התקדמות באבטחת איכות של תערובת מדרכה בטון באמצעות פטרוגרפיה ומיקרוסקופ פלואורסצנטי

התפתחויות חדשות באבטחת איכות של מדרכות בטון יכולות לספק מידע חשוב על איכות, עמידות ועמידה בקודי עיצוב היברידיים.
בניית ריצוף בטון יכולה לראות חירום, והקבלן צריך לאמת את האיכות והעמידות של בטון יצוק במקום. אירועים אלה כוללים חשיפה לגשם במהלך תהליך השפיכה, לאחר היישום של תרכובות ריפוי, הצטמקות פלסטיק ושעות פיצוח תוך מספר שעות לאחר המזיגה, ובעיות מרקם וריפוי בטון. גם אם מתקיימים דרישות החוזק ובדיקות חומרים אחרות, מהנדסים עשויים לדרוש הסרה והחלפה של חלקי מדרכה מכיוון שהם מודאגים אם החומרים במקום עומדים במפרט תערובת התמהיל.
במקרה זה, פטרוגרפיה ושיטות בדיקה משלימות (אך מקצועיות) אחרות יכולות לספק מידע חשוב על איכות ועמידותם של תערובות בטון והאם הן עומדות במפרטי העבודה.
איור 1 איור 1. דוגמאות למיקרו מיקרוסקופ פלואורסצנטי של רסק בטון ב 0.40 W/C (פינת שמאל עליון) ו- 0.60 W/C (פינה ימין עליון). הדמות השמאלית התחתונה מציגה את המכשיר למדידת ההתנגדות של צילינדר בטון. הדמות הימנית התחתונה מראה את הקשר בין התנגדות נפח ל- w/c. Chunyu Qiao ו- Drp, חברה מתפתלת
החוק של אברם: "חוזק הדחיסה של תערובת בטון הוא ביחס הפוך ליחס מלט המים שלו."
פרופסור דאף אברמס תיאר לראשונה את הקשר בין יחס מלט מים (W/C) לחוזק דחיסה בשנת 1918 [1], וגיבש את מה שמכונה כיום חוק אברם: "חוזק הדחיסה של יחס מים/מלט בטון." בנוסף לשליטה על חוזק הדחיסה, יחס מלט המים (W/CM) מועדף כעת מכיוון שהוא מזהה את החלפת מלט פורטלנד בחומרים משלימים כמו אפר זבוב וסיגים. זהו גם פרמטר מפתח של עמידות קונקרטית. מחקרים רבים הראו כי תערובות בטון עם W/CM נמוכות מ- ~ 0.45 עמידים בסביבות אגרסיביות, כמו אזורים שנחשפים למחזורי הקפאה בהפשרה עם מלחים או באזורים שבהם יש ריכוז גבוה של גופרתי באדמה.
נקבוביות נימים הן חלק מובנה בהדרגת המלט. הם מורכבים מהמרחב בין מוצרי הידרציה של מלט לחלקיקי מלט ללא מיובשים שהיו בעבר מלאים במים. [2] נקבוביות נימים עדיפות בהרבה מנקבוביות מכוסות או לכודים ואסור להתבלבל איתן. כאשר נקבוביות הנימים מחוברות, נוזל מהסביבה החיצונית יכול להעביר דרך העיסה. תופעה זו נקראת חדירה ויש למזער אותה כדי להבטיח עמידות. מבנה המיקרו של תערובת הבטון העמידה הוא שהנקבוביות מפולטות ולא מחוברות. זה קורה כאשר w/cm הוא פחות מ- ~ 0.45.
למרות שקשה לשמצה למדוד במדויק את ה- W/CM של בטון מוקשה, שיטה אמינה יכולה לספק כלי אבטחת איכות חשוב לחקירת בטון יצוק במקום. מיקרוסקופיית הקרינה מספקת תמיסה. ככה זה עובד.
מיקרוסקופיית פלואורסצנציה היא טכניקה המשתמשת בשרף אפוקסי וצבעים פלורסנטיים כדי להאיר את פרטי החומרים. הוא משמש לרוב במדעי הרפואה, ויש לו גם יישומים חשובים במדע החומרים. היישום השיטתי של שיטה זו בבטון החל לפני כמעט 40 שנה בדנמרק [3]; זה היה סטנדרטי במדינות הנורדיות בשנת 1991 לצורך הערכת ה- W/C של בטון מוקשה, ועודכן בשנת 1999 [4].
כדי למדוד את ה- W/CM של חומרים מבוססי מלט (כלומר בטון, מרגמה ודיוס), אפוקסי פלורסנט משמש לייצור קטע דק או בלוק בטון בעובי של כ- 25 מיקרון או 1/1000 אינץ '(איור 2). התהליך כולל את ליבת הבטון או הצילינדר נחתך לבלוקי בטון שטוחים (נקראים חסמים) עם שטח של כ- 25X50 מ"מ (1X2 אינץ '). הריק מודבק למגלשת זכוכית, מונחת בתא ואקום, ושרף אפוקסי מוצג תחת ואקום. ככל ש- W/CM יגדל, הקישוריות ומספר הנקבוביות יגדלו, כך שיותר אפוקסי יחדרו לעיסה. אנו בוחנים את הפתיתים תחת מיקרוסקופ, תוך שימוש בקבוצה של פילטרים מיוחדים כדי לרגש את הצבעים הפלואורסצנטיים בשרף האפוקסי ולסנן אותות עודפים. בתמונות אלה, האזורים השחורים מייצגים חלקיקים מצטברים וחלקיקי מלט לא מיובשים. נקבוביותם של השניים היא בעצם 0%. העיגול הירוק הבהיר הוא הנקבוביות (לא הנקבוביות), והנקבוביות היא בעצם 100%. אחת התכונות הללו "החומר" הירוק המנומר הוא משחה (איור 2). ככל ש- W/CM והנקבוביות הנימית של הבטון גדלים, הצבע הירוק הייחודי של העיסה הופך להיות בהיר יותר ובהיר יותר (ראה איור 3).
איור 2. איור 2. מיקרוגרף פלואורסצנטי של פתיתים המציג חלקיקים מצטברים, חללים (V) והדבק. רוחב השדה האופקי הוא ~ 1.5 מ"מ. Chunyu Qiao ו- Drp, חברה מתפתלת
איור 3. איור 3. מיקרוגרפי הקרינה של הפתיתים מראים שככל שה- W/CM גדל, העיסה הירוקה הופכת בהדרגה בהירה יותר. תערובות אלה משודרות ומכילות אפר זבוב. Chunyu Qiao ו- Drp, חברה מתפתלת
ניתוח תמונות כולל חילוץ נתונים כמותיים מתמונות. הוא משמש בתחומים מדעיים רבים ושונים, ממיקרוסקופ חישה מרחוק. כל פיקסל בתמונה דיגיטלית הופך למעשה לנקודת נתונים. שיטה זו מאפשרת לנו לצרף מספרים לרמות הבהירות הירוקות השונות שנראו בתמונות אלה. במהלך 20 השנים האחרונות בערך, עם המהפכה בכוח מחשוב שולחני ורכישת תמונות דיגיטליות, ניתוח תמונות הפך כעת לכלי מעשי בו יכולים להשתמש במיקרוסקופים רבים (כולל פטרולוגים בטון). לעתים קרובות אנו משתמשים בניתוח תמונות כדי למדוד את נקבוביות הנימים של Slurry. עם הזמן מצאנו כי קיים מתאם סטטיסטי שיטתי חזק בין W/CM לנקבוביות הנימית, כפי שמוצג באיור הבא (איור 4 ואיור 5)).
איור 4. דוגמה לנתונים המתקבלים ממיקרוגרפי פלואורסצנציה של קטעים דקים. גרף זה מציג את מספר הפיקסלים ברמה אפורת נתונה בפוטומיקוגרף יחיד. שלוש הפסגות תואמות אגרגטים (עקומת כתום), הדבק (שטח אפור) ובטלה (שיא לא ממולא בצד ימין הקיצוני). עקומת הדבק מאפשרת לחשב את גודל הנקבוביות הממוצע ואת סטיית התקן שלו. Chunyu Qiao ו- DRP, חברת Twining Company איור 5. גרף זה מסכם סדרה של מדידות נימים ממוצעות של W/CM ומרווחי ביטחון של 95% בתערובת המורכבת מלטה טהורה, מלט אפר זבוב וקלסר פוזולן טבעי. Chunyu Qiao ו- Drp, חברה מתפתלת
בסופו של דבר, נדרשים שלוש בדיקות עצמאיות כדי להוכיח כי הבטון באתר עומד במפרט תכנון Mix. ככל האפשר, השג דגימות ליבה ממיקומים העומדים בכל קריטריוני הקבלה, כמו גם דגימות ממיקומים קשורים. הליבה מהפריסה המקובלת יכולה לשמש כמדגם בקרה, ותוכלו להשתמש בו כמדד להערכת העמידה של הפריסה הרלוונטית.
מניסיוננו, כאשר מהנדסים עם רשומות רואים את הנתונים המתקבלים מבדיקות אלה, הם בדרך כלל מקבלים מיקום אם מתקיימים מאפייני הנדסה מרכזיים אחרים (כגון חוזק דחיסה). על ידי מתן מדידות כמותיות של גורם W/CM וגורם היווצרות, אנו יכולים לחרוג מהבדיקות שצוינו עבור עבודות רבות כדי להוכיח כי לתערובת המדוברת יש תכונות אשר יתורגמו לעמידות טובה.
דייוויד רוטשטיין, Ph.D., PG, FACI הוא הליטוגרף הראשי של DRP, חברה מתפתלת. יש לו יותר מ 25 שנה של ניסיון פטרולוגי מקצועי ובדק באופן אישי יותר מ -10,000 דגימות מיותר מ -2,000 פרויקטים ברחבי העולם. ד"ר צ'וניו קיאו, המדען הראשי של DRP, חברה מתפתלת, הוא גיאולוג ומדען חומרים עם ניסיון של יותר מעשר שנים בחומרים מלטים ומוצרי סלע טבעיים ומעובדים. המומחיות שלו כוללת שימוש בניתוח תמונות ומיקרוסקופיית פלואורסצנטית כדי לחקור את עמידות הבטון, עם דגש מיוחד על הנזק שנגרם כתוצאה ממלחים בהתאגדות, תגובות אלקלי-סיליקון והתקף כימי במפעלי טיפול בשפכים.