التقدم في ضمان جودة تصميم خلطة الرصف الخرسانية باستخدام التصوير الصخري والمجهر الفلوري

يمكن للتطورات الجديدة في ضمان جودة الأرصفة الخرسانية أن توفر معلومات مهمة حول الجودة والمتانة والامتثال لقوانين التصميم الهجين.
يمكن أن يؤدي إنشاء الرصيف الخرساني إلى حدوث حالات طوارئ، ويحتاج المقاول إلى التحقق من جودة ومتانة الخرسانة المصبوبة في المكان.تشمل هذه الأحداث التعرض للمطر أثناء عملية الصب، وما بعد تطبيق مركبات المعالجة، وانكماش البلاستيك وساعات التشقق في غضون ساعات قليلة بعد الصب، ومشكلات تركيب الخرسانة ومعالجتها.حتى لو تم استيفاء متطلبات القوة واختبارات المواد الأخرى، فقد يطلب المهندسون إزالة واستبدال أجزاء الرصيف لأنهم قلقون بشأن ما إذا كانت المواد الموجودة في الموقع تلبي مواصفات تصميم المزيج.
في هذه الحالة، يمكن أن توفر دراسة الصخور وطرق الاختبار التكميلية الأخرى (لكن الاحترافية) معلومات مهمة حول جودة ومتانة الخلطات الخرسانية وما إذا كانت تلبي مواصفات العمل.
الشكل 1. أمثلة على الصور المجهرية الفلورية للعجينة الخرسانية عند 0.40 واط/ج (الزاوية اليسرى العليا) و0.60 واط/ج (الزاوية اليمنى العليا).يوضح الشكل السفلي الأيسر جهاز قياس مقاومة أسطوانة خرسانية.يوضح الشكل السفلي الأيمن العلاقة بين مقاومة الحجم وw/c.Chunyu Qiao وDRP، شركة التوأمة
قانون أبرام: "قوة الضغط للخليط الخرساني تتناسب عكسيا مع نسبة الماء إلى الأسمنت."
وصف البروفيسور داف أبرامز العلاقة بين نسبة الماء إلى الأسمنت (w/c) وقوة الضغط لأول مرة في عام 1918 [1]، وقام بصياغة ما يسمى الآن بقانون أبرام: "قوة ضغط الخرسانة بنسبة الماء إلى الأسمنت".بالإضافة إلى التحكم في قوة الضغط، أصبحت نسبة الأسمنت المائي (وزن/سم) مفضلة الآن لأنها تعترف باستبدال الأسمنت البورتلاندي بمواد الأسمنت التكميلية مثل الرماد المتطاير والخبث.إنها أيضًا معلمة أساسية لمتانة الخرسانة.أظهرت العديد من الدراسات أن الخلطات الخرسانية التي يقل وزنها عن 0.45 ~ تكون متينة في البيئات العدوانية، مثل المناطق المعرضة لدورات التجميد والذوبان مع أملاح الذوبان أو المناطق التي يوجد بها تركيز عالٍ من الكبريتات في التربة.
المسام الشعرية هي جزء متأصل من ملاط ​​الأسمنت.وهي تتكون من المسافة بين منتجات ترطيب الأسمنت وجزيئات الأسمنت غير المائية التي كانت مملوءة بالماء في السابق.[2] المسام الشعرية هي أدق بكثير من المسام المحبوسة أو المحاصرة ويجب عدم الخلط بينها وبينها.عندما تكون المسام الشعرية متصلة، يمكن أن يهاجر السائل من البيئة الخارجية عبر العجينة.وتسمى هذه الظاهرة الاختراق ويجب التقليل منها لضمان المتانة.البنية المجهرية للخليط الخرساني المتين هي أن المسام مجزأة وليست متصلة.يحدث هذا عندما يكون w/cm أقل من ~0.45.
على الرغم من أنه من الصعب قياس وزن الخرسانة المتصلدة بدقة، إلا أن الطريقة الموثوقة يمكن أن توفر أداة مهمة لضمان الجودة لفحص الخرسانة المتصلبة المصبوبة في المكان.المجهر الفلوري يوفر الحل.هذه هي الطريقة التي يعمل بها.
المجهر الفلوري هو تقنية تستخدم راتنجات الايبوكسي والأصباغ الفلورية لإلقاء الضوء على تفاصيل المواد.وهو الأكثر استخدامًا في العلوم الطبية، كما أن له تطبيقات مهمة في علم المواد.بدأ التطبيق المنهجي لهذه الطريقة في الخرسانة منذ ما يقرب من 40 عامًا في الدنمارك [3]؛تم توحيده في بلدان الشمال الأوروبي في عام 1991 لتقدير وزن الخرسانة المتصلبة، وتم تحديثه في عام 1999 [4].
لقياس وزن/سم من المواد القائمة على الأسمنت (أي الخرسانة والملاط والجص)، يتم استخدام إيبوكسي الفلورسنت لصنع مقطع رفيع أو كتلة خرسانية بسمك حوالي 25 ميكرون أو 1/1000 بوصة (الشكل 2).تتضمن العملية قطع قلب الخرسانة أو الأسطوانة إلى كتل خرسانية مسطحة (تسمى الفراغات) بمساحة 25 × 50 مم تقريبًا (1 × 2 بوصة).يتم لصق الفراغ على شريحة زجاجية، ووضعها في غرفة مفرغة، ويتم إدخال راتنجات الايبوكسي تحت فراغ.مع زيادة الوزن/سم، سيزداد الاتصال وعدد المسام، وبالتالي سيتغلغل المزيد من الإيبوكسي في العجينة.نقوم بفحص الرقائق تحت المجهر، باستخدام مجموعة من المرشحات الخاصة لإثارة الأصباغ الفلورية في راتنجات الايبوكسي وتصفية الإشارات الزائدة.في هذه الصور، تمثل المناطق السوداء جزيئات الركام وجزيئات الأسمنت غير المائية.مسامية الاثنين هي في الأساس 0٪.الدائرة الخضراء الساطعة هي المسامية (وليس المسامية)، والمسامية هي في الأساس 100%.واحدة من هذه الميزات "المادة" الخضراء المرقطة هي عجينة (الشكل 2).مع زيادة الوزن/سم والمسامية الشعرية للخرسانة، يصبح اللون الأخضر الفريد للعجينة أكثر سطوعًا (انظر الشكل 3).
الشكل 2. صورة مجهرية مضان للرقائق تظهر الجزيئات المجمعة والفراغات (v) واللصق.عرض المجال الأفقي ~ 1.5 ملم.Chunyu Qiao وDRP، شركة التوأمة
الشكل 3. تظهر الصور المجهرية الفلورية للرقائق أنه مع زيادة الوزن/سم، يصبح المعجون الأخضر أكثر سطوعًا تدريجيًا.يتم تهوية هذه الخلائط وتحتوي على رماد متطاير.Chunyu Qiao وDRP، شركة التوأمة
يتضمن تحليل الصور استخراج البيانات الكمية من الصور.ويستخدم في العديد من المجالات العلمية المختلفة، من مجهر الاستشعار عن بعد.كل بكسل في الصورة الرقمية يصبح في الأساس نقطة بيانات.تسمح لنا هذه الطريقة بإرفاق أرقام بمستويات السطوع الأخضر المختلفة التي تظهر في هذه الصور.على مدى السنوات العشرين الماضية أو نحو ذلك، ومع الثورة في قوة الحوسبة المكتبية والحصول على الصور الرقمية، أصبح تحليل الصور الآن أداة عملية يمكن للعديد من المجهريين (بما في ذلك علماء الصخور الخرسانية) استخدامها.غالبًا ما نستخدم تحليل الصور لقياس المسامية الشعرية للملاط.مع مرور الوقت، وجدنا أن هناك علاقة إحصائية منهجية قوية بين ث / سم ومسامية الشعيرات الدموية، كما هو مبين في الشكل التالي (الشكل 4 والشكل 5)).
الشكل 4. مثال على البيانات التي تم الحصول عليها من الصور المجهرية مضان من أقسام رقيقة.يرسم هذا الرسم البياني عدد وحدات البكسل عند مستوى رمادي معين في صورة مجهرية واحدة.تتوافق القمم الثلاث مع المجاميع (المنحنى البرتقالي)، واللصق (المنطقة الرمادية)، والفراغ (الذروة غير المعبأة في أقصى اليمين).يتيح منحنى المعجون حساب متوسط ​​حجم المسام وانحرافه المعياري.Chunyu Qiao وDRP، Twining Company الشكل 5. يلخص هذا الرسم البياني سلسلة من متوسط ​​قياسات الشعيرات الدموية بوزن/سم وفترات ثقة 95% في الخليط المكون من الأسمنت النقي، وأسمنت الرماد المتطاير، ومادة البوزولان الطبيعية.Chunyu Qiao وDRP، شركة التوأمة
في التحليل النهائي، هناك حاجة إلى ثلاثة اختبارات مستقلة لإثبات أن الخرسانة في الموقع تتوافق مع مواصفات تصميم الخلطة.قدر الإمكان، احصل على عينات أساسية من المواضع التي تستوفي جميع معايير القبول، بالإضافة إلى عينات من المواضع ذات الصلة.يمكن استخدام جوهر التخطيط المقبول كعينة تحكم، ويمكنك استخدامه كمعيار لتقييم توافق التخطيط ذي الصلة.
في تجربتنا، عندما يرى المهندسون الذين لديهم سجلات البيانات التي تم الحصول عليها من هذه الاختبارات، فإنهم عادة ما يقبلون التنسيب إذا تم استيفاء الخصائص الهندسية الرئيسية الأخرى (مثل قوة الضغط).ومن خلال توفير قياسات كمية للوزن/سم وعامل التكوين، يمكننا تجاوز الاختبارات المحددة للعديد من الوظائف لإثبات أن الخليط المعني له خصائص من شأنها أن تترجم إلى متانة جيدة.
ديفيد روثستين، دكتوراه، PG، FACI هو المصمم الرئيسي للمطبوعات الحجرية لشركة DRP، وهي شركة Twining.يتمتع بخبرة تزيد عن 25 عامًا في مجال علم البترول وقد قام شخصيًا بفحص أكثر من 10000 عينة من أكثر من 2000 مشروع حول العالم.الدكتور تشونيو تشياو، كبير العلماء في شركة DRP، وهي شركة Twining، هو جيولوجي وعالم مواد يتمتع بخبرة تزيد عن عشر سنوات في مجال مواد الأسمنت ومنتجات الصخور الطبيعية والمعالجة.وتشمل خبرته استخدام تحليل الصور والمجهر الفلوري لدراسة متانة الخرسانة، مع التركيز بشكل خاص على الأضرار الناجمة عن إزالة الأملاح، وتفاعلات القلويات والسيليكون، والهجوم الكيميائي في محطات معالجة مياه الصرف الصحي.