Nuwe ontwikkelings in die gehalteversekering van betonplaveisels kan belangrike inligting verskaf oor gehalte, duursaamheid en voldoening aan hibriede ontwerpkodes.
Die konstruksie van betonplaveisel kan noodgevalle ervaar, en die kontrakteur moet die kwaliteit en duursaamheid van beton wat in die plek gegiet word, verifieer. Hierdie gebeurtenisse sluit in blootstelling aan reën tydens die gietproses, na-toediening van uithardingsmiddels, plastiese krimping en krake binne 'n paar uur na die giet, en probleme met betontekstuur en uitharding. Selfs al word aan die sterktevereistes en ander materiaaltoetse voldoen, kan ingenieurs die verwydering en vervanging van plaveiselonderdele vereis omdat hulle bekommerd is of die in-situ materiale aan die mengselontwerpspesifikasies voldoen.
In hierdie geval kan petrografie en ander aanvullende (maar professionele) toetsmetodes belangrike inligting verskaf oor die kwaliteit en duursaamheid van betonmengsels en of dit aan werkspesifikasies voldoen.
Figuur 1. Voorbeelde van fluoresensiemikroskoopmikrograwe van betonpasta teen 0.40 w/c (linker boonste hoek) en 0.60 w/c (regter boonste hoek). Die onderste linker figuur toon die toestel vir die meting van die weerstand van 'n betonsilinder. Die onderste regter figuur toon die verband tussen volumeweerstand en w/c. Chunyu Qiao en DRP, 'n Twining-maatskappy.
Abram se Wet: "Die druksterkte van 'n betonmengsel is omgekeerd eweredig aan die water-sement-verhouding."
Professor Duff Abrams het die verband tussen water-sement-verhouding (w/c) en druksterkte in 1918 [1] vir die eerste keer beskryf, en geformuleer wat nou Abram se wet genoem word: "Die druksterkte van beton Water/sement-verhouding." Benewens die beheer van die druksterkte, word die watersement-verhouding (w/cm) nou bevoordeel omdat dit die vervanging van Portland-sement met aanvullende sementeringsmateriale soos vliegas en slak erken. Dit is ook 'n sleutelparameter van betonduursaamheid. Baie studies het getoon dat betonmengsels met w/cm laer as ~0.45 duursaam is in aggressiewe omgewings, soos gebiede wat blootgestel word aan vries-dooi siklusse met ontdooiingsoute of gebiede waar daar 'n hoë konsentrasie sulfaat in die grond is.
Kapillêre porieë is 'n inherente deel van sementslurry. Hulle bestaan uit die ruimte tussen sementhidrasieprodukte en ongehidreerde sementdeeltjies wat eens met water gevul was. [2] Kapillêre porieë is baie fyner as meegesleurde of vasgekeerde porieë en moet nie met hulle verwar word nie. Wanneer die kapillêre porieë verbind is, kan vloeistof uit die eksterne omgewing deur die pasta migreer. Hierdie verskynsel word penetrasie genoem en moet geminimaliseer word om duursaamheid te verseker. Die mikrostruktuur van die duursame betonmengsel is dat die porieë gesegmenteer eerder as verbind is. Dit gebeur wanneer w/cm minder as ~0.45 is.
Alhoewel dit berug moeilik is om die w/cm van verharde beton akkuraat te meet, kan 'n betroubare metode 'n belangrike kwaliteitsversekeringsinstrument bied vir die ondersoek van verharde beton wat in die plek gegiet word. Fluoressensiemikroskopie bied 'n oplossing. Só werk dit.
Fluoresensiemikroskopie is 'n tegniek wat epoksiehars en fluoresserende kleurstowwe gebruik om besonderhede van materiale te verlig. Dit word die meeste in mediese wetenskappe gebruik, en dit het ook belangrike toepassings in materiaalwetenskap. Die sistematiese toepassing van hierdie metode in beton het byna 40 jaar gelede in Denemarke begin [3]; dit is in 1991 in die Nordiese lande gestandaardiseer vir die beraming van die w/c van verharde beton, en is in 1999 opgedateer [4].
Om die w/cm van sementgebaseerde materiale (d.w.s. beton, mortel en voegsel) te meet, word fluoresserende epoksie gebruik om 'n dun gedeelte of betonblok met 'n dikte van ongeveer 25 mikron of 1/1000 duim te maak (Figuur 2). Die proses behels dat die betonkern of silinder in plat betonblokke (genoem spasies) gesny word met 'n oppervlakte van ongeveer 25 x 50 mm (1 x 2 duim). Die spasie word op 'n glasplaatjie vasgeplak, in 'n vakuumkamer geplaas, en epoksiehars word onder vakuum ingebring. Soos w/cm toeneem, sal die konnektiwiteit en aantal porieë toeneem, sodat meer epoksie in die pasta sal binnedring. Ons ondersoek die vlokkies onder 'n mikroskoop met behulp van 'n stel spesiale filters om die fluoresserende kleurstowwe in die epoksiehars op te wek en oortollige seine uit te filter. In hierdie beelde verteenwoordig die swart areas aggregaatdeeltjies en ongehidreerde sementdeeltjies. Die porositeit van die twee is basies 0%. Die heldergroen sirkel is die porositeit (nie die porositeit nie), en die porositeit is basies 100%. Een van hierdie kenmerke Die gespikkelde groen "stof" is 'n pasta (Figuur 2). Soos die w/cm en kapillêre porositeit van beton toeneem, word die unieke groen kleur van die pasta helderder en helderder (sien Figuur 3).
Figuur 2. Fluoresensie-mikrograaf van vlokkies wat geaggregeerde deeltjies, holtes (v) en pasta toon. Die horisontale veldwydte is ~ 1.5 mm. Chunyu Qiao en DRP, 'n Twining-maatskappy.
Figuur 3. Fluoresensie-mikrograwe van die vlokkies toon dat soos die w/cm toeneem, die groen pasta geleidelik helderder word. Hierdie mengsels is belug en bevat vliegas. Chunyu Qiao en DRP, 'n Twining-maatskappy
Beeldanalise behels die onttrekking van kwantitatiewe data uit beelde. Dit word in baie verskillende wetenskaplike velde gebruik, van afstandwaarnemingsmikroskoop tot digitale beelde. Elke pixel in 'n digitale beeld word in wese 'n datapunt. Hierdie metode stel ons in staat om nommers te koppel aan die verskillende groen helderheidsvlakke wat in hierdie beelde gesien word. Oor die afgelope 20 jaar of so, met die rewolusie in rekenaarkrag en digitale beeldverkryging, het beeldanalise nou 'n praktiese instrument geword wat baie mikroskopiste (insluitend betonpetroloë) kan gebruik. Ons gebruik dikwels beeldanalise om die kapillêre porositeit van die slurry te meet. Met verloop van tyd het ons gevind dat daar 'n sterk sistematiese statistiese korrelasie is tussen w/cm en die kapillêre porositeit, soos getoon in die volgende figuur (Figuur 4 en Figuur 5).
Figuur 4. Voorbeeld van data verkry uit fluoresensie-mikrograwe van dun snitte. Hierdie grafiek stip die aantal pixels op 'n gegewe grysvlak in 'n enkele fotomikrograaf uit. Die drie pieke stem ooreen met aggregate (oranje kurwe), pasta (grys area) en leemte (ongevulde piek heel regs). Die kurwe van die pasta laat 'n mens toe om die gemiddelde poriegrootte en die standaardafwyking daarvan te bereken. Chunyu Qiao en DRP, Twining Company Figuur 5. Hierdie grafiek som 'n reeks w/cm gemiddelde kapillêre metings en 95%-vertrouensintervalle op in die mengsel wat bestaan uit suiwer sement, vliegas-sement en natuurlike pozzolaanbindmiddel. Chunyu Qiao en DRP, 'n Twining Company
In die finale analise word drie onafhanklike toetse vereis om te bewys dat die beton op die perseel aan die mengontwerpspesifikasie voldoen. Verkry sover moontlik kernmonsters van plasings wat aan alle aanvaardingskriteria voldoen, sowel as monsters van verwante plasings. Die kern van die aanvaarde uitleg kan as 'n kontrolemonster gebruik word, en jy kan dit as 'n maatstaf gebruik om die voldoening van die betrokke uitleg te evalueer.
In ons ervaring, wanneer ingenieurs met rekords die data wat uit hierdie toetse verkry is, sien, aanvaar hulle gewoonlik plasing indien ander belangrike ingenieurseienskappe (soos druksterkte) nagekom word. Deur kwantitatiewe metings van w/cm en vormingsfaktor te verskaf, kan ons verder gaan as die toetse wat vir baie werk gespesifiseer word om te bewys dat die betrokke mengsel eienskappe het wat in goeie duursaamheid sal vertaal.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI is die hooflitograaf van DRP, 'n Twining-maatskappy. Hy het meer as 25 jaar professionele petroloog-ervaring en het persoonlik meer as 10 000 monsters van meer as 2 000 projekte regoor die wêreld geïnspekteer. Dr. Chunyu Qiao, die hoofwetenskaplike van DRP, 'n Twining-maatskappy, is 'n geoloog en materiaalwetenskaplike met meer as tien jaar ondervinding in die sementering van materiale en natuurlike en verwerkte rotsprodukte. Sy kundigheid sluit die gebruik van beeldanalise en fluoresensiemikroskopie in om die duursaamheid van beton te bestudeer, met spesiale klem op die skade wat veroorsaak word deur ontysingsoute, alkali-silikonreaksies en chemiese aanvalle in afvalwaterbehandelingsaanlegte.
Plasingstyd: 7 September 2021