ. Εικόνα 3).
Εικόνα 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 Twining Company
Σχήμα 3. Μικρογραφίες φθορισμού των νιφάδων δείχνουν ότι όσο αυξάνεται το w/cm, η πράσινη πάστα γίνεται σταδιακά πιο φωτεινή. Αυτά τα μείγματα αερίζονται και περιέχουν ιπτάμενη τέφρα. Chunyu Qiao και DRP, μια Twining Company
Η ανάλυση εικόνας περιλαμβάνει την εξαγωγή ποσοτικών δεδομένων από εικόνες. Χρησιμοποιείται σε πολλά διαφορετικά επιστημονικά πεδία, από το μικροσκόπιο τηλεπισκόπησης. Κάθε pixel σε μια ψηφιακή εικόνα γίνεται ουσιαστικά ένα σημείο δεδομένων. Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να επισυνάψουμε αριθμούς στα διαφορετικά επίπεδα πράσινης φωτεινότητας που φαίνονται σε αυτές τις εικόνες. Τα τελευταία 20 περίπου χρόνια, με την επανάσταση στην υπολογιστική ισχύ επιτραπέζιων υπολογιστών και την απόκτηση ψηφιακής εικόνας, η ανάλυση εικόνας έχει γίνει πλέον ένα πρακτικό εργαλείο που μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολλοί μικροσκόπιοι (συμπεριλαμβανομένων των πετρολόγων σκυροδέματος). Συχνά χρησιμοποιούμε ανάλυση εικόνας για να μετρήσουμε το τριχοειδές πορώδες του πολτού. Με την πάροδο του χρόνου, διαπιστώσαμε ότι υπάρχει ισχυρή συστηματική στατιστική συσχέτιση μεταξύ του w/cm και του πορώδους των τριχοειδών, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα (Εικόνα 4 και Εικόνα 5) .
Εικόνα 4. Παράδειγμα δεδομένων που ελήφθησαν από μικρογραφίες φθορισμού λεπτών τομών. Αυτό το γράφημα απεικονίζει τον αριθμό των εικονοστοιχείων σε ένα δεδομένο επίπεδο γκρι σε μια μεμονωμένη φωτομικρογραφία. Οι τρεις κορυφές αντιστοιχούν σε συσσωματώματα (πορτοκαλί καμπύλη), πάστα (γκρίζα περιοχή) και κενό (μη συμπληρωμένη κορυφή στο άκρο δεξιά). Η καμπύλη της πάστας επιτρέπει σε κάποιον να υπολογίσει το μέσο μέγεθος 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 95% διαστήματα εμπιστοσύνης στο μείγμα που αποτελείται από καθαρό τσιμέντο, τσιμέντο ιπτάμενης τέφρας και φυσικό συνδετικό ποζολάνης. Chunyu Qiao και DRP, μια Twining Company
Σε τελική ανάλυση, απαιτούνται τρεις ανεξάρτητες δοκιμές για να αποδειχθεί ότι το επιτόπιο σκυρόδεμα συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές σχεδιασμού μίγματος. Στο μέτρο του δυνατού, λάβετε βασικά δείγματα 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.
Σύμφωνα με 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 προχωρήσουμε πέρα από τις δοκιμές που καθορίζονται για πολλές εργασίες για να αποδείξουμε ότι το εν λόγω μείγμα έχει ιδιότητες που θα μεταφραστούν σε καλή αντοχή.
Ο David Rothstein, Ph.D., PG, FACI είναι ο επικεφαλής λιθογράφος της DRP, A Twining Company. Έχει περισσότερα από 25 χρόνια επαγγελματικής εμπειρίας σε πετρολόγο και επιθεώρησε προσωπικά 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 Twining Company, είναι γεωλόγος και επιστήμονας υλικών με περισσότερα από δέκα χρόνια εμπειρίας σε υλικά τσιμέντου και φυσικά και επεξεργασμένα προϊόντα πετρωμάτων. Η τεχνογνωσία του περιλαμβάνει τη χρήση ανάλυσης εικόνας και μικροσκοπίας φθορισμού για τη μελέτη της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος, με ιδιαίτερη έμφαση στη ζημιά που προκαλείται από άλατα αποπάγωσης, αντιδράσεις αλκαλίου-πυριτίου και χημική προσβολή σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-07-2021