Noile evoluții în asigurarea calității pavajelor din beton pot oferi informații importante despre calitate, durabilitate și conformitatea cu codurile de proiectare hibride.
Construcția pavajului din beton poate vedea situații de urgență, iar antreprenorul trebuie să verifice calitatea și durabilitatea betonului turnat pe loc. Aceste evenimente includ expunerea la ploaie în timpul procesului de turnare, după aplicarea compușilor de întărire, contracția plasticului și ore de crăpare în câteva ore după turnare și probleme de texturare și întărire a betonului. Chiar dacă cerințele de rezistență și alte teste de materiale sunt îndeplinite, inginerii pot solicita îndepărtarea și înlocuirea pieselor de pavaj, deoarece sunt îngrijorați dacă materialele in situ îndeplinesc specificațiile de proiectare a amestecului.
În acest caz, petrografia și alte metode de testare complementare (dar profesionale) pot oferi informații importante despre calitatea și durabilitatea amestecurilor de beton și dacă acestea îndeplinesc specificațiile de lucru.
Figura 1. Exemple de micrografii cu microscop cu fluorescență ale pastei de beton la 0,40 w/c (colțul din stânga sus) și 0,60 w/c (colțul din dreapta sus). Figura din stânga jos arată dispozitivul pentru măsurarea rezistivității unui cilindru de beton. Figura din dreapta jos arată relația dintre rezistivitatea volumului și w/c. Chunyu Qiao și DRP, o companie Twining
Legea lui Avram: „Rezistența la compresiune a unui amestec de beton este invers proporțională cu raportul său apă-ciment.”
Profesorul Duff Abrams a descris pentru prima dată relația dintre raportul apă-ciment (w/c) și rezistența la compresiune în 1918 [1] și a formulat ceea ce se numește acum legea lui Abram: „Rezistența la compresiune a betonului Raportul apă/ciment”. Pe lângă controlul rezistenței la compresiune, raportul apă-ciment (g/cm) este acum favorizat deoarece recunoaște înlocuirea cimentului Portland cu materiale de cimentare suplimentare, cum ar fi cenușa zburătoare și zgura. Este, de asemenea, un parametru cheie al durabilității betonului. Multe studii au arătat că amestecurile de beton cu w/cm mai mici de ~0,45 sunt durabile în medii agresive, cum ar fi zonele expuse ciclurilor de îngheț-dezgheț cu săruri de dezghețare sau zonele în care există o concentrație mare de sulfat în sol.
Porii capilari sunt o parte inerentă a suspensiei de ciment. Acestea constau din spațiul dintre produsele de hidratare din ciment și particulele de ciment nehidratate care au fost odată umplute cu apă. [2] Porii capilari sunt mult mai fini decât porii antrenați sau prinși și nu trebuie confundați cu aceștia. Când porii capilari sunt conectați, fluidul din mediul extern poate migra prin pastă. Acest fenomen se numește penetrare și trebuie redus la minimum pentru a asigura durabilitatea. Microstructura amestecului durabil de beton este că porii sunt mai degrabă segmentați decât conectați. Acest lucru se întâmplă când w/cm este mai mic de ~0,45.
Deși este notoriu de dificil să se măsoare cu precizie g/cm de beton întărit, o metodă fiabilă poate oferi un instrument important de asigurare a calității pentru investigarea betonului întărit turnat pe loc. Microscopia cu fluorescență oferă o soluție. Așa funcționează.
Microscopia cu fluorescență este o tehnică care utilizează rășini epoxidice și coloranți fluorescenți pentru a ilumina detaliile materialelor. Este cel mai frecvent utilizat în științele medicale și are, de asemenea, aplicații importante în știința materialelor. Aplicarea sistematică a acestei metode în beton a început în urmă cu aproape 40 de ani în Danemarca [3]; a fost standardizat în țările nordice în 1991 pentru estimarea w/c betonului întărit și a fost actualizat în 1999 [4].
Pentru a măsura greutatea/cm a materialelor pe bază de ciment (adică beton, mortar și chituire), epoxidic fluorescent este utilizat pentru a face o secțiune subțire sau un bloc de beton cu o grosime de aproximativ 25 microni sau 1/1000 inch (Figura 2). Procesul implică Miezul sau cilindrul de beton este tăiat în blocuri plate de beton (numite semifabricate) cu o suprafață de aproximativ 25 x 50 mm (1 x 2 inci). Semnul este lipit de o lamă de sticlă, plasat într-o cameră cu vid, iar rășina epoxidica este introdusă sub vid. Pe măsură ce w/cm crește, conectivitatea și numărul de pori vor crește, astfel încât mai mult epoxid va pătrunde în pastă. Examinăm fulgii la microscop, folosind un set de filtre speciale pentru a excita coloranții fluorescenți din rășina epoxidică și pentru a filtra semnalele în exces. În aceste imagini, zonele negre reprezintă particule de agregat și particule de ciment nehidratat. Porozitatea celor două este practic de 0%. Cercul verde strălucitor este porozitatea (nu porozitatea), iar porozitatea este practic de 100%. Una dintre aceste caracteristici „substanța” verde pătat este o pastă (Figura 2). Pe măsură ce grăsimea/cm și porozitatea capilară a betonului cresc, culoarea verde unică a pastei devine din ce în ce mai strălucitoare (vezi Figura 3).
Figura 2. Micrografie cu fluorescență a fulgilor care arată particule agregate, goluri (v) și pastă. Lățimea câmpului orizontal este de ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao și DRP, o companie Twining
Figura 3. Micrografiile cu fluorescență ale fulgilor arată că pe măsură ce w/cm crește, pasta verde devine treptat mai strălucitoare. Aceste amestecuri sunt aerate și conțin cenușă zburătoare. Chunyu Qiao și DRP, o companie Twining
Analiza imaginilor presupune extragerea datelor cantitative din imagini. Este folosit în multe domenii științifice diferite, de la microscopul de teledetecție. Fiecare pixel dintr-o imagine digitală devine în esență un punct de date. Această metodă ne permite să atașăm numere la diferitele niveluri de luminozitate verde văzute în aceste imagini. În ultimii aproximativ 20 de ani, odată cu revoluția în puterea de calcul desktop și în achiziția de imagini digitale, analiza imaginilor a devenit acum un instrument practic pe care mulți microscopiști (inclusiv petrologii de beton) îl pot folosi. Folosim adesea analiza de imagine pentru a măsura porozitatea capilară a suspensiei. De-a lungul timpului, am constatat că există o corelație statistică sistematică puternică între w/cm și porozitatea capilară, așa cum se arată în figura următoare (Figura 4 și Figura 5)).
Figura 4. Exemplu de date obținute din micrografii cu fluorescență ale secțiunilor subțiri. Acest grafic reprezintă numărul de pixeli la un anumit nivel de gri într-o singură microfotografia. Cele trei vârfuri corespund agregatelor (curbă portocalie), pastei (zonă gri) și golului (vârful neumplut în extrema dreaptă). Curba pastei permite să se calculeze dimensiunea medie a porilor și abaterea sa standard. Chunyu Qiao și DRP, Twining Company Figura 5. Acest grafic rezumă o serie de măsurători capilare medii w/cm și intervale de încredere de 95% în amestecul compus din ciment pur, ciment de cenușă zburătoare și liant natural de puzolană. Chunyu Qiao și DRP, o companie Twining
În analiza finală, sunt necesare trei teste independente pentru a demonstra că betonul la fața locului respectă specificația de proiectare a amestecului. Pe cât posibil, obțineți mostre de bază din plasamente care îndeplinesc toate criteriile de acceptare, precum și mostre din plasamente aferente. Nucleul din layout-ul acceptat poate fi folosit ca un eșantion de control și îl puteți folosi ca etalon pentru evaluarea conformității layout-ului relevant.
Din experiența noastră, atunci când inginerii cu înregistrări văd datele obținute în urma acestor teste, de obicei acceptă plasarea dacă sunt îndeplinite alte caracteristici inginerești cheie (cum ar fi rezistența la compresiune). Oferind măsurători cantitative ale w/cm și factorul de formare, putem depăși testele specificate pentru multe locuri de muncă pentru a demonstra că amestecul în cauză are proprietăți care se vor traduce printr-o durabilitate bună.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI este litograful șef al DRP, A Twining Company. Are peste 25 de ani de experiență profesională în domeniul petrolului și a inspectat personal peste 10.000 de mostre din peste 2.000 de proiecte din întreaga lume. Dr. Chunyu Qiao, om de știință șef al DRP, o companie Twining, este geolog și cercetător al materialelor cu peste zece ani de experiență în cimentarea materialelor și a produselor din rocă naturală și prelucrată. Expertiza sa include utilizarea analizei imaginii și a microscopiei cu fluorescență pentru a studia durabilitatea betonului, cu accent deosebit pe daunele cauzate de sărurile de dezghețare, reacțiile alcalino-siliciu și atacul chimic în stațiile de tratare a apelor uzate.
Ora postării: 07-sept-2021