Novi razvoj u osiguranju kvalitete betonskih kolnika može pružiti važne informacije o kvaliteti, trajnosti i usklađenosti s hibridnim projektnim propisima.
Izgradnja betonskog kolnika može dovesti do izvanrednih situacija, a izvođač radova mora provjeriti kvalitetu i trajnost betona lijevanog na licu mjesta. Ti događaji uključuju izloženost kiši tijekom procesa izlijevanja, naknadnu primjenu sredstava za negu, plastično skupljanje i pucanje unutar nekoliko sati nakon izlijevanja 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 kolnika jer su zabrinuti zadovoljavaju li materijali na licu mjesta specifikacije projekta mješavine.
U ovom slučaju, petrografija i druge komplementarne (ali profesionalne) metode ispitivanja mogu pružiti važne informacije o kvaliteti i trajnosti betonskih smjesa te o tome zadovoljavaju li one radne specifikacije.
Slika 1. Primjeri mikrografija betonske paste dobivenih fluorescentnim mikroskopom pri 0,40 w/c (gornji lijevi kut) i 0,60 w/c (gornji desni kut). Donja lijeva slika prikazuje uređaj za mjerenje otpora betonskog cilindra. Donja desna slika prikazuje odnos između volumskog otpora i w/c. Chunyu Qiao i DRP, tvrtka Twining
Abramov zakon: „Tlačna čvrstoća betonske mješavine obrnuto je proporcionalna njenom vodocementnom omjeru.“
Profesor Duff Abrams prvi je opisao odnos između vodocementnog omjera (v/c) i tlačne čvrstoće 1918. [1] i formulirao ono što se danas naziva Abramov zakon: „Tlačna čvrstoća betona Vodocementni omjer.“ Osim što kontrolira tlačnu čvrstoću, vodocementni omjer (v/cm) sada je preferiran jer prepoznaje zamjenu portland cementa dodatnim cementnim materijalima poput letećeg pepela i troske. Također je ključni parametar trajnosti betona. Mnoge studije su pokazale da su betonske mješavine s v/cm nižim od ~0,45 trajne u agresivnim okruženjima, kao što su područja izložena ciklusima smrzavanja i odmrzavanja sa solima za odmrzavanje ili područja s visokom koncentracijom sulfata u tlu.
Kapilarne pore su sastavni dio cementne kaše. Sastoje se od prostora između produkata hidratacije cementa i nehidratiziranih čestica cementa koje su nekoć 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 vanjskog okruženja može migrirati kroz pastu. Taj se fenomen 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 točno izmjeriti w/cm očvrslog betona, pouzdana metoda može pružiti važan alat za osiguranje kvalitete istraživanja očvrslog betona lijevanog 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 znanostima, a ima i važne primjene u znanosti o materijalima. Sustavna primjena ove metode u betonu započela je prije gotovo 40 godina u Danskoj [3]; u nordijskim zemljama standardizirana je 1991. za procjenu vodocementnog odnosa očvrslog betona, a ažurirana je 1999. [4].
Za mjerenje w/cm materijala na bazi cementa (tj. betona, morta i mase za injektiranje), koristi se fluorescentni epoksid za izradu tankog presjeka ili betonskog bloka debljine približno 25 mikrona ili 1/1000 inča (slika 2). Postupak uključuje sljedeće: Betonska jezgra ili cilindar reže se 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, povećavat će se povezanost i broj pora, pa 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 nehidrirane čestice cementa. Poroznost obje je u osnovi 0%. Svijetlo zeleni krug je poroznost (ne poroznost), a poroznost je u osnovi 100%. Jedna od tih značajki Pjegava zelena „tvar“ 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, tvrtka Twining
Slika 3. Fluorescentne mikrografije pahuljica pokazuju da kako se w/cm povećava, zelena pasta postupno postaje svjetlija. Ove smjese su prozračene i sadrže leteći pepeo. Chunyu Qiao i DRP, tvrtka Twining
Analiza slike uključuje izdvajanje kvantitativnih podataka iz slika. Koristi se u mnogim različitim znanstvenim područjima, od daljinskog istraživanja do mikroskopa. Svaki piksel na digitalnoj slici u biti postaje podatkovna točka. Ova metoda nam omogućuje da pripišemo brojeve različitim razinama zelene svjetline koje se vide na tim slikama. Tijekom posljednjih 20-ak godina, s revolucijom u računalnoj snazi stolnih računala i digitalnom snimanju slika, analiza slike postala je praktičan alat koji mnogi mikroskopisti (uključujući petrologe betona) mogu koristiti. Često koristimo analizu slike za mjerenje kapilarne poroznosti suspenzije. Tijekom vremena otkrili smo da postoji jaka sustavna statistička korelacija između w/cm i kapilarne poroznosti, kao što je prikazano na sljedećoj slici (slika 4 i slika 5).
Slika 4. Primjer podataka dobivenih fluorescentnim mikrografijama tankih presjeka. Ovaj graf prikazuje broj piksela na zadanoj razini sive boje na jednoj fotomikrografiji. Tri vrha odgovaraju agregatima (narančasta krivulja), pasti (sivo područje) i šupljini (neispunjeni vrh na krajnjoj desnoj strani). Krivulja paste omogućuje izračun prosječne veličine pora i njezine standardne devijacije. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company Slika 5. Ovaj graf sažima niz prosječnih kapilarnih mjerenja w/cm i 95% intervala pouzdanosti u smjesi sastavljenoj od čistog cementa, cementa s letećim pepelom i prirodnog pucolana. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company
U konačnoj analizi, potrebna su tri neovisna ispitivanja kako bi se dokazalo da beton na gradilištu odgovara specifikacijama projekta mješavine. Koliko je god moguće, uzmite uzorke jezgre s mjesta ugradnje koja zadovoljavaju sve kriterije prihvatljivosti, kao i uzorke s povezanih mjesta ugradnje. Jezgra s prihvaćenog rasporeda može se koristiti kao kontrolni uzorak, a možete je koristiti kao mjerilo za procjenu sukladnosti relevantnog rasporeda.
Po našem iskustvu, kada inženjeri s evidencijom vide podatke dobivene iz ovih ispitivanja, obično prihvaćaju ugradnju ako su zadovoljene i druge ključne inženjerske karakteristike (poput tlačne čvrstoće). Pružanjem kvantitativnih mjerenja w/cm i faktora oblikovanja, 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, dr. sc., p.g., FACI, glavni je litograf tvrtke DRP, tvrtke Twining. Ima više od 25 godina profesionalnog petrološkog iskustva i osobno je pregledao više od 10 000 uzoraka iz više od 2 000 projekata diljem svijeta. Dr. Chunyu Qiao, glavni znanstvenik tvrtke DRP, tvrtke Twining, geolog je i znanstvenik za materijale s više od deset godina iskustva u cementiranju materijala te prirodnih i obrađenih kamenih proizvoda. Njegova stručnost uključuje korištenje analize slike i fluorescentne mikroskopije za proučavanje trajnosti betona, s posebnim naglaskom na oštećenja uzrokovana solima za odmrzavanje, alkalno-silicijevim reakcijama i kemijskim napadima u uređajima za pročišćavanje otpadnih voda.
Vrijeme objave: 07.09.2021.