Новите разработки в осигуряването на качеството на бетонните настилки могат да предоставят важна информация за качеството, дълготрайността и съответствието с хибридните проектни норми.
При изграждането на бетонна настилка може да възникнат аварийни ситуации и изпълнителят трябва да провери качеството и дълготрайността на излятия на място бетон. Тези събития включват излагане на дъжд по време на процеса на изливане, последващо нанасяне на втвърдяващи съединения, пластично свиване и напукване в рамките на няколко часа след изливането, както и проблеми с текстурирането и втвърдяването на бетона. Дори ако изискванията за якост и други изпитвания на материалите са спазени, инженерите може да изискват премахване и подмяна на части от настилката, защото се притесняват дали материалите на място отговарят на спецификациите на проектната смес.
В този случай, петрографията и други допълващи (но професионални) методи за изпитване могат да предоставят важна информация за качеството и дълготрайността на бетонните смеси и дали те отговарят на работните спецификации.
Фигура 1. Примери за флуоресцентни микроскопски снимки на бетонна паста при 0,40 w/c (горен ляв ъгъл) и 0,60 w/c (горен десен ъгъл). Долната лява фигура показва устройството за измерване на съпротивлението на бетонен цилиндър. Долната дясна фигура показва връзката между обемното съпротивление и w/c. Chunyu Qiao и DRP, компания на Twining
Закон на Абрам: „Якостта на натиск на бетонната смес е обратно пропорционална на нейното водоциментово съотношение.“
Професор Дъф Ейбрамс за първи път описва връзката между водоциментовото съотношение (w/c) и якостта на натиск през 1918 г. [1] и формулира това, което сега се нарича закон на Ейбрам: „Якостта на натиск на бетона е съотношението вода/цимент.“ В допълнение към контрола на якостта на натиск, водоциментовото съотношение (w/cm) сега е предпочитано, защото то отчита заместването на портланд цимента с допълнителни циментиращи материали като летяща пепел и шлака. То е и ключов параметър за дълготрайността на бетона. Много изследвания показват, че бетонни смеси с w/cm по-ниско от ~0,45 са издръжливи в агресивни среди, като например зони, изложени на цикли на замръзване-размразяване със соли за размразяване или зони с висока концентрация на сулфати в почвата.
Капилярните пори са неразделна част от циментовата суспензия. Те се състоят от пространството между продуктите от хидратацията на цимента и нехидратираните циментови частици, които някога са били запълнени с вода. [2] Капилярните пори са много по-фини от увлечените или затворени пори и не трябва да се бъркат с тях. Когато капилярните пори са свързани, течност от външната среда може да мигрира през пастата. Това явление се нарича проникване и трябва да бъде сведено до минимум, за да се осигури дълготрайност. Микроструктурата на трайната бетонна смес е такава, че порите са сегментирани, а не свързани. Това се случва, когато w/cm е по-малко от ~0,45.
Въпреки че е изключително трудно да се измери точно съотношението вода/см² на втвърдения бетон, надежден метод може да осигури важен инструмент за осигуряване на качеството при изследване на втвърден бетон, излят на място. Флуоресцентната микроскопия предлага решение. Ето как работи тя.
Флуоресцентната микроскопия е техника, която използва епоксидна смола и флуоресцентни багрила за осветяване на детайли от материали. Тя се използва най-често в медицинските науки и има важни приложения и в материалознанието. Систематичното приложение на този метод в бетона започва преди близо 40 години в Дания [3]; той е стандартизиран в скандинавските страни през 1991 г. за оценка на водоцементното съотношение (w/c) на втвърден бетон и е актуализиран през 1999 г. [4].
За измерване на w/cm на материали на циментова основа (т.е. бетон, хоросан и фугираща смес), се използва флуоресцентна епоксидна смола за направата на тънък профил или бетонен блок с дебелина приблизително 25 микрона или 1/1000 инча (Фигура 2). Процесът включва: Бетонното ядро или цилиндър се нарязва на плоски бетонни блокове (наречени заготовки) с площ приблизително 25 x 50 мм (1 x 2 инча). Заготовката се залепва върху предметно стъкло, поставя се във вакуумна камера и се въвежда епоксидна смола под вакуум. С увеличаването на w/cm, свързаността и броят на порите ще се увеличават, така че повече епоксидна смола ще проникне в пастата. Изследваме люспите под микроскоп, като използваме набор от специални филтри за възбуждане на флуоресцентните багрила в епоксидната смола и филтриране на излишните сигнали. На тези изображения черните области представляват агрегатни частици и нехидратирани циментови частици. Порьозността на двете е основно 0%. Яркозеленият кръг е порьозността (не порьозността), а порьозността е основно 100%. Една от тези характеристики е петнисто-зеленото „вещество“ като паста (Фигура 2). С увеличаването на w/cm и капилярната порьозност на бетона, уникалният зелен цвят на пастата става все по-ярък (виж Фигура 3).
Фигура 2. Флуоресцентна микрофотография на люспи, показваща агрегирани частици, кухини (v) и паста. Ширината на хоризонталното поле е ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao и DRP, компания на Twining
Фигура 3. Флуоресцентните микрографии на люспите показват, че с увеличаване на съотношението w/cm, зелената паста постепенно става по-ярка. Тези смеси са аерирани и съдържат летяща пепел. Chunyu Qiao и DRP, компания на Twining
Анализът на изображения включва извличане на количествени данни от изображения. Той се използва в много различни научни области, от дистанционно наблюдение до микроскоп. Всеки пиксел в цифрово изображение по същество се превръща в точка от данни. Този метод ни позволява да прикрепим числа към различните нива на яркост на зеления цвят, наблюдавани в тези изображения. През последните 20 години, с революцията в мощността на настолните компютри и цифровото заснемане на изображения, анализът на изображения се превърна в практичен инструмент, който много микроскописти (включително специалисти по бетонни петролози) могат да използват. Често използваме анализ на изображения, за да измерим капилярната порьозност на суспензията. С течение на времето открихме, че има силна систематична статистическа корелация между w/cm и капилярната порьозност, както е показано на следващата фигура (Фигура 4 и Фигура 5).
Фигура 4. Пример за данни, получени от флуоресцентни микрографии на тънки срезове. Тази графика показва броя на пикселите при дадено ниво на сивото в една фотомикрография. Трите пика съответстват на агрегати (оранжева крива), паста (сива зона) и кухина (незапълнен пик в най-дясното поле). Кривата на пастата позволява да се изчисли средният размер на порите и неговото стандартно отклонение. Чуню Цяо и DRP, Twining Company Фигура 5. Тази графика обобщава серия от средни капилярни измервания w/cm и 95% доверителни интервали в сместа, съставена от чист цимент, цимент от летяща пепел и естествено пуцоланово свързващо вещество. Чуню Цяо и DRP, Twining Company
В крайна сметка са необходими три независими теста, за да се докаже, че бетонът на обекта отговаря на спецификацията за проектиране на сместа. Доколкото е възможно, вземете проби от места, които отговарят на всички критерии за приемане, както и проби от свързани места. Пробата от приетата конструкция може да се използва като контролна проба и можете да я използвате като ориентир за оценка на съответствието на съответната конструкция.
Според нашия опит, когато инженери с досиета видят данните, получени от тези тестове, те обикновено приемат поставянето им, ако са спазени други ключови инженерни характеристики (като якост на натиск). Чрез предоставяне на количествени измервания на w/cm и коефициента на формоване, можем да надхвърлим тестовете, определени за много проекти, за да докажем, че въпросната смес има свойства, които ще се превърнат в добра издръжливост.
Дейвид Ротщайн, доктор, главен инспектор по природни науки, член на FACI, е главен литограф на DRP, компания от Twining Company. Той има над 25 години професионален опит като петролог и лично е инспектирал над 10 000 проби от над 2000 проекта по целия свят. Д-р Чуню Цяо, главен учен в DRP, компания от Twining Company, е геолог и материалознание с над десет години опит в циментирането на материали и естествени и обработени скални продукти. Неговият опит включва използването на анализ на изображения и флуоресцентна микроскопия за изследване на дълготрайността на бетона, със специален акцент върху щетите, причинени от соли за размразяване, алкално-силициеви реакции и химическа атака в пречиствателните станции за отпадъчни води.
Време на публикуване: 07 септември 2021 г.