Novi razvoj u osiguranju kvalitete betonskih kolovoznih konstrukcija može pružiti važne informacije o kvaliteti, trajnosti i usklađenosti s hibridnim projektnim propisima.
Prilikom izgradnje betonskog kolovoza mogu se javiti hitni slučajevi, a izvođač radova mora provjeriti kvalitet i trajnost betona livenog na licu mjesta. Ovi događaji uključuju izloženost kiši tokom procesa izlivanja, naknadnu primjenu sredstava za negu, plastično skupljanje i pucanje u roku od nekoliko sati nakon izlivanja, te probleme s teksturiranjem i negu betona. Čak i ako su ispunjeni zahtjevi čvrstoće i druga ispitivanja materijala, inženjeri mogu zahtijevati uklanjanje i zamjenu dijelova kolovoza jer su zabrinuti da li materijali na licu mjesta ispunjavaju specifikacije projekta mješavine.
U ovom slučaju, petrografija i druge komplementarne (ali profesionalne) metode ispitivanja mogu pružiti važne informacije o kvaliteti i trajnosti betonskih mješavina i o tome da li one ispunjavaju radne specifikacije.
Slika 1. Primjeri fluorescentnih mikroskopskih mikrografija betonske paste pri 0,40 v/c (gornji lijevi ugao) i 0,60 v/c (gornji desni ugao). Donja lijeva slika prikazuje uređaj za mjerenje otpornosti betonskog cilindra. Donja desna slika prikazuje odnos između zapreminske otpornosti i v/c. Chunyu Qiao i DRP, kompanija Twining.
Abramov zakon: „Pritisna čvrstoća betonske mješavine obrnuto je proporcionalna njenom vodocementnom odnosu.“
Profesor Duff Abrams je prvi opisao odnos između vodocementnog odnosa (v/c) i tlačne čvrstoće 1918. godine [1] i formulisao ono što se danas naziva Abramov zakon: „Tlačna čvrstoća betona - Vodocementni odnos.“ Pored kontrole tlačne čvrstoće, vodocementni odnos (v/cm) se sada preferira jer prepoznaje zamjenu portland cementa dodatnim cementnim materijalima kao što su pepeo i zgura. Također je ključni parametar trajnosti betona. Mnoge studije su pokazale da su betonske mješavine sa v/cm manjim od ~0,45 izdržljive u agresivnim okruženjima, kao što su područja izložena ciklusima smrzavanja i odmrzavanja sa solima za odmrzavanje ili područja gdje postoji visoka koncentracija sulfata u tlu.
Kapilarne pore su sastavni dio cementne kaše. Sastoje se od prostora između produkata hidratacije cementa i nehidratiziranih čestica cementa koje su nekada bile ispunjene vodom. [2] Kapilarne pore su mnogo finije od uvučenih ili zarobljenih pora i ne treba ih miješati s njima. Kada su kapilarne pore povezane, tekućina iz vanjske okoline može migrirati kroz pastu. Ovaj fenomen se naziva penetracija i mora se svesti na minimum kako bi se osigurala trajnost. Mikrostruktura trajne betonske smjese je takva da su pore segmentirane, a ne povezane. To se događa kada je w/cm manji od ~0,45.
Iako je poznato da je teško precizno izmjeriti w/cm očvrslog betona, pouzdana metoda može pružiti važan alat za osiguranje kvalitete pri istraživanju očvrslog betona livenog na licu mjesta. Fluorescentna mikroskopija pruža rješenje. Evo kako to funkcionira.
Fluorescentna mikroskopija je tehnika koja koristi epoksidnu smolu i fluorescentne boje za osvjetljavanje detalja materijala. Najčešće se koristi u medicinskim naukama, a ima i važne primjene u nauci o materijalima. Sistematska primjena ove metode u betonu započela je prije skoro 40 godina u Danskoj [3]; standardizovana je u nordijskim zemljama 1991. godine za procjenu vodocementnog odnosa očvrslog betona, a ažurirana je 1999. godine [4].
Za mjerenje w/cm materijala na bazi cementa (tj. betona, maltera i fugiranja), koristi se fluorescentni epoksid za izradu tankog presjeka ili betonskog bloka debljine približno 25 mikrona ili 1/1000 inča (Slika 2). Proces uključuje sljedeće: Betonska jezgra ili cilindar se reže na ravne betonske blokove (zvane praznine) površine približno 25 x 50 mm (1 x 2 inča). Prazna površina se lijepi na staklenu pločicu, stavlja u vakuumsku komoru i uvodi se epoksidna smola pod vakuumom. Kako se w/cm povećava, povećava se povezanost i broj pora, tako da će više epoksida prodrijeti u pastu. Pahuljice pregledavamo pod mikroskopom, koristeći set posebnih filtera za pobuđivanje fluorescentnih boja u epoksidnoj smoli i filtriranje viška signala. Na ovim slikama, crna područja predstavljaju čestice agregata i nehidratizirane čestice cementa. Poroznost obje je u osnovi 0%. Svijetlo zeleni krug je poroznost (ne poroznost), a poroznost je u osnovi 100%. Jedna od tih karakteristika, pjegava zelena „supstanca“ je pasta (Slika 2). Kako se v/cm i kapilarna poroznost betona povećavaju, jedinstvena zelena boja paste postaje sve svjetlija i svjetlija (vidi Sliku 3).
Slika 2. Fluorescentna mikrografija pahuljica koja prikazuje agregirane čestice, šupljine (v) i pastu. Širina horizontalnog polja je ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company
Slika 3. Fluorescentne mikrografije pahuljica pokazuju da kako se w/cm povećava, zelena pasta postepeno postaje svjetlija. Ove smjese su prozračene i sadrže leteći pepeo. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company
Analiza slike uključuje izdvajanje kvantitativnih podataka iz slika. Koristi se u mnogim različitim naučnim oblastima, od mikroskopa za daljinsko istraživanje. Svaki piksel na digitalnoj slici u suštini postaje tačka podataka. Ova metoda nam omogućava da pripišemo brojeve različitim nivoima zelene svjetline koji se vide na ovim slikama. U proteklih 20 godina, s revolucijom u snazi računara na desktop računarima i digitalnom snimanju slika, analiza slike je postala praktičan alat koji mnogi mikroskopisti (uključujući i petrologe koji se bave betonom) mogu koristiti. Često koristimo analizu slike za mjerenje kapilarne poroznosti suspenzije. Vremenom smo otkrili da postoji jaka sistematska statistička korelacija između w/cm i kapilarne poroznosti, kao što je prikazano na sljedećoj slici (Slika 4 i Slika 5).
Slika 4. Primjer podataka dobijenih fluorescentnim mikrografijama tankih presjeka. Ovaj grafikon prikazuje broj piksela na datom nivou sive boje na jednoj fotomikrografiji. Tri vrha odgovaraju agregatima (narandžasta krivulja), pasti (sivo područje) i šupljini (nepopunjeni vrh na krajnjoj desnoj strani). Krivulja paste omogućava izračunavanje prosječne veličine pora i njene standardne devijacije. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company Slika 5. Ovaj grafikon sumira niz prosječnih kapilarnih mjerenja w/cm i 95% intervala pouzdanosti u smjesi sastavljenoj od čistog cementa, cementa od letećeg pepela i prirodnog pucolanskog veziva. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company
U konačnoj analizi, potrebna su tri nezavisna testa kako bi se dokazalo da beton na gradilištu ispunjava specifikacije projekta mješavine. Koliko god je to moguće, uzmite uzorke jezgre sa mjesta koja ispunjavaju sve kriterije prihvatljivosti, kao i uzorke sa srodnih mjesta. Jezgro sa prihvaćenog rasporeda može se koristiti kao kontrolni uzorak, a možete ga koristiti kao referentnu vrijednost za procjenu usklađenosti relevantnog rasporeda.
Po našem iskustvu, kada inženjeri s evidencijom vide podatke dobivene iz ovih ispitivanja, obično prihvaćaju postavljanje ako su zadovoljene i druge ključne inženjerske karakteristike (kao što je tlačna čvrstoća). Pružanjem kvantitativnih mjerenja w/cm i faktora formiranja, možemo ići dalje od ispitivanja specificiranih za mnoge poslove kako bismo dokazali da dotična smjesa ima svojstva koja će se prevesti u dobru trajnost.
David Rothstein, doktor nauka, član Upravnog odbora, glavni je litograf kompanije DRP, kompanije Twining. Ima više od 25 godina profesionalnog petrološkog iskustva i lično je pregledao više od 10.000 uzoraka iz više od 2.000 projekata širom svijeta. Dr. Chunyu Qiao, glavni naučnik kompanije DRP, kompanije Twining, je geolog i naučnik za materijale sa više od deset godina iskustva u cementiranju materijala i prirodnih i prerađenih kamenih proizvoda. Njegova stručnost uključuje upotrebu analize slike i fluorescentne mikroskopije za proučavanje trajnosti betona, sa posebnim naglaskom na oštećenja uzrokovana solima za odmrzavanje, alkalno-silicijumskim reakcijama i hemijskim napadima u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda.
Vrijeme objave: 07.09.2021.