پیشرفت در تضمین کیفیت طراحی مخلوط روسازی بتونی با استفاده از پتروگرافی و میکروسکوپ فلورسانس

تحولات جدید در تضمین کیفیت روکش های بتونی می تواند اطلاعات مهمی در مورد کیفیت ، دوام و رعایت کدهای طراحی ترکیبی ارائه دهد.
ساخت آسفالت بتونی می تواند در شرایط اضطراری مشاهده شود و پیمانکار باید کیفیت و دوام بتن در جایگاه را تأیید کند. این رویدادها شامل قرار گرفتن در معرض باران در طی فرآیند ریختن ، پس از کارآزمایی ترکیبات پخت ، انقباض پلاستیک و ساعات ترک خوردگی در طی چند ساعت پس از ریختن ، و مشکلات بافتی و پخت است. حتی اگر نیازهای استحکام و سایر تست های مواد برآورده شود ، مهندسان ممکن است نیاز به حذف و جایگزینی قطعات روسازی داشته باشند زیرا نگران این هستند که آیا مواد موجود در محل مشخصات طراحی مخلوط را برآورده می کنند.
در این حالت ، پتروگرافی و سایر روشهای تست مکمل (اما حرفه ای) می توانند اطلاعات مهمی در مورد کیفیت و دوام مخلوط های بتونی و اینکه آیا آنها مشخصات کار را برآورده می کنند ، ارائه دهند.
شکل 1. نمونه هایی از میکروسکوپ های میکروسکوپ فلورسانس خمیر بتونی در 0.40 W/c (گوشه سمت چپ فوقانی) و 0.60 W/c (گوشه سمت راست بالا). شکل پایین سمت چپ دستگاه را برای اندازه گیری مقاومت یک سیلندر بتونی نشان می دهد. شکل راست پایین رابطه بین مقاومت حجم و w/c را نشان می دهد. Chunyu Qiao و DRP ، یک شرکت Twining
قانون آبرام: "مقاومت فشاری یک مخلوط بتونی به طور معکوس با نسبت سیمان آب آن متناسب است."
پروفسور داف آبرامز برای اولین بار رابطه بین نسبت سیمان آب (W/C) و استحکام فشاری را در سال 1918 توصیف کرد [1] ، و آنچه را که اکنون قانون Abram نامیده می شود فرموله کرد: "مقاومت فشاری نسبت آب/سیمان بتونی". علاوه بر کنترل مقاومت فشاری ، اکنون نسبت سیمان آب (W/cm) مورد علاقه است زیرا جایگزین سیمان پورتلند با مواد سیمانی تکمیلی مانند خاکستر مگس و سرباره را تشخیص می دهد. همچنین یک پارامتر اصلی دوام بتن است. بسیاری از مطالعات نشان داده اند که مخلوط های بتونی با وزنی/سانتی متر پایین تر از 0.45 پوند در محیط های تهاجمی دوام دارند ، مانند مناطقی که در معرض چرخه های یخ زدایی با نمک های دفع شده یا مناطقی قرار دارند که غلظت زیادی از سولفات در خاک وجود دارد.
منافذ مویرگی بخشی ذاتی از دوغاب سیمان است. آنها از فضای بین محصولات هیدراتاسیون سیمان و ذرات سیمانی بدون چربی که زمانی پر از آب بودند تشکیل شده است. [2] منافذ مویرگی بسیار ظریف تر از منافذ مخروبه یا به دام افتاده است و نباید با آنها اشتباه گرفته شود. هنگامی که منافذ مویرگی به هم وصل می شود ، مایعات از محیط خارجی می توانند از طریق خمیر مهاجرت کنند. این پدیده نفوذ نامیده می شود و برای اطمینان از دوام باید به حداقل برسد. ریزساختار مخلوط بتونی بادوام این است که منافذ به جای وصل می شوند. این اتفاق می افتد که w/cm کمتر از 0.45 پوند باشد.
اگرچه اندازه گیری دقیق W/cm بتن سخت شده بسیار دشوار است ، اما یک روش قابل اعتماد می تواند یک ابزار تضمین کیفیت مهم برای بررسی بتن در جایگاه سخت ریخته گری فراهم کند. میکروسکوپ فلورسانس یک راه حل ارائه می دهد. اینگونه کار می کند.
میکروسکوپ فلورسانس تکنیکی است که از رزین اپوکسی و رنگهای فلورسنت برای روشنایی جزئیات مواد استفاده می کند. این ماده بیشتر در علوم پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین کاربردهای مهمی در علم مواد دارد. کاربرد سیستماتیک این روش در بتن نزدیک به 40 سال پیش در دانمارک آغاز شد [3]. در سال 1991 در کشورهای نوردیک به دلیل تخمین W/C بتن سخت شده استاندارد شد و در سال 1999 به روز شد [4].
برای اندازه گیری W/cm از مواد مبتنی بر سیمان (IE بتن ، ملات و گروت) ، از اپوکسی فلورسنت برای تهیه یک بخش نازک یا بلوک بتونی با ضخامت تقریبا 25 میکرون یا 1/1000 اینچ استفاده می شود (شکل 2). این فرآیند شامل هسته بتونی یا سیلندر در بلوک های بتونی مسطح (به نام خالی) با مساحت تقریبی 25 50 50 میلی متر (1 2 2 اینچ) بریده می شود. این خالی به یک اسلاید شیشه ای چسبانده شده است که در یک محفظه خلاء قرار می گیرد و رزین اپوکسی در زیر خلاء معرفی می شود. با افزایش w/cm ، اتصال و تعداد منافذ افزایش می یابد ، بنابراین اپوکسی بیشتر به خمیر نفوذ می کند. ما پوسته های زیر میکروسکوپ را بررسی می کنیم ، با استفاده از مجموعه ای از فیلترهای ویژه برای تحریک رنگهای فلورسنت در رزین اپوکسی و سیگنال های اضافی را فیلتر می کنیم. در این تصاویر ، مناطق سیاه ذرات کل و ذرات سیمانی بدون مواد مخدر را نشان می دهند. تخلخل این دو در اصل 0 ٪ است. دایره سبز روشن تخلخل است (نه تخلخل) و تخلخل اساساً 100 ٪ است. یکی از این ویژگی ها "ماده" سبز لکه دار یک خمیر است (شکل 2). با افزایش تخلخل W/cm و مویرگی بتن ، رنگ سبز منحصر به فرد خمیر روشن تر و روشن تر می شود (شکل 3 را ببینید).
شکل 2. میکروگراف فلورسانس پوسته هایی که ذرات جمع شده ، حفره ها (V) و خمیر را نشان می دهند. عرض میدان افقی 1.5 میلی متر پوند است. Chunyu Qiao و DRP ، یک شرکت Twining
شکل 3 میکروگراف های فلورسانس پوسته ها نشان می دهد که با افزایش W/cm ، خمیر سبز به تدریج روشن تر می شود. این مخلوط ها هوادهی شده و حاوی خاکستر مگس هستند. Chunyu Qiao و DRP ، یک شرکت Twining
تجزیه و تحلیل تصویر شامل استخراج داده های کمی از تصاویر است. از آن در بسیاری از زمینه های علمی مختلف ، از میکروسکوپ سنجش از راه دور استفاده می شود. هر پیکسل در یک تصویر دیجیتال اساساً به یک نقطه داده تبدیل می شود. این روش به ما امکان می دهد تا اعداد را به سطح روشنایی سبز مختلف که در این تصاویر دیده می شود ، وصل کنیم. طی 20 سال گذشته ، با انقلاب در قدرت محاسبات دسک تاپ و دستیابی به تصویر دیجیتال ، تجزیه و تحلیل تصویر اکنون به ابزاری عملی تبدیل شده است که بسیاری از میکروسکوپیست ها (از جمله پترولوژیست های بتونی) می توانند از آن استفاده کنند. ما اغلب از تجزیه و تحلیل تصویر برای اندازه گیری تخلخل مویرگی دوغاب استفاده می کنیم. با گذشت زمان ، ما دریافتیم که یک همبستگی آماری سیستماتیک قوی بین w/cm و تخلخل مویرگی وجود دارد ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است (شکل 4 و شکل 5)).
شکل 4 نمونه ای از داده های به دست آمده از میکروگراف های فلورسانس بخش های نازک. این نمودار تعداد پیکسل ها را در یک سطح خاکستری معین در یک فوتومیکروگرافی واحد ترسیم می کند. سه قله با مصالح (منحنی نارنجی) ، خمیر (ناحیه خاکستری) و باطل (قله پر نشده در سمت راست) مطابقت دارد. منحنی خمیر به فرد اجازه می دهد تا میانگین منافذ و انحراف استاندارد آن را محاسبه کند. Chunyu Qiao و DRP ، شرکت Twining شکل 5. این نمودار خلاصه ای از اندازه گیری های مویرگی متوسط ​​W/cm و فواصل اطمینان 95 ٪ در مخلوط متشکل از سیمان خالص ، سیمان خاکستر مگس و اتصال دهنده طبیعی پوزولان را خلاصه می کند. Chunyu Qiao و DRP ، یک شرکت Twining
در تجزیه و تحلیل نهایی ، سه آزمایش مستقل مورد نیاز است تا ثابت کند که بتن در سایت با مشخصات طراحی مخلوط مطابقت دارد. تا آنجا که ممکن است ، نمونه های اصلی را از مکان هایی که تمام معیارهای پذیرش را برآورده می کند ، و همچنین نمونه هایی از مکان های مرتبط بدست آورید. هسته از طرح پذیرفته شده می تواند به عنوان نمونه کنترل استفاده شود و می توانید از آن به عنوان معیار برای ارزیابی رعایت طرح مربوطه استفاده کنید.
در تجربه ما ، هنگامی که مهندسان دارای سوابق داده های به دست آمده از این تست ها را مشاهده می کنند ، در صورت برآورده شدن سایر خصوصیات مهندسی کلیدی (مانند قدرت فشاری) ، معمولاً قرار می گیرند. با ارائه اندازه گیری های کمی از w/cm و فاکتور تشکیل ، می توانیم فراتر از تست های مشخص شده برای بسیاری از مشاغل برویم تا ثابت کنیم که مخلوط مورد نظر دارای خواصی است که به دوام خوبی تبدیل می شود.
دیوید روتشتاین ، دکتری ، PG ، FACI لیتوگرافی اصلی DRP ، یک شرکت Twining است. وی بیش از 25 سال تجربه حرفه ای پترولوژیست دارد و بیش از 10،000 نمونه از بیش از 2000 پروژه در سراسر جهان بازرسی کرده است. دکتر Chunyu Qiao ، دانشمند ارشد DRP ، یک شرکت Twining ، یک زمین شناس و دانشمند مواد با بیش از ده سال تجربه در سیمان کردن مواد و محصولات سنگی طبیعی و فرآوری شده است. تخصص وی شامل استفاده از تجزیه و تحلیل تصویر و میکروسکوپ فلورسانس برای مطالعه دوام بتن است ، با تأکید ویژه بر آسیب های ناشی از کاهش نمک ، واکنش های قلیایی سیلیکون و حمله شیمیایی در گیاهان تصفیه فاضلاب.