Nye udviklinger inden for kvalitetssikring af betonbelægninger kan give vigtig information om kvalitet, holdbarhed og overholdelse af hybriddesignkoder.
Konstruktionen af betonbelægning kan se nødsituationer, og entreprenøren skal verificere kvaliteten og holdbarheden af støbt beton.Disse hændelser omfatter eksponering for regn under hældeprocessen, efterpåføring af hærdeblandinger, plastisk krympning og revnetimer inden for et par timer efter hældning og problemer med betonteksturering og hærdning.Selvom styrkekravene og andre materialetest er opfyldt, kan ingeniører kræve fjernelse og udskiftning af fortovedele, fordi de er bekymrede for, om in-situ-materialerne opfylder blandingsdesignspecifikationerne.
I dette tilfælde kan petrografi og andre komplementære (men professionelle) testmetoder give vigtig information om betonblandingers kvalitet og holdbarhed, og om de opfylder arbejdsspecifikationerne.
Figur 1. Eksempler på fluorescensmikroskopmikroskopier af betonpasta ved 0,40 w/c (øverste venstre hjørne) og 0,60 w/c (øverste højre hjørne).Den nederste venstre figur viser enheden til måling af modstanden af en betoncylinder.Den nederste højre figur viser forholdet mellem volumenresistivitet og w/c.Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
Abrams lov: "En betonblandings trykstyrke er omvendt proportional med dens vand-cementforhold."
Professor Duff Abrams beskrev første gang forholdet mellem vand-cementforhold (w/c) og trykstyrke i 1918 [1], og formulerede det, der nu kaldes Abrams lov: "Betonens trykstyrke Vand/cementforhold."Ud over at kontrollere trykstyrken foretrækkes nu vandcementforholdet (w/cm), fordi det anerkender udskiftningen af Portlandcement med supplerende cementeringsmaterialer såsom flyveaske og slagger.Det er også en nøgleparameter for betons holdbarhed.Mange undersøgelser har vist, at betonblandinger med w/cm lavere end ~0,45 er holdbare i aggressive miljøer, såsom områder udsat for fryse-tø-cyklusser med afisningssalte eller områder, hvor der er en høj koncentration af sulfat i jorden.
Kapillære porer er en iboende del af cementopslæmning.De består af rummet mellem cementhydreringsprodukter og uhydrerede cementpartikler, der engang var fyldt med vand.[2] Kapillære porer er meget finere end indfangede eller fangede porer og bør ikke forveksles med dem.Når kapillærporerne er forbundet, kan væske fra det ydre miljø migrere gennem pastaen.Dette fænomen kaldes penetration og skal minimeres for at sikre holdbarhed.Mikrostrukturen af den holdbare betonblanding er, at porerne er segmenterede snarere end forbundet.Dette sker, når w/cm er mindre end ~0,45.
Selvom det er notorisk svært nøjagtigt at måle w/cm af hærdet beton, kan en pålidelig metode udgøre et vigtigt kvalitetssikringsværktøj til undersøgelse af hærdet indstøbt beton.Fluorescensmikroskopi giver en løsning.Sådan fungerer det.
Fluorescensmikroskopi er en teknik, der bruger epoxyharpiks og fluorescerende farvestoffer til at belyse materialers detaljer.Det er mest almindeligt anvendt i medicinske videnskaber, og det har også vigtige anvendelser inden for materialevidenskab.Den systematiske anvendelse af denne metode i beton startede for næsten 40 år siden i Danmark [3];den blev standardiseret i de nordiske lande i 1991 til estimering af w/c af hærdet beton og blev opdateret i 1999 [4].
For at måle w/cm af cementbaserede materialer (dvs. beton, mørtel og fuger) bruges fluorescerende epoxy til at lave en tynd sektion eller betonblok med en tykkelse på ca. 25 mikron eller 1/1000 tomme (Figur 2).Processen involverer, at betonkernen eller cylinderen skæres i flade betonblokke (kaldet emner) med et areal på cirka 25 x 50 mm (1 x 2 tommer).Emnet limes på et objektglas, placeres i et vakuumkammer, og epoxyharpiks indføres under vakuum.Efterhånden som w/cm stiger, vil forbindelsen og antallet af porer øges, så mere epoxy trænger ind i pastaen.Vi undersøger flagerne under et mikroskop ved hjælp af et sæt specielle filtre til at excitere de fluorescerende farvestoffer i epoxyharpiksen og filtrere overskydende signaler fra.På disse billeder repræsenterer de sorte områder aggregatpartikler og uhydrerede cementpartikler.Porøsiteten af de to er som udgangspunkt 0%.Den lyse grønne cirkel er porøsiteten (ikke porøsiteten), og porøsiteten er grundlæggende 100%.Et af disse funktioner Det plettede grønne "stof" er en pasta (Figur 2).Efterhånden som betonens w/cm og kapillære porøsitet øges, bliver pastaens unikke grønne farve lysere og lysere (se figur 3).
Figur 2. Fluorescensmikrofotografi af flager, der viser aggregerede partikler, hulrum (v) og pasta.Den vandrette feltbredde er ~ 1,5 mm.Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
Figur 3. Fluorescensmikrofotografier af flagerne viser, at når w/cm stiger, bliver den grønne pasta gradvist lysere.Disse blandinger er beluftede og indeholder flyveaske.Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
Billedanalyse involverer udtrækning af kvantitative data fra billeder.Det bruges i mange forskellige videnskabelige områder, lige fra fjernmålingsmikroskop.Hver pixel i et digitalt billede bliver i det væsentlige et datapunkt.Denne metode giver os mulighed for at knytte tal til de forskellige grønne lysstyrkeniveauer, der ses på disse billeder.I løbet af de sidste 20 år eller deromkring, med revolutionen inden for desktop computerkraft og digital billedopsamling, er billedanalyse nu blevet et praktisk værktøj, som mange mikroskopister (inklusive betonpetrologer) kan bruge.Vi bruger ofte billedanalyse til at måle kapillærporøsiteten af gyllen.Over tid fandt vi ud af, at der er en stærk systematisk statistisk sammenhæng mellem w/cm og den kapillære porøsitet, som vist i den følgende figur (Figur 4 og Figur 5)).
Figur 4. Eksempel på data opnået fra fluorescensmikrofotografier af tynde snit.Denne graf plotter antallet af pixels ved et givet gråniveau i et enkelt mikrofotografi.De tre toppe svarer til aggregater (orange kurve), pasta (grå område) og tomrum (ufyldt top yderst til højre).Pastaens kurve gør det muligt at beregne den gennemsnitlige porestørrelse og dens standardafvigelse.Chunyu Qiao og DRP, Twining Company Figur 5. Denne graf opsummerer en række w/cm gennemsnitlige kapillærmålinger og 95 % konfidensintervaller i blandingen bestående af ren cement, flyveaskecement og naturligt puzzolanbindemiddel.Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
I den endelige analyse kræves tre uafhængige test for at bevise, at betonen på stedet overholder blandingsdesignspecifikationen.Indhent så vidt muligt kerneprøver fra placeringer, der opfylder alle acceptkriterier, samt prøver fra relaterede placeringer.Kernen fra det accepterede layout kan bruges som en kontrolprøve, og du kan bruge den som et benchmark til at evaluere overensstemmelsen af det relevante layout.
Det er vores erfaring, at når ingeniører med optegnelser ser data opnået fra disse test, accepterer de normalt placering, hvis andre vigtige tekniske egenskaber (såsom trykstyrke) er opfyldt.Ved at levere kvantitative mål for w/cm og dannelsesfaktor kan vi gå ud over de test, der er specificeret for mange jobs, for at bevise, at den pågældende blanding har egenskaber, der vil udmønte sig i god holdbarhed.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI er cheflitograf for DRP, A Twining Company.Han har mere end 25 års professionel petrologerfaring og inspicerede personligt mere end 10.000 prøver fra mere end 2.000 projekter rundt om i verden.Dr. Chunyu Qiao, chefforskeren for DRP, et Twining Company, er en geolog og materialeforsker med mere end ti års erfaring i cementering af materialer og naturlige og forarbejdede stenprodukter.Hans ekspertise omfatter brugen af billedanalyse og fluorescensmikroskopi til at studere betons holdbarhed med særlig vægt på skader forårsaget af afisningssalte, alkali-siliciumreaktioner og kemiske angreb i spildevandsrensningsanlæg.
Posttid: 07-07-2021