Noile evoluții în asigurarea calității pavajelor din beton pot oferi informații importante despre calitate, durabilitate și conformitate cu codurile de proiectare hibridă.
Construcția pavajelor din beton poate prezenta situații de urgență, iar antreprenorul trebuie să verifice calitatea și durabilitatea betonului turnat la fața locului. Aceste evenimente includ expunerea la ploaie în timpul procesului de turnare, post-aplicarea compușilor de întărire, contracția plastică și fisurarea la câteva ore după turnare, precum și probleme legate de texturarea și întărirea betonului. Chiar dacă cerințele de rezistență și alte teste de material sunt îndeplinite, inginerii pot solicita îndepărtarea și înlocuirea pieselor pavajului, deoarece sunt îngrijorați de îndeplinirea specificațiilor de proiectare a mixului de beton de către materialele turnate la fața locului.
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 fluorescent ale pastei de beton la 0,40 w/c (colțul stânga sus) și 0,60 w/c (colțul dreapta sus). Figura din stânga jos prezintă dispozitivul pentru măsurarea rezistivității unui cilindru de beton. Figura din dreapta jos prezintă relația dintre rezistivitatea volumică și w/c. Chunyu Qiao și DRP, o companie Twining
Legea lui Abram: „Rezistența la compresiune a unui amestec de beton este invers proporțională cu raportul apă-ciment.”
Profesorul Duff Abrams a descris pentru prima dată relația dintre raportul apă-ciment (a/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 (a/cm) este acum preferat deoarece recunoaște înlocuirea cimentului Portland cu materiale de cimentare suplimentare, cum ar fi cenușa zburătoare și zgura. De asemenea, este un parametru cheie al durabilității betonului. Multe studii au arătat că amestecurile de beton cu o a/cm mai mică de ~0,45 sunt durabile în medii agresive, cum ar fi zonele expuse ciclurilor de îngheț-dezgheț cu săruri de degivrare sau zonele în care există o concentrație mare de sulfat în sol.
Porii capilari sunt o parte inerentă a suspensiei de ciment. Aceștia constau din spațiul dintre produsele de hidratare a cimentului 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 de beton durabil este aceea că porii sunt segmentați mai degrabă decât conectați. Acest lucru se întâmplă atunci când w/cm este mai mic de ~0,45.
Deși este notoriu de dificil să se măsoare cu precizie raportul g/cm al betonului întărit, o metodă fiabilă poate oferi un instrument important de asigurare a calității pentru investigarea betonului întărit turnat la fața locului. Microscopia cu fluorescență oferă o soluție. Iată cum funcționează.
Microscopia cu fluorescență este o tehnică ce utilizează rășină epoxidică și coloranți fluorescenți pentru a ilumina detaliile materialelor. Este cel mai frecvent utilizată în științele medicale și are aplicații importante și în știința materialelor. Aplicarea sistematică a acestei metode în beton a început acum aproape 40 de ani în Danemarca [3]; a fost standardizată în țările nordice în 1991 pentru estimarea raportului apă/cr al betonului întărit și a fost actualizată în 1999 [4].
Pentru a măsura raportul w/cm al materialelor pe bază de ciment (de exemplu, beton, mortar și rosturi), se utilizează rășină epoxidică fluorescentă pentru a realiza o secțiune subțire sau un bloc de beton cu o grosime de aproximativ 25 microni sau 1/1000 inch (Figura 2). Procesul implică tăierea miezului sau cilindrului de beton în blocuri plate de beton (numite semifabricate) cu o suprafață de aproximativ 25 x 50 mm (1 x 2 inch). Semifabricatul este lipit pe o lamă de sticlă, plasat într-o cameră de vid, iar rășina epoxidică este introdusă sub vid. Pe măsură ce w/cm crește, conectivitatea și numărul de pori vor crește, astfel încât mai multă rășină epoxidică va pătrunde în pastă. Examinăm fulgii la microscop, folosind un set de filtre speciale pentru a excita coloranții fluorescenți din rășina epoxidică și a filtra semnalele în exces. În aceste imagini, zonele negre reprezintă particule de agregat și particule de ciment nehidratate. Porozitatea celor două este practic 0%. Cercul verde strălucitor reprezintă porozitatea (nu porozitatea), iar porozitatea este practic 100%. Una dintre aceste caracteristici „Substanța” verde pătată este o pastă (Figura 2). Pe măsură ce raportul de densitate pe cm² 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 prezintă 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 raportul 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 implică extragerea datelor cantitative din imagini. Este utilizată 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 diferitelor niveluri de luminozitate verde observate în aceste imagini. În ultimii 20 de ani, odată cu revoluția puterii de calcul desktop și a achiziției digitale de imagini, analiza imaginilor a devenit acum un instrument practic pe care mulți microscopiști (inclusiv specialiști în petrologie beton) îl pot utiliza. Adesea folosim analiza imaginilor pentru a măsura porozitatea capilară a suspensiei. De-a lungul timpului, am constatat că există o corelație statistică sistematică puternică între raportul g/cm² și porozitatea capilară, așa cum se arată în figura următoare (Figura 4 și Figura 5).
Figura 4. Exemplu de date obținute din micrografiile cu fluorescență ale secțiunilor subțiri. Acest grafic reprezintă numărul de pixeli la un anumit nivel de gri într-o singură microfotografie. Cele trei vârfuri corespund agregatelor (curba portocalie), pastei (zona gri) și golului (vârf neumplut în extrema dreaptă). Curba pastei permite calcularea dimensiunii medii a porilor și a deviației standard a acestora. 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 puzzolan natural. Chunyu Qiao și DRP, o companie Twining
În analiza finală, sunt necesare trei teste independente pentru a demonstra că betonul de la fața locului respectă specificațiile de proiectare a amestecului. Pe cât posibil, obțineți probe de beton din amplasamente care îndeplinesc toate criteriile de acceptare, precum și probe din amplasamente similare. Miezul din macheta acceptată poate fi utilizat ca probă de control și îl puteți folosi ca punct de referință pentru evaluarea conformității machetei relevante.
Din experiența noastră, atunci când inginerii cu evidențe vizualizează datele obținute din aceste teste, aceștia acceptă de obicei amplasarea dacă sunt îndeplinite alte caracteristici inginerești cheie (cum ar fi rezistența la compresiune). Prin furnizarea de măsurători cantitative ale w/cm și factorului de formare, putem merge dincolo de testele specificate pentru multe lucrări pentru a demonstra că amestecul în cauză are proprietăți care se vor traduce într-o bună durabilitate.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI este litograful șef al DRP, o companie Twining. Are peste 25 de ani de experiență profesională în petrolologie și a inspectat personal peste 10.000 de mostre din peste 2.000 de proiecte din întreaga lume. Dr. Chunyu Qiao, cercetătorul șef al DRP, o companie Twining, este geolog și specialist în știința materialelor cu peste zece ani de experiență în materiale de cimentare și produse din rocă naturală și procesată. Expertiza sa include utilizarea analizei imaginilor și a microscopiei cu fluorescență pentru a studia durabilitatea betonului, cu accent special pe daunele cauzate de sărurile de degivrare, reacțiile alcali-siliciu și atacul chimic în stațiile de epurare a apelor uzate.
Data publicării: 07 septembrie 2021