Новые разработки в области обеспечения качества бетонных покрытий могут предоставить важную информацию о качестве, долговечности и соответствии нормам гибридного проектирования.
Строительство бетонного покрытия может привести к чрезвычайным ситуациям, и подрядчик должен проверить качество и долговечность монолитного бетона. К таким событиям относятся воздействие дождя во время заливки, последующее нанесение отверждающих составов, пластическая усадка и растрескивание в течение нескольких часов после заливки, а также проблемы с текстурой и отверждением бетона. Даже если требования к прочности и другие испытания материалов выполнены, инженеры могут потребовать снятия и замены частей покрытия, поскольку они обеспокоены тем, соответствуют ли материалы на месте спецификациям по проекту смеси.
В этом случае петрография и другие дополнительные (но профессиональные) методы испытаний могут предоставить важную информацию о качестве и долговечности бетонных смесей, а также о том, соответствуют ли они рабочим спецификациям.
Рисунок 1. Примеры микрофотографий бетонного теста, полученных с помощью флуоресцентного микроскопа при 0,40 в/ц (верхний левый угол) и 0,60 в/ц (верхний правый угол). На нижнем левом рисунке показано устройство для измерения удельного сопротивления бетонного цилиндра. На нижнем правом рисунке показана связь между объемным удельным сопротивлением и в/ц. Chunyu Qiao и DRP, a Twining Company
Закон Абрама: «Прочность бетонной смеси на сжатие обратно пропорциональна ее водоцементному соотношению».
Профессор Дафф Абрамс впервые описал взаимосвязь между отношением воды к цементу (w/c) и прочностью на сжатие в 1918 году [1] и сформулировал то, что сейчас называется законом Абрама: «Прочность бетона на сжатие отношение воды к цементу». Помимо контроля прочности на сжатие, отношение воды к цементу (w/cm) теперь является предпочтительным, поскольку оно признает замену портландцемента дополнительными цементирующими материалами, такими как летучая зола и шлак. Это также ключевой параметр долговечности бетона. Многие исследования показали, что бетонные смеси с w/cm ниже ~0,45 долговечны в агрессивных средах, таких как районы, подверженные циклам замораживания-оттаивания с солями для борьбы с обледенением или районы с высокой концентрацией сульфата в почве.
Капиллярные поры являются неотъемлемой частью цементного раствора. Они состоят из пространства между продуктами гидратации цемента и негидратированными частицами цемента, которые когда-то были заполнены водой. [2] Капиллярные поры намного мельче, чем вовлеченные или захваченные поры, и их не следует путать с ними. Когда капиллярные поры соединены, жидкость из внешней среды может мигрировать через пасту. Это явление называется проникновением и должно быть минимизировано для обеспечения долговечности. Микроструктура прочной бетонной смеси такова, что поры сегментированы, а не соединены. Это происходит, когда отношение воды к см составляет менее ~0,45.
Хотя, как известно, точно измерить w/cm затвердевшего бетона сложно, надежный метод может стать важным инструментом обеспечения качества для исследования затвердевшего монолитного бетона. Флуоресцентная микроскопия предлагает решение. Вот как это работает.
Флуоресцентная микроскопия — это метод, который использует эпоксидную смолу и флуоресцентные красители для освещения деталей материалов. Чаще всего он используется в медицинских науках, а также имеет важные приложения в материаловедении. Систематическое применение этого метода в бетоне началось почти 40 лет назад в Дании [3]; он был стандартизирован в странах Северной Европы в 1991 году для оценки водоцементного отношения затвердевшего бетона и был обновлен в 1999 году [4].
Для измерения w/cm материалов на основе цемента (т. е. бетона, раствора и затирки) используется флуоресцентная эпоксидная смола для изготовления тонкого сечения или бетонного блока толщиной приблизительно 25 микрон или 1/1000 дюйма (рисунок 2). Процесс включает в себя: бетонное ядро или цилиндр разрезается на плоские бетонные блоки (называемые заготовками) площадью приблизительно 25 x 50 мм (1 x 2 дюйма). Заготовка приклеивается к стеклянному предметному стеклу, помещается в вакуумную камеру, и эпоксидная смола вводится под вакуумом. По мере увеличения w/cm увеличивается связность и количество пор, поэтому больше эпоксидной смолы проникнет в пасту. Мы изучаем хлопья под микроскопом, используя набор специальных фильтров для возбуждения флуоресцентных красителей в эпоксидной смоле и отфильтровывания избыточных сигналов. На этих изображениях черные области представляют собой частицы заполнителя и негидратированные частицы цемента. Пористость обоих в основном составляет 0%. Ярко-зеленый круг — это пористость (не пористость), а пористость в основном 100%. Одна из этих особенностей. Пятнистая зеленая «субстанция» — это паста (рисунок 2). По мере увеличения в/ц и капиллярной пористости бетона уникальный зеленый цвет пасты становится все ярче и ярче (см. рисунок 3).
Рисунок 2. Флуоресцентная микрофотография хлопьев, показывающая агрегированные частицы, пустоты (v) и пасту. Ширина горизонтального поля составляет ~ 1,5 мм. Chunyu Qiao и DRP, a Twining Company
Рисунок 3. Флуоресцентные микрофотографии хлопьев показывают, что по мере увеличения w/cm зеленая паста постепенно становится ярче. Эти смеси аэрируются и содержат летучую золу. Chunyu Qiao и DRP, a Twining Company
Анализ изображений включает в себя извлечение количественных данных из изображений. Он используется во многих различных научных областях, от дистанционного зондирования микроскопа. Каждый пиксель в цифровом изображении по сути становится точкой данных. Этот метод позволяет нам прикреплять числа к различным уровням яркости зеленого цвета, видимым на этих изображениях. За последние 20 лет или около того, с революцией в вычислительной мощности настольных компьютеров и получении цифровых изображений, анализ изображений теперь стал практическим инструментом, который могут использовать многие микроскописты (включая петрологов по бетону). Мы часто используем анализ изображений для измерения капиллярной пористости суспензии. Со временем мы обнаружили, что существует сильная систематическая статистическая корреляция между w/cm и капиллярной пористостью, как показано на следующем рисунке (Рисунок 4 и Рисунок 5) ).
Рисунок 4. Пример данных, полученных с помощью флуоресцентных микрофотографий тонких срезов. Этот график отображает количество пикселей на заданном уровне серого на одной микрофотографии. Три пика соответствуют агрегатам (оранжевая кривая), пасте (серая область) и пустоте (незаполненный пик справа). Кривая пасты позволяет рассчитать средний размер пор и его стандартное отклонение. Chunyu Qiao и DRP, Twining Company Рисунок 5. Этот график суммирует ряд измерений капиллярности w/cm и 95% доверительных интервалов в смеси, состоящей из чистого цемента, цемента из летучей золы и связующего природного пуццолана. Chunyu Qiao и DRP, a Twining Company
В конечном счете, необходимо провести три независимых испытания, чтобы доказать, что бетон на месте соответствует спецификации по проекту смеси. Насколько это возможно, получите образцы керна из мест размещения, которые соответствуют всем критериям приемки, а также образцы из связанных мест размещения. Керн из принятого макета может быть использован в качестве контрольного образца, и вы можете использовать его в качестве эталона для оценки соответствия соответствующего макета.
По нашему опыту, когда инженеры с записями видят данные, полученные в результате этих испытаний, они обычно принимают размещение, если соблюдены другие ключевые технические характеристики (например, прочность на сжатие). Предоставляя количественные измерения w/cm и фактора формирования, мы можем выйти за рамки испытаний, указанных для многих работ, чтобы доказать, что рассматриваемая смесь обладает свойствами, которые обеспечат хорошую долговечность.
Дэвид Ротштейн, доктор философии, PG, FACI — главный литограф DRP, A Twining Company. У него более 25 лет профессионального опыта петролога, он лично проверил более 10 000 образцов из более чем 2 000 проектов по всему миру. Доктор Чуньюй Цяо, главный научный сотрудник DRP, a Twining Company, геолог и материаловед с более чем десятилетним опытом работы с цементирующими материалами и продуктами из природных и обработанных камней. Его экспертиза включает использование анализа изображений и флуоресцентной микроскопии для изучения долговечности бетона, с особым акцентом на повреждения, вызванные солями для борьбы с обледенением, реакциями щелочи и кремния и химическим воздействием на очистных сооружениях.
Время публикации: 07-сен-2021