Những phát triển mới trong việc đảm bảo chất lượng mặt đường bê tông có thể cung cấp thông tin quan trọng về chất lượng, độ bền và khả năng tuân thủ các quy định thiết kế kết hợp.
Việc thi công vỉa hè bê tông có thể gặp phải các trường hợp khẩn cấp và nhà thầu cần xác minh chất lượng và độ bền của bê tông đúc tại chỗ. Các sự kiện này bao gồm tiếp xúc với mưa trong quá trình đổ, sau khi áp dụng hợp chất bảo dưỡng, co ngót và nứt nhựa trong vòng vài giờ sau khi đổ, và các vấn đề về kết cấu và bảo dưỡng bê tông. Ngay cả khi các yêu cầu về độ bền và các thử nghiệm vật liệu khác được đáp ứng, các kỹ sư có thể yêu cầu tháo dỡ và thay thế các bộ phận vỉa hè vì họ lo lắng về việc liệu các vật liệu tại chỗ có đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế hỗn hợp hay không.
Trong trường hợp này, phương pháp thử nghiệm thạch học và các phương pháp thử nghiệm bổ sung khác (nhưng chuyên nghiệp) có thể cung cấp thông tin quan trọng về chất lượng và độ bền của hỗn hợp bê tông cũng như liệu chúng có đáp ứng các thông số kỹ thuật công việc hay không.
Hình 1. Ví dụ về ảnh chụp hiển vi huỳnh quang của hỗn hợp bê tông ở 0,40 w/c (góc trên bên trái) và 0,60 w/c (góc trên bên phải). Hình dưới bên trái cho thấy thiết bị đo điện trở suất của một xi lanh bê tông. Hình dưới bên phải cho thấy mối quan hệ giữa điện trở suất thể tích và w/c. Chunyu Qiao và DRP, một công ty Twining
Định luật Abram: “Cường độ nén của hỗn hợp bê tông tỷ lệ nghịch với tỷ lệ nước-xi măng của nó.”
Giáo sư Duff Abrams lần đầu tiên mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ nước-xi măng (w/c) và cường độ nén vào năm 1918 [1], và xây dựng nên cái mà hiện được gọi là định luật Abram: “Cường độ nén của bê tông Tỷ lệ nước/xi măng”. Ngoài việc kiểm soát cường độ nén, tỷ lệ nước-xi măng (w/cm) hiện được ưa chuộng vì nó công nhận việc thay thế xi măng Portland bằng các vật liệu xi măng bổ sung như tro bay và xỉ. Đây cũng là một thông số quan trọng của độ bền bê tông. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hỗn hợp bê tông có w/cm thấp hơn ~0,45 có độ bền cao trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như các khu vực tiếp xúc với chu kỳ đóng băng-tan băng với muối phá băng hoặc các khu vực có nồng độ sunfat cao trong đất.
Lỗ mao dẫn là một phần vốn có của vữa xi măng. Chúng bao gồm khoảng không giữa các sản phẩm thủy hóa xi măng và các hạt xi măng chưa thủy hóa từng chứa đầy nước. [2] Lỗ mao dẫn mịn hơn nhiều so với lỗ mao dẫn bị cuốn theo hoặc bị giữ lại và không nên nhầm lẫn với chúng. Khi các lỗ mao dẫn được kết nối, chất lỏng từ môi trường bên ngoài có thể di chuyển qua hỗn hợp. Hiện tượng này được gọi là sự thâm nhập và phải được giảm thiểu để đảm bảo độ bền. Cấu trúc vi mô của hỗn hợp bê tông bền là các lỗ được phân đoạn chứ không phải được kết nối. Điều này xảy ra khi w/cm nhỏ hơn ~0,45.
Mặc dù rất khó để đo chính xác w/cm của bê tông đã đông cứng, một phương pháp đáng tin cậy có thể cung cấp một công cụ đảm bảo chất lượng quan trọng để nghiên cứu bê tông đúc tại chỗ đã đông cứng. Kính hiển vi huỳnh quang cung cấp một giải pháp. Đây là cách thức hoạt động của nó.
Kính hiển vi huỳnh quang là một kỹ thuật sử dụng nhựa epoxy và thuốc nhuộm huỳnh quang để chiếu sáng các chi tiết của vật liệu. Nó được sử dụng phổ biến nhất trong khoa học y tế và cũng có những ứng dụng quan trọng trong khoa học vật liệu. Việc áp dụng có hệ thống phương pháp này trong bê tông bắt đầu cách đây gần 40 năm tại Đan Mạch [3]; nó đã được chuẩn hóa tại các nước Bắc Âu vào năm 1991 để ước tính w/c của bê tông đã cứng và được cập nhật vào năm 1999 [4].
Để đo w/cm của vật liệu gốc xi măng (tức là bê tông, vữa và vữa rót), epoxy huỳnh quang được sử dụng để tạo ra một phần mỏng hoặc khối bê tông có độ dày khoảng 25 micron hoặc 1/1000 inch (Hình 2). Quy trình bao gồm Lõi bê tông hoặc hình trụ được cắt thành các khối bê tông phẳng (gọi là phôi) có diện tích khoảng 25 x 50 mm (1 x 2 inch). Phôi được dán vào một tấm kính, đặt trong buồng chân không và nhựa epoxy được đưa vào trong điều kiện chân không. Khi w/cm tăng, khả năng kết nối và số lượng lỗ chân lông sẽ tăng lên, do đó nhiều epoxy hơn sẽ thấm vào hỗn hợp. Chúng tôi kiểm tra các vảy dưới kính hiển vi, sử dụng một bộ lọc đặc biệt để kích thích thuốc nhuộm huỳnh quang trong nhựa epoxy và lọc ra các tín hiệu dư thừa. Trong những hình ảnh này, các vùng màu đen biểu thị các hạt cốt liệu và các hạt xi măng chưa ngậm nước. Độ xốp của hai loại này về cơ bản là 0%. Vòng tròn màu xanh lá cây sáng là độ xốp (không phải độ xốp) và độ xốp về cơ bản là 100%. Một trong những đặc điểm này là “Chất” màu xanh lá cây lốm đốm là dạng hồ (Hình 2). Khi w/cm và độ xốp mao dẫn của bê tông tăng lên, màu xanh lá cây độc đáo của hồ trở nên sáng hơn và sáng hơn (xem Hình 3).
Hình 2. Ảnh chụp huỳnh quang của các mảnh cho thấy các hạt kết tụ, lỗ rỗng (v) và bột nhão. Chiều rộng trường ngang là ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao và DRP, một Công ty Twining
Hình 3. Ảnh chụp huỳnh quang của các mảnh vảy cho thấy khi w/cm tăng, bột nhão màu xanh lá cây dần trở nên sáng hơn. Các hỗn hợp này được sục khí và chứa tro bay. Chunyu Qiao và DRP, một Công ty Twining
Phân tích hình ảnh liên quan đến việc trích xuất dữ liệu định lượng từ hình ảnh. Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau, từ kính hiển vi cảm biến từ xa. Mỗi pixel trong hình ảnh kỹ thuật số về cơ bản trở thành một điểm dữ liệu. Phương pháp này cho phép chúng ta gắn số vào các mức độ sáng màu xanh lá cây khác nhau được nhìn thấy trong các hình ảnh này. Trong khoảng 20 năm trở lại đây, với cuộc cách mạng về sức mạnh máy tính để bàn và thu thập hình ảnh kỹ thuật số, phân tích hình ảnh hiện đã trở thành một công cụ thiết thực mà nhiều nhà kính hiển vi (bao gồm cả các nhà thạch học bê tông) có thể sử dụng. Chúng tôi thường sử dụng phân tích hình ảnh để đo độ xốp mao quản của bùn. Theo thời gian, chúng tôi thấy rằng có một mối tương quan thống kê hệ thống mạnh mẽ giữa w/cm và độ xốp mao quản, như thể hiện trong hình sau (Hình 4 và Hình 5)).
Hình 4. Ví dụ về dữ liệu thu được từ ảnh chụp huỳnh quang của các phần mỏng. Biểu đồ này vẽ số điểm ảnh ở một mức xám nhất định trong một ảnh chụp vi mô duy nhất. Ba đỉnh tương ứng với các tập hợp (đường cong màu cam), bột nhão (vùng xám) và khoảng trống (đỉnh không lấp đầy ở phía bên phải). Đường cong của bột nhão cho phép tính toán kích thước lỗ rỗng trung bình và độ lệch chuẩn của nó. Chunyu Qiao và DRP, Công ty Twining Hình 5. Biểu đồ này tóm tắt một loạt các phép đo mao quản trung bình w/cm và khoảng tin cậy 95% trong hỗn hợp gồm xi măng nguyên chất, xi măng tro bay và chất kết dính puzzolan tự nhiên. Chunyu Qiao và DRP, Công ty Twining
Trong phân tích cuối cùng, cần có ba thử nghiệm độc lập để chứng minh rằng bê tông tại chỗ tuân thủ thông số kỹ thuật thiết kế hỗn hợp. Trong khả năng có thể, hãy lấy mẫu lõi từ các vị trí đáp ứng mọi tiêu chí chấp nhận, cũng như các mẫu từ các vị trí liên quan. Lõi từ bố cục được chấp nhận có thể được sử dụng làm mẫu kiểm soát và bạn có thể sử dụng nó làm chuẩn mực để đánh giá sự tuân thủ của bố cục có liên quan.
Theo kinh nghiệm của chúng tôi, khi các kỹ sư có hồ sơ xem dữ liệu thu được từ các thử nghiệm này, họ thường chấp nhận vị trí nếu các đặc điểm kỹ thuật quan trọng khác (như cường độ nén) được đáp ứng. Bằng cách cung cấp các phép đo định lượng w/cm và hệ số hình thành, chúng tôi có thể vượt ra ngoài các thử nghiệm được chỉ định cho nhiều công việc để chứng minh rằng hỗn hợp đang đề cập có các đặc tính sẽ chuyển thành độ bền tốt.
Tiến sĩ David Rothstein, PG, FACI là chuyên gia in thạch bản chính của DRP, Công ty Twining. Ông có hơn 25 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thạch học chuyên nghiệp và đã đích thân kiểm tra hơn 10.000 mẫu từ hơn 2.000 dự án trên toàn thế giới. Tiến sĩ Chunyu Qiao, nhà khoa học chính của DRP, Công ty Twining, là nhà địa chất và nhà khoa học vật liệu có hơn mười năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vật liệu xi măng và các sản phẩm đá tự nhiên và đã qua chế biến. Chuyên môn của ông bao gồm việc sử dụng phân tích hình ảnh và kính hiển vi huỳnh quang để nghiên cứu độ bền của bê tông, đặc biệt chú trọng đến thiệt hại do muối tan băng, phản ứng kiềm-silicon và sự tấn công của hóa chất trong các nhà máy xử lý nước thải.
Thời gian đăng: 07-09-2021