ბეტონის საფარის ნაზავის დიზაინის ხარისხის უზრუნველყოფის პროგრესი პეტროგრაფიისა და ფლუორესცენციული მიკროსკოპის გამოყენებით

ბეტონის საფარის ხარისხის უზრუნველყოფის ახალმა განვითარებამ შეიძლება მოგვაწოდოს მნიშვნელოვანი ინფორმაცია ხარისხის, გამძლეობისა და ჰიბრიდული დიზაინის კოდებთან შესაბამისობის შესახებ.
ბეტონის საფარის მშენებლობამ შეიძლება დაინახოს საგანგებო სიტუაციები და კონტრაქტორმა უნდა შეამოწმოს ჩამოსხმული ბეტონის ხარისხი და გამძლეობა. ეს მოვლენები მოიცავს წვიმის ზემოქმედებას ჩამოსხმის პროცესში, გამაგრილებელი ნაერთების შემდგომ გამოყენებას, პლასტმასის შეკუმშვასა და დაბზარვას ჩამოსხმიდან რამდენიმე საათში და ბეტონის ტექსტურირებისა და გამაგრების საკითხებს. მაშინაც კი, თუ გამძლეობის მოთხოვნები და მასალების სხვა ტესტები დაკმაყოფილებულია, ინჟინრებმა შეიძლება მოითხოვონ ტროტუარის ნაწილების მოხსნა და შეცვლა, რადგან მათ აწუხებთ, შეესაბამება თუ არა ადგილზე მასალები ნაზავის დიზაინის სპეციფიკაციებს.
ამ შემთხვევაში, პეტროგრაფია და სხვა დამატებითი (მაგრამ პროფესიონალური) ტესტირების მეთოდებმა შეიძლება მოგაწოდოთ მნიშვნელოვანი ინფორმაცია ბეტონის ნარევების ხარისხისა და გამძლეობის შესახებ და აკმაყოფილებენ თუ არა ისინი სამუშაო სპეციფიკაციებს.
სურათი 1. ბეტონის პასტის ფლუორესცენტული მიკროსკოპის მიკროგრაფიის მაგალითები 0,40 ვ/ც (ზედა მარცხენა კუთხე) და 0,60 ვ/ც (ზედა მარჯვენა კუთხე). ქვედა მარცხენა ფიგურაში ნაჩვენებია მოწყობილობა ბეტონის ცილინდრის წინაღობის გასაზომად. ქვედა მარჯვენა ფიგურა გვიჩვენებს ურთიერთობას მოცულობის წინაღობასა და w/c-ს შორის. Chunyu Qiao და DRP, Twining კომპანია
აბრამის კანონი: „ბეტონის ნარევის კომპრესიული სიმტკიცე უკუპროპორციულია წყალ-ცემენტის თანაფარდობასთან“.
პროფესორმა დაფ აბრამსმა პირველად აღწერა კავშირი წყალ-ცემენტის თანაფარდობას (w/c) და კომპრესიულ ძალას შორის 1918 წელს [1] და ჩამოაყალიბა ის, რასაც ახლა აბრამის კანონი ჰქვია: „ბეტონის კომპრესიული სიმტკიცე წყალი/ცემენტის თანაფარდობა“. კომპრესიული სიმტკიცის კონტროლის გარდა, ახლა უპირატესობას ანიჭებს წყლის ცემენტის თანაფარდობას (w/cm), რადგან ის აღიარებს პორტლანდცემენტის ჩანაცვლებას დამატებითი ცემენტის მასალებით, როგორიცაა ნაცარი და წიდა. ის ასევე არის ბეტონის გამძლეობის ძირითადი პარამეტრი. ბევრმა კვლევამ აჩვენა, რომ ბეტონის ნარევები w/cm ~0,45-ზე დაბალია, გამძლეა აგრესიულ გარემოში, როგორიცაა გაყინვა-დათბობის ციკლების ზემოქმედება ყინვაგამძლე მარილებით ან ადგილებში, სადაც არის სულფატის მაღალი კონცენტრაცია ნიადაგში.
კაპილარული ფორები ცემენტის ნალექის განუყოფელი ნაწილია. ისინი შედგება სივრცისგან ცემენტის დამატენიანებელ პროდუქტებსა და ცემენტის დაუწყნარებელ ნაწილაკებს შორის, რომლებიც ოდესღაც წყლით იყო სავსე. [2] კაპილარული ფორები ბევრად უფრო თხელია, ვიდრე ჩაძირული ფორები და არ უნდა აგვერიოს მათში. როდესაც კაპილარული ფორები დაკავშირებულია, სითხე გარე გარემოდან შეიძლება მიგრირდეს პასტის მეშვეობით. ამ ფენომენს ეწოდება შეღწევადობა და უნდა იყოს მინიმუმამდე დაყვანილი გამძლეობის უზრუნველსაყოფად. გამძლე ბეტონის ნარევის მიკროსტრუქტურა არის ის, რომ ფორები სეგმენტირებულია, ვიდრე დაკავშირებული. ეს ხდება მაშინ, როდესაც w/cm არის ~0.45-ზე ნაკლები.
მიუხედავად იმისა, რომ საკმაოდ რთულია გამაგრებული ბეტონის w/cm-ის ზუსტად გაზომვა, საიმედო მეთოდს შეუძლია უზრუნველყოს ხარისხის უზრუნველყოფის მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტი გამაგრებული ჩამოსხმული ბეტონის გამოსაკვლევად. გამოსავალს იძლევა ფლუორესცენტული მიკროსკოპია. ასე მუშაობს.
ფლუორესცენტული მიკროსკოპია არის ტექნიკა, რომელიც იყენებს ეპოქსიდურ ფისს და ფლუორესცენტურ საღებავებს მასალების დეტალების გასანათებლად. ის ყველაზე ხშირად გამოიყენება სამედიცინო მეცნიერებებში და მას ასევე აქვს მნიშვნელოვანი გამოყენება მასალების მეცნიერებაში. ამ მეთოდის სისტემატური გამოყენება ბეტონში დაიწყო თითქმის 40 წლის წინ დანიაში [3]; იგი სტანდარტიზებული იქნა სკანდინავიურ ქვეყნებში 1991 წელს გამაგრებული ბეტონის ტევადობის შესაფასებლად და განახლდა 1999 წელს [4].
ცემენტზე დაფუძნებული მასალების w/cm-ის გასაზომად (მაგ. ბეტონი, ნაღმტყორცნები და სახურავები), ფლუორესცენტური ეპოქსია გამოიყენება თხელი მონაკვეთის ან ბეტონის ბლოკის დასამზადებლად, რომლის სისქეა დაახლოებით 25 მიკრონი ან 1/1000 ინჩი (სურათი 2). პროცესი მოიცავს ბეტონის ბირთვს ან ცილინდრის მოჭრას ბრტყელ ბეტონის ბლოკებად (ე.წ. ბლანკები) დაახლოებით 25 x 50 მმ (1 x 2 ინჩი) ფართობით. ბლანკი მიმაგრებულია მინის სლაიდზე, მოთავსებულია ვაკუუმურ კამერაში და ეპოქსიდური ფისი შეჰყავთ ვაკუუმში. როგორც w/cm იზრდება, გაიზრდება კავშირი და ფორების რაოდენობა, ამიტომ მეტი ეპოქსია შეაღწევს პასტაში. ჩვენ ვიკვლევთ ფანტელებს მიკროსკოპის ქვეშ, სპეციალური ფილტრების ნაკრების გამოყენებით ეპოქსიდური ფისის ფლუორესცენტური საღებავების აღგზნებისთვის და ზედმეტი სიგნალების გასაფილტრად. ამ სურათებში შავი უბნები წარმოადგენს აგრეგატულ ნაწილაკებს და არაჰიდრატირებული ცემენტის ნაწილაკებს. ამ ორის ფორიანობა ძირითადად 0%-ია. ნათელი მწვანე წრე არის ფორიანობა (არა ფორიანობა) და ფორიანობა ძირითადად 100%. ერთ-ერთი ასეთი მახასიათებელი ლაქებიანი მწვანე „ნივთიერება“ არის პასტა (სურათი 2). ბეტონის w/cm და კაპილარული ფორიანობა იზრდება, პასტის უნიკალური მწვანე ფერი ხდება უფრო ნათელი და კაშკაშა (იხ. სურათი 3).
სურათი 2. ფანტელების ფლუორესცენციური მიკროგრაფია, სადაც ნაჩვენებია აგრეგირებული ნაწილაკები, სიცარიელეები (v) და პასტა. ჰორიზონტალური ველის სიგანე ~ 1,5 მმ. Chunyu Qiao და DRP, Twining კომპანია
ნახაზი 3. ფანტელების ფლუორესცენტური მიკროგრაფიები აჩვენებს, რომ w/cm მატებასთან ერთად მწვანე პასტა თანდათან უფრო კაშკაშა ხდება. ეს ნარევები აერირებულია და შეიცავს ნაცარს. Chunyu Qiao და DRP, Twining კომპანია
გამოსახულების ანალიზი მოიცავს რაოდენობრივი მონაცემების ამოღებას სურათებიდან. იგი გამოიყენება მრავალ სხვადასხვა სამეცნიერო სფეროში, დისტანციური ზონდირების მიკროსკოპიდან. ციფრულ სურათში თითოეული პიქსელი არსებითად ხდება მონაცემთა წერტილი. ეს მეთოდი საშუალებას გვაძლევს მივამაგროთ ნომრები მწვანე სიკაშკაშის სხვადასხვა დონეს, რომელიც ჩანს ამ სურათებში. ბოლო 20 წლის განმავლობაში, დესკტოპის გამოთვლით სიმძლავრისა და ციფრული გამოსახულების მიღების რევოლუციასთან ერთად, გამოსახულების ანალიზი ახლა გახდა პრაქტიკული ინსტრუმენტი, რომლის გამოყენებაც ბევრ მიკროსკოპს შეუძლია (მათ შორის ბეტონის პეტროლოგი). ჩვენ ხშირად ვიყენებთ გამოსახულების ანალიზს ნალექის კაპილარული ფორიანობის გასაზომად. დროთა განმავლობაში ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ არსებობს ძლიერი სისტემატური სტატისტიკური კორელაცია w/cm-სა და კაპილარების ფორიანობას შორის, როგორც ეს ნაჩვენებია შემდეგ სურათზე (სურათი 4 და სურათი 5) ).
ნახაზი 4. თხელი სექციების ფლუორესცენტური მიკროგრაფიებიდან მიღებული მონაცემების მაგალითი. ეს გრაფიკი ასახავს პიქსელების რაოდენობას მოცემულ ნაცრისფერ დონეზე ერთ ფოტომიკროგრაფიაში. სამი მწვერვალი შეესაბამება აგრეგატებს (ნარინჯისფერი მრუდი), პასტას (ნაცრისფერი ზონა) და სიცარიელის (აუცვლელი მწვერვალი უკიდურეს მარჯვნივ). პასტის მრუდი საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ფორების საშუალო ზომა და მისი სტანდარტული გადახრა. Chunyu Qiao და DRP, Twining Company სურათი 5. ეს გრაფიკი აჯამებს w/cm საშუალო კაპილარული გაზომვების სერიას და 95% ნდობის ინტერვალებს ნარევში, რომელიც შედგება სუფთა ცემენტისგან, მფრინავი ნაცარი ცემენტისგან და ბუნებრივი პოზოლანის შემკვრელისგან. Chunyu Qiao და DRP, Twining კომპანია
საბოლოო ანალიზში საჭიროა სამი დამოუკიდებელი ტესტი, რათა დაამტკიცოს, რომ ადგილზე ბეტონი შეესაბამება ნარევის დიზაინის სპეციფიკაციას. შეძლებისდაგვარად, მიიღეთ ძირითადი ნიმუშები განლაგებიდან, რომლებიც აკმაყოფილებენ მიღების ყველა კრიტერიუმს, ისევე როგორც ნიმუშები დაკავშირებული ადგილებიდან. მიღებული განლაგებიდან ბირთვი შეიძლება გამოყენებულ იქნას საკონტროლო ნიმუშად და შეგიძლიათ გამოიყენოთ იგი, როგორც ეტალონად შესაბამისი განლაგების შესაბამისობის შესაფასებლად.
ჩვენი გამოცდილებით, როდესაც ჩანაწერების მქონე ინჟინრები ხედავენ ამ ტესტებიდან მიღებულ მონაცემებს, ისინი ჩვეულებრივ იღებენ განთავსებას, თუ სხვა ძირითადი საინჟინრო მახასიათებლები (როგორიცაა კომპრესიული სიმტკიცე) დაკმაყოფილებულია. w/cm-ის რაოდენობრივი გაზომვების და ფორმირების ფაქტორის მიწოდებით, ჩვენ შეგვიძლია გავცდეთ მრავალი სამუშაოსთვის მითითებულ ტესტებს, რათა დავამტკიცოთ, რომ მოცემულ ნარევს აქვს თვისებები, რომლებიც ითარგმნება კარგ გამძლეობად.
დევიდ როტშტეინი, Ph.D., PG, FACI არის DRP, A Twining Company-ის მთავარი ლითოგრაფი. მას აქვს პროფესიონალური პეტროლოგის 25 წელზე მეტი გამოცდილება და პირადად შეამოწმა 10000-ზე მეტი ნიმუში 2000-ზე მეტი პროექტიდან მთელს მსოფლიოში. Dr. Chunyu Qiao, DRP-ის მთავარი მეცნიერი, Twining Company, არის გეოლოგი და მასალების მეცნიერი, ათ წელზე მეტი ხნის გამოცდილებით ცემენტირების მასალებისა და ბუნებრივი და დამუშავებული ქანების პროდუქტებში. მისი ექსპერტიზა მოიცავს გამოსახულების ანალიზისა და ფლუორესცენციული მიკროსკოპის გამოყენებას ბეტონის გამძლეობის შესასწავლად, განსაკუთრებული აქცენტით გამომწვევი მარილების, ტუტე-სილიციუმის რეაქციების და ქიმიური შეტევის შედეგად გამოწვეულ ზიანს ჩამდინარე წყლების გამწმენდ ნაგებობებში.