Nya utvecklingar inom kvalitetssäkring av betongbeläggningar kan ge viktig information om kvalitet, hållbarhet och överensstämmelse med hybriddesignkoder.
Konstruktionen av betongbeläggning kan se nödsituationer, och entreprenören måste verifiera kvaliteten och hållbarheten hos platsgjuten betong. Dessa händelser inkluderar exponering för regn under gjutningsprocessen, efter applicering av härdningsblandningar, plastkrympning och sprickbildningstimmar inom några timmar efter hällning, samt problem med betongstruktur och härdning. Även om hållfasthetskraven och andra materialtester är uppfyllda, kan ingenjörer kräva borttagning och utbyte av beläggningsdelar eftersom de är oroliga för om in-situ-materialen uppfyller specifikationerna för mixdesign.
I detta fall kan petrografi och andra kompletterande (men professionella) testmetoder ge viktig information om betongblandningarnas kvalitet och hållbarhet och om de uppfyller arbetsspecifikationerna.
Figur 1. Exempel på fluorescensmikroskopmikrofotografier av betongpasta vid 0,40 w/c (övre vänstra hörnet) och 0,60 w/c (övre högra hörnet). Den nedre vänstra figuren visar enheten för att mäta resistiviteten hos en betongcylinder. Den nedre högra figuren visar förhållandet mellan volymresistivitet och w/c. Chunyu Qiao och DRP, ett Twining Company
Abrams lag: "En betongblandnings tryckhållfasthet är omvänt proportionell mot dess vatten-cementförhållande."
Professor Duff Abrams beskrev först förhållandet mellan vatten-cementförhållandet (w/c) och tryckhållfasthet 1918 [1], och formulerade vad som nu kallas Abrams lag: "The compressive strength of concrete Water/cement ratio." Förutom att kontrollera tryckhållfastheten, gynnas nu vattencementförhållandet (w/cm) eftersom det erkänner ersättningen av Portlandcement med kompletterande cementeringsmaterial som flygaska och slagg. Det är också en nyckelparameter för betongens hållbarhet. Många studier har visat att betongblandningar med w/cm lägre än ~0,45 är hållbara i aggressiva miljöer, såsom områden som utsätts för frys-tinningscykler med avisningssalter eller områden där det finns en hög koncentration av sulfat i marken.
Kapillärporer är en inneboende del av cementuppslamning. De består av utrymmet mellan cementhydratiseringsprodukter och ohydratiserade cementpartiklar som en gång fylldes med vatten. [2] Kapillärporer är mycket finare än inneslutna eller fångade porer och bör inte förväxlas med dem. När kapillärporerna är sammankopplade kan vätska från den yttre miljön migrera genom pastan. Detta fenomen kallas penetration och måste minimeras för att säkerställa hållbarhet. Mikrostrukturen hos den hållbara betongblandningen är att porerna är segmenterade snarare än sammankopplade. Detta händer när w/cm är mindre än ~0,45.
Även om det är notoriskt svårt att exakt mäta vikt/cm av härdad betong, kan en pålitlig metod ge ett viktigt kvalitetssäkringsverktyg för att undersöka härdad platsgjuten betong. Fluorescensmikroskopi ger en lösning. Så här fungerar det.
Fluorescensmikroskopi är en teknik som använder epoxiharts och fluorescerande färgämnen för att belysa detaljer i material. Det används oftast inom medicinsk vetenskap, och det har också viktiga tillämpningar inom materialvetenskap. Den systematiska tillämpningen av denna metod i betong började för nästan 40 år sedan i Danmark [3]; den standardiserades i Norden 1991 för att uppskatta vikten av härdad betong och uppdaterades 1999 [4].
För att mäta vikt/cm av cementbaserade material (dvs. betong, murbruk och injektering) används fluorescerande epoxi för att göra en tunn sektion eller betongblock med en tjocklek på cirka 25 mikron eller 1/1000 tum (Figur 2). Processen innebär att betongkärnan eller cylindern skärs till platta betongblock (kallade ämnen) med en yta på cirka 25 x 50 mm (1 x 2 tum). Ämnet limmas på en glasskiva, placeras i en vakuumkammare och epoxiharts införs under vakuum. När w/cm ökar kommer anslutningen och antalet porer att öka, så att mer epoxi tränger in i pastan. Vi undersöker flingorna under ett mikroskop och använder en uppsättning speciella filter för att excitera de fluorescerande färgämnena i epoxihartset och filtrera bort överflödiga signaler. På dessa bilder representerar de svarta områdena aggregatpartiklar och ohydratiserade cementpartiklar. Porositeten för de två är i princip 0%. Den ljusgröna cirkeln är porositeten (inte porositeten), och porositeten är i princip 100 %. En av dessa egenskaper Den spräckliga gröna "substansen" är en pasta (Figur 2). När betongens vikt/cm och kapillärporositet ökar, blir pastans unika gröna färg ljusare och ljusare (se figur 3).
Figur 2. Fluorescensmikrofotografi av flingor som visar aggregerade partiklar, hålrum (v) och pasta. Den horisontella fältbredden är ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao och DRP, ett Twining Company
Figur 3. Fluorescensmikrofotografier av flingorna visar att när w/cm ökar blir den gröna pastan gradvis ljusare. Dessa blandningar är luftade och innehåller flygaska. Chunyu Qiao och DRP, ett Twining Company
Bildanalys innebär att man extraherar kvantitativ data från bilder. Det används inom många olika vetenskapliga områden, från fjärranalysmikroskop. Varje pixel i en digital bild blir i huvudsak en datapunkt. Den här metoden gör att vi kan koppla siffror till de olika gröna ljusstyrkanivåerna som syns i dessa bilder. Under de senaste 20 åren eller så, med revolutionen inom datorkraft och digital bildinsamling, har bildanalys nu blivit ett praktiskt verktyg som många mikroskopister (inklusive betongpetrologer) kan använda. Vi använder ofta bildanalys för att mäta slammets kapillärporositet. Med tiden fann vi att det finns en stark systematisk statistisk korrelation mellan w/cm och kapillärporositeten, som visas i följande figur (Figur 4 och Figur 5)).
Figur 4. Exempel på data erhållna från fluorescensmikrofotografier av tunna snitt. Detta diagram plottar antalet pixlar vid en given grånivå i ett enda mikrofotografi. De tre topparna motsvarar aggregat (orange kurva), pasta (grå area) och tomrum (ofylld topp längst till höger). Pastans kurva gör att man kan beräkna den genomsnittliga porstorleken och dess standardavvikelse. Chunyu Qiao och DRP, Twining Company Figur 5. Det här diagrammet sammanfattar en serie av genomsnittliga kapillärmätningar av w/cm och 95 % konfidensintervall i blandningen som består av ren cement, flygaskecement och naturligt puzzolanbindemedel. Chunyu Qiao och DRP, ett Twining Company
I den slutliga analysen krävs tre oberoende tester för att bevisa att betongen på plats överensstämmer med blandningsdesignspecifikationen. Skaffa så långt det är möjligt kärnprover från placeringar som uppfyller alla acceptanskriterier, samt prover från relaterade placeringar. Kärnan från den accepterade layouten kan användas som ett kontrollprov, och du kan använda den som ett riktmärke för att utvärdera överensstämmelsen med den relevanta layouten.
Enligt vår erfarenhet, när ingenjörer med register ser data som erhållits från dessa tester, accepterar de vanligtvis placering om andra viktiga tekniska egenskaper (som tryckhållfasthet) uppfylls. Genom att tillhandahålla kvantitativa mått på w/cm och formationsfaktor kan vi gå längre än de tester som specificeras för många jobb för att bevisa att blandningen i fråga har egenskaper som kommer att översättas till god hållbarhet.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI är chefslitograf för DRP, A Twining Company. Han har mer än 25 års erfarenhet av professionell petrolog och inspekterade personligen mer än 10 000 prover från mer än 2 000 projekt runt om i världen. Dr Chunyu Qiao, chefsforskaren för DRP, ett Twining Company, är en geolog och materialvetare med mer än tio års erfarenhet av cementering av material och naturliga och bearbetade stenprodukter. Hans expertis omfattar användning av bildanalys och fluorescensmikroskopi för att studera betongens hållbarhet, med särskild tonvikt på skador orsakade av avisningssalter, alkali-kiselreaktioner och kemiska angrepp i avloppsreningsverk.
Posttid: 2021-07-07