ბეტონის საფარის ნარევის დიზაინის ხარისხის უზრუნველყოფის პროგრესი პეტროგრაფიისა და ფლუორესცენტული მიკროსკოპის გამოყენებით

ბეტონის ტროტუარების ხარისხის უზრუნველყოფის ახალ მიღწევებს შეუძლია მნიშვნელოვანი ინფორმაციის მოწოდება ხარისხის, გამძლეობისა და ჰიბრიდული დიზაინის კოდებთან შესაბამისობის შესახებ.
ბეტონის საფარის მშენებლობასთან დაკავშირებით შესაძლოა საგანგებო სიტუაციები წარმოიშვას და კონტრაქტორმა უნდა გადაამოწმოს ადგილზე ჩამოსხმული ბეტონის ხარისხი და გამძლეობა. ეს მოვლენები მოიცავს წვიმის ზემოქმედებას ჩამოსხმის პროცესში, გამყარების ნაერთების გამოყენების შემდგომ პერიოდს, პლასტმასის შეკუმშვას და ბზარების გაჩენას ჩამოსხმის შემდეგ რამდენიმე საათში, ასევე ბეტონის ტექსტურირებისა და გამყარების პრობლემებს. მაშინაც კი, თუ სიმტკიცის მოთხოვნები და სხვა მასალის ტესტები დაკმაყოფილებულია, ინჟინრებს შეიძლება დასჭირდეთ საფარის ნაწილების მოხსნა და შეცვლა, რადგან ისინი შეშფოთებულნი არიან, აკმაყოფილებს თუ არა ადგილზე გამოყენებული მასალები ნარევის დიზაინის სპეციფიკაციებს.
ამ შემთხვევაში, პეტროგრაფიას და სხვა დამატებით (მაგრამ პროფესიონალურ) ტესტირების მეთოდებს შეუძლიათ მნიშვნელოვანი ინფორმაციის მოწოდება ბეტონის ნარევების ხარისხისა და გამძლეობის შესახებ და იმის შესახებ, აკმაყოფილებენ თუ არა ისინი სამუშაო სპეციფიკაციებს.
სურათი 1. ბეტონის პასტის ფლუორესცენტული მიკროსკოპით გადაღებული მიკროგრაფიების მაგალითები 0.40 წთ/წმ (ზედა მარცხენა კუთხე) და 0.60 წთ/წმ (ზედა მარჯვენა კუთხე) წნევის დროს. ქვედა მარცხენა ფიგურა გვიჩვენებს ბეტონის ცილინდრის წინაღობის გაზომვის მოწყობილობას. ქვედა მარჯვენა ფიგურა გვიჩვენებს მოცულობით წინაღობასა და წთ/წმ-ს შორის კავშირს. ჩუნიუ ქიაო და DRP, Twining Company.
აბრამის კანონი: „ბეტონის ნარევის შეკუმშვის სიმტკიცე უკუპროპორციულია მისი წყლისა და ცემენტის თანაფარდობისა“.
პროფესორმა დაფ აბრამსმა პირველად აღწერა წყალ-ცემენტის თანაფარდობას (w/c) და შეკუმშვის სიმტკიცეს შორის ურთიერთობა 1918 წელს [1] და ჩამოაყალიბა ის, რასაც დღეს აბრამის კანონი ეწოდება: „ბეტონის შეკუმშვის სიმტკიცე წყალი/ცემენტის თანაფარდობა“. შეკუმშვის სიმტკიცის კონტროლის გარდა, წყლის ცემენტის თანაფარდობა (w/cm) ამჟამად უპირატესობას ანიჭებს, რადგან ის ითვალისწინებს პორტლანდცემენტის ჩანაცვლებას დამატებითი ცემენტის მასალებით, როგორიცაა ნაცარი და წიდა. ეს ასევე ბეტონის გამძლეობის ძირითადი პარამეტრია. ბევრმა კვლევამ აჩვენა, რომ ~0.45-ზე დაბალი w/cm შემცველობის ბეტონის ნარევები გამძლეა აგრესიულ გარემოში, როგორიცაა გაყინვა-დათბობის ციკლები გამყინვარების მარილებით ან ის ადგილები, სადაც ნიადაგში სულფატის მაღალი კონცენტრაციაა.
კაპილარული ფორები ცემენტის სუსპენზიის განუყოფელი ნაწილია. ისინი შედგება ცემენტის ჰიდრატაციის პროდუქტებსა და წყლით სავსე არაჰიდრატირებულ ცემენტის ნაწილაკებს შორის არსებული სივრცისგან. [2] კაპილარული ფორები გაცილებით წვრილია, ვიდრე ჩაჭედილი ან ჩაკეტილი ფორები და არ უნდა აგვერიოს მათთან. როდესაც კაპილარული ფორები ერთმანეთთან დაკავშირებულია, გარე გარემოდან სითხეს შეუძლია პასტაში მიგრაცია. ამ ფენომენს შეღწევა ეწოდება და მისი მინიმუმამდე დაყვანა უნდა მოხდეს გამძლეობის უზრუნველსაყოფად. გამძლე ბეტონის ნარევის მიკროსტრუქტურა იმაში მდგომარეობს, რომ ფორები ერთმანეთთან დაკავშირებულის ნაცვლად სეგმენტირებულია. ეს მაშინ ხდება, როდესაც w/cm²-ის თანაფარდობა ~0.45-ზე ნაკლებია.
მიუხედავად იმისა, რომ გამაგრებული ბეტონის წონა/სმ²-ის ზუსტად გაზომვა საკმაოდ რთულია, საიმედო მეთოდი შეიძლება იყოს ხარისხის უზრუნველყოფის მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტი გამაგრებული, ჩასმული ბეტონის შესასწავლად. ფლუორესცენტული მიკროსკოპია ამ პრობლემის გადაჭრას გვთავაზობს. ასე მუშაობს ის.
ფლუორესცენტული მიკროსკოპია არის ტექნიკა, რომელიც იყენებს ეპოქსიდური ფისს და ფლუორესცენტურ საღებავებს მასალების დეტალების გასანათებლად. ის ყველაზე ხშირად გამოიყენება სამედიცინო მეცნიერებებში და ასევე მნიშვნელოვანი გამოყენება აქვს მასალათმცოდნეობაში. ამ მეთოდის სისტემატური გამოყენება ბეტონში თითქმის 40 წლის წინ დაიწყო დანიაში [3]; ის სტანდარტიზებული იქნა სკანდინავიურ ქვეყნებში 1991 წელს გამაგრებული ბეტონის წყლის/ცხელების შესაფასებლად და განახლდა 1999 წელს [4].
ცემენტზე დაფუძნებული მასალების (ანუ ბეტონის, ნაღმტყორცნის და ნაკერების) w/cm-ის გასაზომად, ფლუორესცენტული ეპოქსიდი გამოიყენება დაახლოებით 25 მიკრონი ან 1/1000 ინჩის სისქის თხელი მონაკვეთის ან ბეტონის ბლოკის დასამზადებლად (სურათი 2). პროცესი მოიცავს: ბეტონის ბირთვი ან ცილინდრი იჭრება ბრტყელ ბეტონის ბლოკებად (ე.წ. ბლანკები) დაახლოებით 25 x 50 მმ (1 x 2 ინჩი) ფართობით. ბლანკი მინის სლაიდზეა მიმაგრებული, მოთავსებულია ვაკუუმურ კამერაში და ვაკუუმის ქვეშ შეჰყავთ ეპოქსიდური ფისი. w/cm-ის ზრდასთან ერთად, შეერთება და ფორების რაოდენობა იზრდება, ამიტომ უფრო მეტი ეპოქსიდი შეაღწევს პასტაში. ჩვენ ვამოწმებთ ფანტელებს მიკროსკოპის ქვეშ, სპეციალური ფილტრების ნაკრების გამოყენებით, რათა აღვძრათ ეპოქსიდური ფისში ფლუორესცენტული საღებავები და გავფილტროთ ზედმეტი სიგნალები. ამ სურათებში შავი ადგილები წარმოადგენს აგრეგატის ნაწილაკებს და არაჰიდრატირებულ ცემენტის ნაწილაკებს. ორივეს ფორიანობა ძირითადად 0%-ია. კაშკაშა მწვანე წრე არის ფორიანობა (არა ფორიანობა), ხოლო ფორიანობა ძირითადად 100%-ია. ერთ-ერთი ასეთი მახასიათებელი, წერტილოვანი მწვანე „ნივთიერება“, პასტაა (სურათი 2). ბეტონის w/cm თანაფარდობისა და კაპილარული ფორიანობის ზრდასთან ერთად, პასტის უნიკალური მწვანე ფერი სულ უფრო და უფრო კაშკაშა ხდება (იხ. სურათი 3).
სურათი 2. ფანტელების ფლუორესცენტული მიკროგრაფია, რომელიც აჩვენებს აგრეგირებულ ნაწილაკებს, სიცარიელეებს (v) და პასტას. ჰორიზონტალური ველის სიგანეა ~ 1.5 მმ. ჩუნიუ ქიაო და DRP, Twining Company.
სურათი 3. ფანტელების ფლუორესცენტული მიკროგრაფიები აჩვენებს, რომ w/cm-ის ზრდასთან ერთად, მწვანე პასტა თანდათან უფრო კაშკაშა ხდება. ეს ნარევები აერირებულია და შეიცავს ცაცხვიან ნაცარს. ჩუნიუ ქიაო და DRP, Twining Company.
გამოსახულების ანალიზი გულისხმობს სურათებიდან რაოდენობრივი მონაცემების ამოღებას. ის გამოიყენება მრავალ სხვადასხვა სამეცნიერო სფეროში, დისტანციური ზონდირების მიკროსკოპიდან. ციფრული გამოსახულების თითოეული პიქსელი არსებითად ხდება მონაცემთა წერტილი. ეს მეთოდი საშუალებას გვაძლევს, მივამაგროთ რიცხვები ამ სურათებში დაფიქსირებულ სხვადასხვა მწვანე სიკაშკაშის დონეს. ბოლო 20 წლის განმავლობაში, დესკტოპის გამოთვლითი სიმძლავრისა და ციფრული გამოსახულების მიღების რევოლუციის შედეგად, გამოსახულების ანალიზი გახდა პრაქტიკული ინსტრუმენტი, რომლის გამოყენებაც ბევრ მიკროსკოპოსს (მათ შორის ბეტონის პეტროლოგებს) შეუძლია. ჩვენ ხშირად ვიყენებთ გამოსახულების ანალიზს ხსნარის კაპილარული ფორიანობის გასაზომად. დროთა განმავლობაში აღმოვაჩინეთ, რომ არსებობს ძლიერი სისტემატური სტატისტიკური კორელაცია w/cm3-სა და კაპილარულ ფორიანობას შორის, როგორც ეს ნაჩვენებია შემდეგ ფიგურაში (სურათი 4 და სურათი 5).
სურათი 4. თხელი მონაკვეთების ფლუორესცენციული მიკროგრაფიებიდან მიღებული მონაცემების მაგალითი. ეს გრაფიკი ასახავს პიქსელების რაოდენობას მოცემულ ნაცრისფერ დონეზე ერთ ფოტომიკროგრაფიაში. სამი პიკი შეესაბამება აგრეგატებს (ნარინჯისფერი მრუდი), პასტას (ნაცრისფერი არე) და სიცარიელეს (შეუვსებელი პიკი უკიდურეს მარჯვენა მხარეს). პასტის მრუდი საშუალებას იძლევა გამოითვალოს საშუალო ფორების ზომა და მისი სტანდარტული გადახრა. ჩუნიუ ქიაო და DRP, Twining Company სურათი 5. ეს გრაფიკი აჯამებს w/cm საშუალო კაპილარული გაზომვების სერიას და 95%-იანი სანდოობის ინტერვალებს სუფთა ცემენტის, ფერფლის ცემენტის და ბუნებრივი პოზოლანის შემკვრელისგან შემდგარ ნარევში. ჩუნიუ ქიაო და DRP, Twining Company
საბოლოო ჯამში, საჭიროა სამი დამოუკიდებელი ტესტის ჩატარება იმის დასამტკიცებლად, რომ ადგილზე ბეტონი შეესაბამება ნარევის დიზაინის სპეციფიკაციას. შეძლებისდაგვარად, მიიღეთ ბირთვის ნიმუშები იმ განლაგებებიდან, რომლებიც აკმაყოფილებენ ყველა მიღების კრიტერიუმს, ასევე ნიმუშები დაკავშირებული განლაგებიდან. მიღებული განლაგებიდან ბირთვის გამოყენება შესაძლებელია საკონტროლო ნიმუშად და თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ იგი, როგორც საორიენტაციო მაჩვენებელი შესაბამისი განლაგების შესაბამისობის შესაფასებლად.
ჩვენი გამოცდილებით, როდესაც ინჟინრები, რომლებსაც ჩანაწერები აქვთ, ხედავენ ამ ტესტებიდან მიღებულ მონაცემებს, ისინი, როგორც წესი, თანხმდებიან განთავსებაზე, თუ დაკმაყოფილებულია სხვა ძირითადი საინჟინრო მახასიათებლები (მაგალითად, შეკუმშვის სიმტკიცე). w/cm და ფორმირების კოეფიციენტის რაოდენობრივი გაზომვების მიწოდებით, ჩვენ შეგვიძლია გავიაროთ მრავალი სამუშაოსთვის მითითებული ტესტების მიღმა, რათა დავამტკიცოთ, რომ შესაბამის ნარევს აქვს თვისებები, რომლებიც კარგ გამძლეობაზე აისახება.
დევიდ როტშტეინი, ფილოსოფიის დოქტორი, PG, FACI, DRP, A Twining Company-ის მთავარი ლითოგრაფია. მას 25 წელზე მეტი პროფესიული პეტროლოგის გამოცდილება აქვს და პირადად დაათვალიერა 10 000-ზე მეტი ნიმუში მსოფლიოს 2000-ზე მეტი პროექტიდან. დოქტორი ჩუნიუ ციაო, DRP, a Twining Company-ის მთავარი მეცნიერ-მცოდნე, გეოლოგი და მასალათმცოდნეა, რომელსაც ათ წელზე მეტი გამოცდილება აქვს მასალების, ბუნებრივი და დამუშავებული კლდის პროდუქტების ცემენტირებაში. მისი ექსპერტიზა მოიცავს გამოსახულების ანალიზისა და ფლუორესცენტული მიკროსკოპიის გამოყენებას ბეტონის გამძლეობის შესასწავლად, განსაკუთრებული აქცენტით გამყინვარების მარილებით, ტუტე-სილიციუმის რეაქციებით და ჩამდინარე წყლების გამწმენდ ნაგებობებში ქიმიური შეტევით გამოწვეულ დაზიანებაზე.