Nieuwe ontwikkelingen op het gebied van kwaliteitsborging van betonverhardingen kunnen belangrijke informatie opleveren over kwaliteit, duurzaamheid en naleving van hybride ontwerpcodes.
Bij de aanleg van betonverharding kunnen noodsituaties optreden en de aannemer moet de kwaliteit en duurzaamheid van ter plaatse gestort beton verifiëren.Deze gebeurtenissen omvatten blootstelling aan regen tijdens het gietproces, post-applicatie van uithardingsverbindingen, plastische krimp en barsturen binnen een paar uur na het gieten, en problemen met de textuur en uitharding van beton.Zelfs als aan de sterkte-eisen en andere materiaaltests wordt voldaan, kunnen ingenieurs eisen dat verhardingsonderdelen worden verwijderd en vervangen, omdat ze zich zorgen maken of de in-situ materialen voldoen aan de ontwerpspecificaties van het mengsel.
In dit geval kunnen petrografie en andere aanvullende (maar professionele) testmethoden belangrijke informatie verschaffen over de kwaliteit en duurzaamheid van betonmengsels en of ze voldoen aan de werkspecificaties.
Figuur 1. Voorbeelden van fluorescentiemicroscoopfoto's van betonpasta bij 0,40 w/c (linkerbovenhoek) en 0,60 w/c (rechterbovenhoek).De figuur linksonder toont het apparaat voor het meten van de soortelijke weerstand van een betonnen cilinder.De figuur rechtsonder toont de relatie tussen volumeweerstand en w/c.Chunyu Qiao en DRP, een twiningbedrijf
De wet van Abram: “De druksterkte van een betonmengsel is omgekeerd evenredig met de water-cementverhouding.”
Professor Duff Abrams beschreef voor het eerst de relatie tussen de water-cementverhouding (w/c) en druksterkte in 1918 [1], en formuleerde wat nu de wet van Abram wordt genoemd: “De druksterkte van beton Water/cementverhouding.”Naast het beheersen van de druksterkte heeft de watercementverhouding (w/cm) nu de voorkeur omdat deze de vervanging van Portland-cement door aanvullende cementeermaterialen zoals vliegas en slakken herkent.Het is ook een belangrijke parameter voor de duurzaamheid van beton.Veel onderzoeken hebben aangetoond dat betonmengsels met w/cm lager dan ~0,45 duurzaam zijn in agressieve omgevingen, zoals gebieden die zijn blootgesteld aan vries-dooicycli met strooizout of gebieden met een hoge concentratie sulfaat in de bodem.
Capillaire poriën zijn een inherent onderdeel van cementslurry.Ze bestaan uit de ruimte tussen cementhydratatieproducten en ongehydrateerde cementdeeltjes die ooit met water waren gevuld.[2] Capillaire poriën zijn veel fijner dan meegevoerde of opgesloten poriën en mogen daar niet mee worden verward.Wanneer de capillaire poriën met elkaar verbonden zijn, kan vloeistof uit de externe omgeving door de pasta migreren.Dit fenomeen wordt penetratie genoemd en moet tot een minimum worden beperkt om de duurzaamheid te garanderen.De microstructuur van het duurzame betonmengsel is dat de poriën gesegmenteerd zijn in plaats van verbonden.Dit gebeurt wanneer w/cm kleiner is dan ~0,45.
Hoewel het notoir moeilijk is om de w/cm van verhard beton nauwkeurig te meten, kan een betrouwbare methode een belangrijk kwaliteitsborgingsinstrument bieden voor het onderzoeken van verhard ter plaatse gestort beton.Fluorescentiemicroscopie biedt uitkomst.Dit is hoe het werkt.
Fluorescentiemicroscopie is een techniek waarbij epoxyhars en fluorescerende kleurstoffen worden gebruikt om details van materialen te verlichten.Het wordt het meest gebruikt in de medische wetenschappen en heeft ook belangrijke toepassingen in de materiaalkunde.De systematische toepassing van deze methode in beton begon bijna 40 jaar geleden in Denemarken [3];het werd in 1991 in de Scandinavische landen gestandaardiseerd voor het schatten van de w/c van verhard beton, en werd in 1999 bijgewerkt [4].
Om de w/cm van materialen op cementbasis (dwz beton, mortel en voegen) te meten, wordt fluorescerende epoxy gebruikt om een dun gedeelte of betonblok te maken met een dikte van ongeveer 25 micron of 1/1000 inch (Figuur 2).Het proces houdt in dat de betonkern of cilinder wordt gesneden in platte betonblokken (zogenaamde plano's) met een oppervlakte van ongeveer 25 x 50 mm (1 x 2 inch).De plano wordt op een glasplaatje gelijmd, in een vacuümkamer geplaatst en epoxyhars wordt onder vacuüm ingebracht.Naarmate w/cm toeneemt, zullen de connectiviteit en het aantal poriën toenemen, waardoor er meer epoxy in de pasta zal doordringen.We onderzoeken de vlokken onder een microscoop, waarbij we een set speciale filters gebruiken om de fluorescerende kleurstoffen in de epoxyhars te exciteren en overtollige signalen eruit te filteren.In deze afbeeldingen vertegenwoordigen de zwarte gebieden aggregaatdeeltjes en ongehydrateerde cementdeeltjes.De porositeit van de twee is in principe 0%.De felgroene cirkel is de porositeit (niet de porositeit) en de porositeit is in principe 100%.Eén van deze kenmerken De gespikkelde groene “substantie” is een pasta (Figuur 2).Naarmate de w/cm en capillaire porositeit van beton toenemen, wordt de unieke groene kleur van de pasta steeds helderder (zie figuur 3).
Figuur 2. Fluorescentiemicrofoto van vlokken die geaggregeerde deeltjes, holtes (v) en pasta tonen.De horizontale veldbreedte is ~ 1,5 mm.Chunyu Qiao en DRP, een twiningbedrijf
Figuur 3. Fluorescentiemicrofoto's van de vlokken laten zien dat naarmate de w/cm toeneemt, de groene pasta geleidelijk helderder wordt.Deze mengsels zijn belucht en bevatten vliegas.Chunyu Qiao en DRP, een twiningbedrijf
Beeldanalyse omvat het extraheren van kwantitatieve gegevens uit afbeeldingen.Het wordt op veel verschillende wetenschappelijke gebieden gebruikt, van teledetectiemicroscopen.Elke pixel in een digitaal beeld wordt in wezen een datapunt.Met deze methode kunnen we cijfers koppelen aan de verschillende groene helderheidsniveaus die in deze afbeeldingen te zien zijn.In de afgelopen twintig jaar, met de revolutie in desktopcomputerkracht en digitale beeldacquisitie, is beeldanalyse nu een praktisch hulpmiddel geworden dat veel microscopisten (inclusief betonpetrologen) kunnen gebruiken.Vaak maken we gebruik van beeldanalyse om de capillaire porositeit van de mest te meten.In de loop van de tijd hebben we ontdekt dat er een sterke systematische statistische correlatie bestaat tussen w/cm en de capillaire porositeit, zoals weergegeven in de volgende afbeelding (Figuur 4 en Figuur 5)).
Figuur 4. Voorbeeld van gegevens verkregen uit fluorescentiemicrofoto's van dunne secties.Deze grafiek toont het aantal pixels bij een bepaald grijsniveau in een enkele microfoto.De drie pieken komen overeen met aggregaten (oranje curve), pasta (grijs gebied) en leegte (ongevulde piek uiterst rechts).De curve van de pasta maakt het mogelijk de gemiddelde poriegrootte en de standaardafwijking ervan te berekenen.Chunyu Qiao en DRP, Twining Company Figuur 5. Deze grafiek vat een reeks w/cm gemiddelde capillaire metingen en 95% betrouwbaarheidsintervallen samen in het mengsel bestaande uit puur cement, vliegascement en natuurlijk puzzolaanbindmiddel.Chunyu Qiao en DRP, een twiningbedrijf
Uiteindelijk zijn drie onafhankelijke tests nodig om aan te tonen dat het beton ter plaatse voldoet aan de ontwerpspecificatie van het mengsel.Zorg voor zoveel mogelijk kernmonsters van plaatsingen die aan alle acceptatiecriteria voldoen, evenals monsters van gerelateerde plaatsingen.De kern uit de geaccepteerde lay-out kan worden gebruikt als controlemonster en u kunt deze gebruiken als benchmark voor het evalueren van de conformiteit van de relevante lay-out.
Onze ervaring is dat wanneer technici met gegevens de gegevens zien die uit deze tests zijn verkregen, ze meestal plaatsing accepteren als aan andere belangrijke technische kenmerken (zoals druksterkte) wordt voldaan.Door kwantitatieve metingen van w/cm en formatiefactor te verstrekken, kunnen we verder gaan dan de tests die voor veel banen zijn gespecificeerd om te bewijzen dat het mengsel in kwestie eigenschappen heeft die zich vertalen in een goede duurzaamheid.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI is de hoofdlithograaf van DRP, A Twining Company.Hij heeft meer dan 25 jaar professionele ervaring als petroloog en inspecteerde persoonlijk meer dan 10.000 monsters van meer dan 2.000 projecten over de hele wereld.Dr. Chunyu Qiao, de hoofdwetenschapper van DRP, een Twining Company, is een geoloog en materiaalwetenschapper met meer dan tien jaar ervaring in het cementeren van materialen en natuurlijke en verwerkte gesteenteproducten.Zijn expertise omvat het gebruik van beeldanalyse en fluorescentiemicroscopie om de duurzaamheid van beton te bestuderen, met speciale nadruk op de schade veroorzaakt door ontijzingszouten, alkali-siliciumreacties en chemische aantasting in afvalwaterzuiveringsinstallaties.
Posttijd: 07-sep-2021