ความก้าวหน้าในการประกันคุณภาพการออกแบบส่วนผสมทางเท้าคอนกรีตโดยใช้กล้องเพโตรกราฟีและกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์

การพัฒนาใหม่ในการประกันคุณภาพของผิวทางคอนกรีตสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับคุณภาพ ความทนทาน และการปฏิบัติตามรหัสการออกแบบแบบไฮบริด
การก่อสร้างทางเท้าคอนกรีตสามารถดูเหตุฉุกเฉินได้ และผู้รับเหมาจำเป็นต้องตรวจสอบคุณภาพและความทนทานของคอนกรีตหล่อในที่ เหตุการณ์เหล่านี้รวมถึงการสัมผัสกับฝนในระหว่างกระบวนการเท หลังการทาสารประกอบการบ่ม ชั่วโมงการหดตัวและการแตกร้าวของพลาสติกภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากการเท และปัญหาพื้นผิวคอนกรีตและการบ่ม แม้ว่าจะเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่งและการทดสอบวัสดุอื่นๆ วิศวกรอาจจำเป็นต้องถอดและเปลี่ยนชิ้นส่วนทางเท้า เนื่องจากกังวลว่าวัสดุในแหล่งกำเนิดจะตรงตามข้อกำหนดการออกแบบแบบผสมหรือไม่
ในกรณีนี้ petrography และวิธีการทดสอบเสริมอื่นๆ (แต่เป็นมืออาชีพ) สามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับคุณภาพและความทนทานของส่วนผสมคอนกรีต และดูว่าเป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะของงานหรือไม่
รูปที่ 1 ตัวอย่างไมโครกราฟของกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ของคอนกรีตเพสต์ที่ 0.40 w/c (มุมซ้ายบน) และ 0.60 w/c (มุมขวาบน) รูปซ้ายล่างแสดงอุปกรณ์สำหรับวัดความต้านทานของกระบอกคอนกรีต รูปขวาล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานต่อปริมาตรและ w/c Chunyu Qiao และ DRP ซึ่งเป็นบริษัท Twining
กฎของอับราม: “กำลังรับแรงอัดของส่วนผสมคอนกรีตจะแปรผกผันกับอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์”
ศาสตราจารย์ดัฟฟ์ อับรามส์บรรยายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ (w/c) และกำลังรับแรงอัดเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2461 [1] และได้กำหนดสิ่งที่เรียกว่ากฎของอับรามในปัจจุบันว่า "กำลังอัดของคอนกรีต อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์" นอกเหนือจากการควบคุมกำลังรับแรงอัดแล้ว อัตราส่วนน้ำซีเมนต์ (w/cm) ยังเป็นที่นิยม เนื่องจากสามารถแทนที่ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ด้วยวัสดุประสานเสริม เช่น เถ้าลอยและตะกรัน นอกจากนี้ยังเป็นตัวแปรสำคัญของความทนทานของคอนกรีตอีกด้วย การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าส่วนผสมคอนกรีตที่มี w/cm ต่ำกว่า ~0.45 มีความทนทานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น พื้นที่ที่สัมผัสกับวงจรการแช่แข็งและละลายด้วยเกลือละลายน้ำแข็ง หรือพื้นที่ที่มีซัลเฟตความเข้มข้นสูงในดิน
รูพรุนของเส้นเลือดฝอยเป็นส่วนหนึ่งของสารละลายซีเมนต์ ประกอบด้วยช่องว่างระหว่างผลิตภัณฑ์ซีเมนต์ไฮเดรชั่นกับอนุภาคซีเมนต์ที่ไม่ขาดน้ำซึ่งครั้งหนึ่งเคยเต็มไปด้วยน้ำ [2] รูขุมขนของเส้นเลือดฝอยนั้นละเอียดกว่ารูขุมขนที่กักไว้หรือติดอยู่มากและไม่ควรสับสนกับรูขุมขนเหล่านี้ เมื่อรูพรุนของเส้นเลือดฝอยเชื่อมต่อกัน ของเหลวจากสภาพแวดล้อมภายนอกสามารถเคลื่อนตัวผ่านเนื้อครีมได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการทะลุทะลวงและจะต้องลดลงให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อให้มั่นใจถึงความทนทาน โครงสร้างจุลภาคของส่วนผสมคอนกรีตที่ทนทานคือรูพรุนจะถูกแบ่งส่วนแทนที่จะเชื่อมต่อกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อ w/cm น้อยกว่า ~0.45
แม้ว่าการวัดน้ำหนัก/ซม. ของคอนกรีตชุบแข็งอย่างแม่นยำเป็นเรื่องยากที่ทราบกันดีอยู่แล้ว แต่วิธีการที่เชื่อถือได้สามารถเป็นเครื่องมือประกันคุณภาพที่สำคัญสำหรับการตรวจสอบคอนกรีตหล่อในที่ชุบแข็ง กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ช่วยแก้ปัญหาได้ นี่คือวิธีการทำงาน
กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์เป็นเทคนิคที่ใช้อีพอกซีเรซินและสีย้อมฟลูออเรสเซนต์เพื่อให้ความสว่างในรายละเอียดของวัสดุ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิทยาศาสตร์การแพทย์ และยังมีการประยุกต์ที่สำคัญในด้านวัสดุศาสตร์ด้วย การประยุกต์ใช้วิธีนี้อย่างเป็นระบบในคอนกรีตเริ่มต้นเมื่อเกือบ 40 ปีที่แล้วในเดนมาร์ก [3]; ได้รับการกำหนดมาตรฐานในประเทศกลุ่มนอร์ดิกเมื่อปี พ.ศ. 2534 เพื่อประเมินค่า w/c ของคอนกรีตชุบแข็ง และได้รับการปรับปรุงในปี พ.ศ. 2542 [4]
ในการวัดน้ำหนัก (w/cm) ของวัสดุที่เป็นซีเมนต์ (เช่น คอนกรีต ปูน และยาแนว) จะใช้ฟลูออเรสเซนต์อีพอกซีเพื่อสร้างส่วนบางหรือบล็อกคอนกรีตที่มีความหนาประมาณ 25 ไมครอนหรือ 1/1000 นิ้ว (รูปที่ 2) กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับแกนคอนกรีตหรือทรงกระบอกที่ถูกตัดเป็นบล็อกคอนกรีตแบน (เรียกว่าช่องว่าง) โดยมีพื้นที่ประมาณ 25 x 50 มม. (1 x 2 นิ้ว) ช่องว่างจะถูกติดกาวไว้บนสไลด์แก้วโดยวางไว้ในห้องสุญญากาศ และนำอีพอกซีเรซินไปภายใต้สุญญากาศ เมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้น การเชื่อมต่อและจำนวนรูพรุนจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นอีพ็อกซี่จะแทรกซึมเข้าไปในส่วนผสมได้มากขึ้น เราตรวจสอบสะเก็ดด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยใช้ชุดตัวกรองพิเศษเพื่อกระตุ้นสีย้อมฟลูออเรสเซนต์ในอีพอกซีเรซิน และกรองสัญญาณส่วนเกินออก ในภาพเหล่านี้ พื้นที่สีดำแสดงถึงอนุภาครวมและอนุภาคซีเมนต์ที่ขาดน้ำ ความพรุนของทั้งสองโดยทั่วไปคือ 0% วงกลมสีเขียวสดใสคือความพรุน (ไม่ใช่ความพรุน) และความพรุนโดยทั่วไปคือ 100% ลักษณะพิเศษประการหนึ่งคือ “สาร” สีเขียวที่มีจุดเป็นเนื้อครีม (รูปที่ 2) เมื่อค่า w/cm และรูพรุนของคอนกรีตเพิ่มขึ้น สีเขียวที่เป็นเอกลักษณ์ของส่วนผสมจะสว่างขึ้นเรื่อยๆ (ดูรูปที่ 3)
รูปที่ 2 ภาพไมโครกราฟเรืองแสงของเกล็ดที่แสดงอนุภาครวม ช่องว่าง (v) และเพสต์ ความกว้างของสนามแนวนอนคือ ~ 1.5 มม. Chunyu Qiao และ DRP ซึ่งเป็นบริษัท Twining
รูปที่ 3 ภาพไมโครกราฟเรืองแสงของเกล็ดแสดงให้เห็นว่าเมื่อค่า w/cm เพิ่มขึ้น แผ่นสีเขียวจะค่อยๆ สว่างขึ้น ของผสมเหล่านี้ผ่านการเติมอากาศและมีเถ้าลอย Chunyu Qiao และ DRP ซึ่งเป็นบริษัท Twining
การวิเคราะห์รูปภาพเกี่ยวข้องกับการดึงข้อมูลเชิงปริมาณออกจากรูปภาพ มันถูกนำไปใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ มากมาย ตั้งแต่กล้องจุลทรรศน์การสำรวจระยะไกล แต่ละพิกเซลในภาพดิจิทัลจะกลายเป็นจุดข้อมูลโดยพื้นฐานแล้ว วิธีนี้ช่วยให้เราแนบตัวเลขกับระดับความสว่างสีเขียวต่างๆ ที่เห็นในภาพเหล่านี้ได้ ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา ด้วยการปฏิวัติพลังคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปและการได้มาซึ่งภาพดิจิทัล การวิเคราะห์ภาพจึงกลายเป็นเครื่องมือในทางปฏิบัติที่นักกล้องจุลทรรศน์จำนวนมาก (รวมถึงนักปิโตรโลจิสต์คอนกรีต) สามารถใช้ได้ เรามักจะใช้การวิเคราะห์รูปภาพเพื่อวัดความพรุนของเส้นเลือดฝอยของสารละลาย เมื่อเวลาผ่านไป เราพบว่ามีความสัมพันธ์ทางสถิติอย่างเป็นระบบที่แข็งแกร่งระหว่าง w/cm และความพรุนของเส้นเลือดฝอย ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ (รูปที่ 4 และรูปที่ 5)
รูปที่ 4 ตัวอย่างข้อมูลที่ได้จากไมโครกราฟเรืองแสงของส่วนที่บาง กราฟนี้แสดงจำนวนพิกเซลในระดับสีเทาที่กำหนดในโฟโตมิกกราฟกราฟเดี่ยว พีคทั้งสามนั้นสอดคล้องกับผลรวม (เส้นโค้งสีส้ม) เพสต์ (พื้นที่สีเทา) และโมฆะ (จุดสูงสุดที่ยังไม่ได้เติมทางด้านขวาสุด) ส่วนโค้งของส่วนผสมทำให้สามารถคำนวณขนาดรูพรุนโดยเฉลี่ยและส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานได้ Chunyu Qiao และ DRP, บริษัท Twining รูปที่ 5 กราฟนี้สรุปชุดของการวัดเส้นเลือดฝอยเฉลี่ย w/cm และช่วงความเชื่อมั่น 95% ในส่วนผสมที่ประกอบด้วยซีเมนต์บริสุทธิ์ ซีเมนต์เถ้าลอย และสารยึดเกาะปอซโซลานธรรมชาติ Chunyu Qiao และ DRP ซึ่งเป็นบริษัท Twining
ในการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย จำเป็นต้องมีการทดสอบอิสระสามครั้งเพื่อพิสูจน์ว่าคอนกรีตที่ไซต์งานเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบส่วนผสม เท่าที่เป็นไปได้ รับตัวอย่างหลักจากตำแหน่งที่ตรงตามเกณฑ์การยอมรับทั้งหมด รวมถึงตัวอย่างจากตำแหน่งที่เกี่ยวข้อง แกนจากโครงร่างที่ยอมรับสามารถใช้เป็นตัวอย่างควบคุมได้ และคุณสามารถใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานในการประเมินความสอดคล้องของโครงร่างที่เกี่ยวข้องได้
จากประสบการณ์ของเรา เมื่อวิศวกรที่มีบันทึกเห็นข้อมูลที่ได้จากการทดสอบเหล่านี้ พวกเขามักจะยอมรับการจัดวางหากเป็นไปตามคุณลักษณะทางวิศวกรรมที่สำคัญอื่นๆ (เช่น กำลังรับแรงอัด) ด้วยการวัดปริมาณ w/cm และปัจจัยการก่อตัวในเชิงปริมาณ เราสามารถทำได้มากกว่าการทดสอบที่กำหนดไว้สำหรับงานหลายๆ อย่าง เพื่อพิสูจน์ว่าส่วนผสมที่เป็นปัญหามีคุณสมบัติที่จะทำให้เกิดความทนทานที่ดี
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI เป็นหัวหน้าช่างพิมพ์หินของ DRP, A Twining Company เขามีประสบการณ์ด้านปิโตรโลจีมืออาชีพมากกว่า 25 ปี และตรวจสอบตัวอย่างด้วยตนเองมากกว่า 10,000 ตัวอย่างจากโครงการมากกว่า 2,000 โครงการทั่วโลก ดร. ชุนหยู เฉียว หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ DRP ซึ่งเป็นบริษัทในเครือ Twining เป็นนักธรณีวิทยาและนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุที่มีประสบการณ์มากกว่าสิบปีในด้านวัสดุประสานและผลิตภัณฑ์หินธรรมชาติและหินแปรรูป ความเชี่ยวชาญของเขารวมถึงการใช้การวิเคราะห์ภาพและกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์เพื่อศึกษาความทนทานของคอนกรีต โดยเน้นเป็นพิเศษเกี่ยวกับความเสียหายที่เกิดจากเกลือละลาย ปฏิกิริยาอัลคาไล-ซิลิคอน และการโจมตีทางเคมีในโรงบำบัดน้ำเสีย