Nuovi sviluppi nella garanzia della qualità dei pavimenti in cemento possono fornire informazioni importanti su qualità, durata e conformità ai codici di progettazione ibridi.
La costruzione di pavimentazioni in cemento può vedere le emergenze e l'appaltatore deve verificare la qualità e la durata del calcestruzzo fuso sul posto. Questi eventi includono l'esposizione alla pioggia durante il processo di versamento, la post-applicazione di composti di indurimento, il restringimento della plastica e le ore di cracking entro poche ore dopo il versamento e problemi di testura e cura in cemento. Anche se i requisiti di resistenza e altri test dei materiali sono soddisfatti, gli ingegneri possono richiedere la rimozione e la sostituzione delle parti della pavimentazione perché sono preoccupati se i materiali in situ soddisfino le specifiche di progettazione della miscela.
In questo caso, la petrografia e altri metodi di test complementari (ma professionali) possono fornire informazioni importanti sulla qualità e la durata delle miscele concrete e se soddisfano le specifiche di lavoro.
Figura 1. Esempi di micrografie al microscopio a fluorescenza di pasta di cemento a 0,40 p/c (angolo in alto a sinistra) e 0,60 p/c (angolo in alto a destra). La figura in basso a sinistra mostra il dispositivo per misurare la resistività di un cilindro di cemento. La figura in basso a destra mostra la relazione tra resistività del volume e W/C. Chunyu Qiao e DRP, un'azienda twining
Legge di Abram: "La resistenza a compressione di una miscela in cemento è inversamente proporzionale al suo rapporto di cemento d'acqua".
Il professor Duff Abrams ha descritto per la prima volta la relazione tra il rapporto acqua-cemento (W/C) e la resistenza a compressione nel 1918 [1] e ha formulato quella che ora viene chiamata legge di Abram: "La resistenza a compressione del rapporto di acqua/cemento di cemento". Oltre a controllare la resistenza a compressione, il rapporto di cemento d'acqua (W/cm) è ora favorito perché riconosce la sostituzione del cemento Portland con materiali di cementazione supplementare come ceneri volanti e scorie. È anche un parametro chiave della durata concreta. Molti studi hanno dimostrato che le miscele di cemento con W/cm inferiori a ~ 0,45 sono durevoli in ambienti aggressivi, come le aree esposte a cicli di congelamento-scongelamento con sali di deicimento o aree in cui vi è un'alta concentrazione di solfato nel terreno.
I pori capillari sono una parte intrinseca della sospensione del cemento. Sono costituiti dallo spazio tra i prodotti di idratazione del cemento e particelle di cemento non idrate che una volta erano riempite con acqua. [2] I pori capillari sono molto più fini dei pori trascinati o intrappolati e non devono essere confusi con loro. Quando i pori capillari sono collegati, il fluido dall'ambiente esterno può migrare attraverso la pasta. Questo fenomeno è chiamato penetrazione e deve essere ridotto al minimo per garantire la durata. La microstruttura della miscela di cemento durevole è che i pori sono segmentati piuttosto che collegati. Questo accade quando w/cm è inferiore a ~ 0,45.
Sebbene sia notoriamente difficile misurare accuratamente il W/cm di calcestruzzo indurito, un metodo affidabile può fornire un importante strumento di garanzia della qualità per studiare il calcestruzzo del cast sul posto indurito. La microscopia a fluorescenza fornisce una soluzione. Ecco come funziona.
La microscopia a fluorescenza è una tecnica che utilizza resina epossidica e coloranti fluorescenti per illuminare i dettagli dei materiali. È più comunemente usato nelle scienze mediche e ha anche importanti applicazioni nella scienza dei materiali. L'applicazione sistematica di questo metodo in concreto è iniziata quasi 40 anni fa in Danimarca [3]; È stato standardizzato nei paesi nordici nel 1991 per la stima del W/C di calcestruzzo indurito ed è stato aggiornato nel 1999 [4].
Per misurare il W/cm di materiali a base di cemento (cioè calcestruzzo, mortaio e malta), viene utilizzato epossidico fluorescente per creare una sezione sottile o un blocco di cemento con uno spessore di circa 25 micron o 1/1000 pollici (Figura 2). Il processo prevede che il nucleo o il cilindro del calcestruzzo viene tagliato in blocchi di cemento piatto (chiamati spazi vuoti) con un'area di circa 25 x 50 mm (1 x 2 pollici). Il vuoto è incollato a uno scivolo di vetro, collocato in una camera a vuoto e la resina epossidica viene introdotta sotto vuoto. All'aumentare della W/CM, la connettività e il numero di pori aumenteranno, quindi più epossidici penetreranno nella pasta. Esaminiamo i fiocchi al microscopio, usando una serie di filtri speciali per eccitare i coloranti fluorescenti nella resina epossidica e filtrare segnali in eccesso. In queste immagini, le aree nere rappresentano particelle aggregate e particelle di cemento non idrate. La porosità dei due è fondamentalmente 0%. Il cerchio verde brillante è la porosità (non la porosità) e la porosità è sostanzialmente al 100%. Una di queste caratteristiche della "sostanza" verde macchiata è una pasta (Figura 2). Man mano che il W/Cm e la porosità capillare del cemento aumentano, il colore verde unico della pasta diventa sempre più luminoso (vedi Figura 3).
Figura 2. Micrografia a fluorescenza dei fiocchi che mostrano particelle aggregate, vuoti (V) e pasta. La larghezza del campo orizzontale è ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao e DRP, un'azienda twining
Figura 3. Le micrografie di fluorescenza dei fiocchi mostrano che all'aumentare del W/CM, la pasta verde diventa gradualmente più luminosa. Queste miscele sono aerate e contengono ceneri volanti. Chunyu Qiao e DRP, un'azienda twining
L'analisi delle immagini prevede l'estrazione di dati quantitativi dalle immagini. È usato in molti diversi campi scientifici, dal microscopio a telerilevamento. Ogni pixel in un'immagine digitale diventa essenzialmente un punto dati. Questo metodo ci consente di collegare i numeri ai diversi livelli di luminosità verde visti in queste immagini. Negli ultimi 20 anni circa, con la rivoluzione nella potenza di elaborazione desktop e nell'acquisizione di immagini digitali, l'analisi delle immagini è diventata uno strumento pratico che molti microscopi (compresi i petrologi in cemento) possono usare. Usiamo spesso l'analisi delle immagini per misurare la porosità capillare della sospensione. Nel tempo, abbiamo scoperto che esiste una forte correlazione statistica sistematica tra W/CM e la porosità capillare, come mostrato nella figura seguente (Figura 4 e Figura 5)).
Figura 4. Esempio di dati ottenuti dalle micrografie di fluorescenza di sezioni sottili. Questo grafico traccia il numero di pixel a un determinato livello di grigio in una singola fotomicrografia. I tre picchi corrispondono agli aggregati (curva arancione), in pasta (area grigia) e vuoto (picco non riempito all'estrema destra). La curva della pasta consente di calcolare la dimensione media dei pori e la sua deviazione standard. Chunyu Qiao e DRP, Twining Company Figura 5. Questo grafico riassume una serie di misurazioni capillari medie W/cm e intervalli di confidenza al 95% nella miscela composti da cemento puro, cemento a base di volante e legante di pozzolano naturale. Chunyu Qiao e DRP, un'azienda twining
In ultima analisi, sono necessari tre test indipendenti per dimostrare che il calcestruzzo in loco è conforme alle specifiche di progettazione della miscela. Per quanto possibile, ottenere campioni di base da posizionamenti che soddisfano tutti i criteri di accettazione, nonché campioni da posizionamenti correlati. Il core dal layout accettato può essere utilizzato come campione di controllo e puoi usarlo come punto di riferimento per valutare la conformità del layout pertinente.
Nella nostra esperienza, quando gli ingegneri con record vedono i dati ottenuti da questi test, di solito accettano il posizionamento se vengono soddisfatte altre caratteristiche di ingegneria chiave (come la resistenza a compressione). Fornendo misurazioni quantitative di W/CM e fattore di formazione, possiamo andare oltre i test specificati per molti lavori per dimostrare che la miscela in questione ha proprietà che si tradurranno in una buona durata.
David Rothstein, Ph.D., PG, Faci è il capo litografo di DRP, una compagnia twining. Ha più di 25 anni di esperienza professionale di petrologo e ispeziona personalmente oltre 10.000 campioni da oltre 2.000 progetti in tutto il mondo. Il Dr. Chunyu Qiao, il capo scienziato di DRP, un'azienda twining, è un geologo e scienziato dei materiali con oltre dieci anni di esperienza in materiali di cementazione e prodotti rocciosi naturali e trasformati. La sua competenza include l'uso dell'analisi delle immagini e della microscopia a fluorescenza per studiare la durata del calcestruzzo, con particolare enfasi sul danno causato da sali di deicimento, reazioni alcalini-silicon e attacco chimico negli impianti di trattamento delle acque reflue.
Tempo post: settembre 07-2021