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 sự tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế hỗn hợp.
Việc thi công mặt đường bê tông có thể gặp những trường hợp khẩn cấp và nhà thầu cần xác minh chất lượng cũng như độ bền của bê tông đổ tại chỗ. Những hiện tượng này bao gồm tiếp xúc với mưa trong quá trình đổ, sau khi sử dụng các hợp chất bảo dưỡng, hiện tượng co ngót và nứt nhựa trong vòng vài giờ sau khi đổ cũng như 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 vẫn có thể yêu cầu loại bỏ và thay thế các bộ phận mặt đường vì họ lo lắng liệu vật liệu tại chỗ có đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế hỗn hợp hay không.
Trong trường hợp này, thạch học và các phương pháp kiểm tra bổ sung (nhưng chuyên nghiệp) khác 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 vi mô của kính hiển vi huỳnh quang của hồ bê tông ở mức 0,40 w/c (góc trên bên trái) và 0,60 w/c (góc trên bên phải). Hình dưới bên trái minh họa thiết bị đo điện trở suất của một ống trụ bê tông. Hình phía dưới bên phải cho thấy mối quan hệ giữa điện trở suất thể tích và w/c. Chunyu Qiao và DRP, một công ty sản xuất sợi xe
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 đưa ra cái mà ngày nay 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 xi măng nước (w/cm) hiện nay được ưa chuộng vì nó nhận thấy việc thay thế xi măng Portland bằng vật liệu xi măng bổ sung như tro bay, xỉ. Nó 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 xâm thực, chẳng hạn như các khu vực tiếp xúc với chu trình đóng băng-tan băng với muối khử băng hoặc khu vực có nồng độ sunfat cao trong đất.
Các lỗ mao dẫn là một phần vốn có của vữa xi măng. Chúng bao gồm khoảng trống giữa các sản phẩm thủy hóa xi măng và các hạt xi măng không thủy hóa đã từng chứa đầy nước. [2] Các lỗ mao mạch mịn hơn nhiều so với các lỗ chân lông bị kẹt hoặc bị mắc kẹt và không nên nhầm lẫn với chúng. Khi các lỗ mao mạch được kết nối, chất lỏng từ môi trường bên ngoài có thể di chuyển qua lớp dán. Hiện tượng này gọi là xuyên thấu và phải được hạn chế tối đa để đảm bảo độ bền. Cấu trúc vi mô của hỗn hợp bê tông bền là các lỗ rỗng được phân đoạn chứ không 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 nhưng một phương pháp đáng tin cậy có thể cung cấp một công cụ đảm bảo chất lượng quan trọng để nghiên cứu bê tông đã cứng tại chỗ. Kính hiển vi huỳnh quang cung cấp một giải pháp. Đây là cách nó hoạt động.
Kính hiển vi huỳnh quang là 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 nó cũng có những ứng dụng quan trọng trong khoa học vật liệu. Việc áp dụng có hệ thống phương pháp này vào bê tông đã bắt đầu cách đây gần 40 năm ở Đan Mạch [3]; nó đã được tiêu chuẩn hóa ở các nước Bắc Âu vào năm 1991 để ước tính w/c của bê tông đã đông 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), 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). Quá trình này 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). Phần trống được dán vào một phiến kính, đặt trong buồng chân không và nhựa epoxy được đưa vào trong chân không. Khi w/cm tăng, khả năng kết nối và số lượng lỗ chân lông sẽ tăng lên, do đó, nhiều epoxy sẽ thấm vào bột nhão hơn. Chúng tôi kiểm tra các vảy dưới kính hiển vi, sử dụng một bộ bộ lọc đặc biệt để kích thích thuốc nhuộm huỳnh quang trong nhựa epoxy và lọc các tín hiệu dư thừa. Trong những hình ảnh này, vùng màu đen tượng trưng cho các hạt cốt liệu và các hạt xi măng không ngậm nước. Độ xốp của cả hai về cơ bản là 0%. Vòng tròn màu xanh sáng là độ xốp (không phải độ xốp) và độ xốp về cơ bản là 100%. Một trong những đặc điểm “Chất” màu xanh lá cây lốm đốm là chất nhão (Hình 2). Khi w/cm và độ xốp mao dẫn của bê tông tăng lên, màu xanh độc đáo của hỗn hợp hồ trở nên sáng hơn (xem Hình 3).
Hình 2. Ảnh hiển vi huỳnh quang của các mảnh cho thấy các hạt tổng hợp, khoảng trống (v) và chất nhão. Chiều rộng trường ngang là ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao và DRP, một công ty sản xuất sợi xe
Hình 3. Ảnh chụp vi mô huỳnh quang của các vảy cho thấy khi w/cm tăng, hỗn hợp màu xanh lá cây dần dần trở nên sáng hơn. Những hỗn hợp này được sục khí và chứa tro bay. Chunyu Qiao và DRP, một công ty sản xuất sợi xe
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 viễn thám. Mỗi pixel trong ảnh kỹ thuật số về cơ bản sẽ trở thành một điểm dữ liệu. Phương pháp này cho phép chúng tôi gắn các con số với các mức độ sáng màu xanh lá cây khác nhau được thấy trong những hình ảnh này. Trong hơn 20 năm qua, với cuộc cách mạng về sức mạnh tính toán của máy tính để bàn và thu nhận hình ảnh kỹ thuật số, phân tích hình ảnh giờ đây 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 nhận thấy rằng có mối tương quan thống kê có hệ thống chặt chẽ giữa w/cm và độ xốp của mao quản, như thể hiện trong hình sau (Hình 4 và Hình 5)).
Hình 4. Ví dụ về dữ liệu thu được từ ảnh vi mô huỳnh quang của các phần mỏng. Biểu đồ này biểu thị số lượng pixel ở mức xám nhất định trong một máy chụp ảnh vi mô. Ba đỉnh tương ứng với các khối tổng hợp (đường cong màu cam), dán (vùng màu xám) và khoảng trống (đỉnh không được lấp đầy ở phía bên phải). Đường cong của bột nhão cho phép tính toán kích thước lỗ trung bình và độ lệch chuẩn của nó. Chunyu Qiao và DRP, Twining Company Hình 5. Biểu đồ này tóm tắt một loạt các phép đo mao dẫn trung bình w/cm và khoảng tin cậy 95% trong hỗn hợp bao gồm xi măng nguyên chất, xi măng tro bay và chất kết dính pozzolan tự nhiên. Chunyu Qiao và DRP, một công ty sản xuất sợi xe
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 chừng mực có thể, hãy lấy các mẫu cốt lõi từ các vị trí đáp ứng tất cả tiêu chí chấp nhận, cũng như các mẫu từ các vị trí liên quan. Phần cốt lõi của bố cục được chấp nhận có thể được sử dụng làm mẫu kiểm soát và bạn có thể sử dụng nó làm điểm chuẩn 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 đáp ứng các đặc tính kỹ thuật quan trọng khác (chẳng hạn như cường độ nén). Bằng cách cung cấp các phép đo định lượng w/cm và hệ số hình thành, chúng tôi có thể vượt xa các thử nghiệm được chỉ định cho nhiều công việc để chứng minh rằng hỗn hợp được đề cập có các đặc tính sẽ chuyển thành độ bền tốt.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI là người in thạch bản chính của DRP, A Twining Company. Ông có hơn 25 năm kinh nghiệm chuyên môn về thạch học và đích thân kiểm tra hơn 10.000 mẫu từ hơn 2.000 dự án trên khắp thế giới. Tiến sĩ Chunyu Qiao, nhà khoa học trưởng của DRP, một Công ty Twining, là một nhà địa chất và nhà khoa học vật liệu với 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 nhấn mạnh đến thiệt hại do muối khử băng, phản ứng kiềm-silic và sự tấn công hóa học trong các nhà máy xử lý nước thải.
Thời gian đăng: Sep-07-2021