Beton yolların kalite güvencesindeki yeni gelişmeler, kalite, dayanıklılık ve hibrit tasarım kodlarına uyum hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.
Beton yol yapımında acil durumlar yaşanabilir ve yüklenicinin yerinde dökülen betonun kalitesini ve dayanıklılığını doğrulaması gerekir. Bu durumlar arasında döküm işlemi sırasında yağmura maruz kalma, kürleme bileşiklerinin uygulanması sonrası, dökümden sonraki birkaç saat içinde oluşan plastik büzülme ve çatlamalar ve beton doku ve kür sorunları yer alır. Mukavemet gereklilikleri ve diğer malzeme testleri karşılansa bile, mühendisler yerinde dökülen malzemelerin karışım tasarım şartnamelerine uygun olup olmadığı konusunda endişe duydukları için yol parçalarının sökülüp değiştirilmesini isteyebilirler.
Bu durumda petrografi ve diğer tamamlayıcı (ancak profesyonel) test yöntemleri, beton karışımlarının kalitesi ve dayanıklılığı ile iş şartnamelerine uyup uymadığı hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.
Şekil 1. 0,40 su/çimento (sol üst köşe) ve 0,60 su/çimento (sağ üst köşe) oranlarında beton hamurunun floresan mikroskop mikrografilerine örnekler. Sol alttaki şekil, bir beton silindirin özdirencini ölçen cihazı göstermektedir. Sağ alttaki şekil ise hacim özdirenci ile su/çimento arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Chunyu Qiao ve Twining Şirketi DRP
Abram Yasası: “Bir beton karışımının basınç dayanımı, su-çimento oranıyla ters orantılıdır.”
Profesör Duff Abrams, su-çimento oranı (s/ç) ile basınç dayanımı arasındaki ilişkiyi ilk olarak 1918'de tanımladı [1] ve günümüzde Abram yasası olarak adlandırılan şeyi formüle etti: "Betonun basınç dayanımı Su/çimento oranı." Basınç dayanımını kontrol etmenin yanı sıra, su-çimento oranı (s/cm) günümüzde Portland çimentosunun uçucu kül ve cüruf gibi tamamlayıcı çimentolama malzemeleriyle değiştirilmesini tanıdığı için tercih edilmektedir. Ayrıca beton dayanıklılığının da önemli bir parametresidir. Birçok çalışma, s/cm'nin ~0,45'ten düşük olduğu beton karışımlarının, buz çözücü tuzlarla donma-çözülme döngülerine maruz kalan alanlar veya toprakta yüksek sülfat konsantrasyonu bulunan alanlar gibi agresif ortamlarda dayanıklı olduğunu göstermiştir.
Kılcal gözenekler, çimento bulamacının doğal bir parçasıdır. Çimento hidratasyon ürünleri ile bir zamanlar suyla dolu olan hidratlanmamış çimento parçacıkları arasındaki boşluktan oluşurlar. [2] Kılcal gözenekler, sıkışmış veya hapsolmuş gözeneklerden çok daha incedir ve bunlarla karıştırılmamalıdır. Kılcal gözenekler birbirine bağlı olduğunda, dış ortamdan gelen sıvı macun içinden geçebilir. Bu olguya penetrasyon denir ve dayanıklılığı sağlamak için en aza indirilmelidir. Dayanıklı beton karışımının mikro yapısı, gözeneklerin birbirine bağlı olmaktan ziyade parçalı olmasıdır. Bu durum, su/cm3 oranı ~0,45'ten düşük olduğunda meydana gelir.
Sertleşmiş betonun su/cm² oranını doğru bir şekilde ölçmek bilindiği gibi zor olsa da, güvenilir bir yöntem, sertleşmiş yerinde dökme betonun incelenmesi için önemli bir kalite güvence aracı sağlayabilir. Floresan mikroskopisi bir çözüm sunar. İşte çalışma prensibi.
Floresan mikroskopisi, malzemelerin ayrıntılarını aydınlatmak için epoksi reçine ve floresan boyalar kullanan bir tekniktir. En yaygın olarak tıp bilimlerinde kullanılır ve malzeme biliminde de önemli uygulamaları vardır. Bu yöntemin betonda sistematik uygulaması yaklaşık 40 yıl önce Danimarka'da başlamıştır [3]; sertleşmiş betonun su/çimento oranının tahmini için 1991'de İskandinav ülkelerinde standartlaştırılmış ve 1999'da güncellenmiştir [4].
Çimento esaslı malzemelerin (yani beton, harç ve derz dolgusu) w/cm değerini ölçmek için, yaklaşık 25 mikron veya 1/1000 inç kalınlığında ince bir kesit veya beton blok yapmak için floresan epoksi kullanılır (Şekil 2). İşlem şunları içerir: Beton çekirdek veya silindir, yaklaşık 25 x 50 mm (1 x 2 inç) alana sahip düz beton bloklara (boşluk olarak adlandırılır) kesilir. Boş, bir cam slayta yapıştırılır, bir vakum odasına yerleştirilir ve vakum altında epoksi reçinesi verilir. w/cm arttıkça, gözeneklerin bağlantısı ve sayısı artacak, böylece daha fazla epoksi macuna nüfuz edecektir. Pulları, epoksi reçinesindeki floresan boyaları uyarmak ve fazla sinyalleri filtrelemek için bir dizi özel filtre kullanarak bir mikroskop altında inceliyoruz. Bu görüntülerde, siyah alanlar agrega parçacıklarını ve hidratlanmamış çimento parçacıklarını temsil eder. İkisinin gözenekliliği temelde %0'dır. Parlak yeşil daire gözenekliliği (gözeneklilik değil) gösterir ve gözeneklilik temelde %100'dür. Bu özelliklerden biri, benekli yeşil "madde"nin bir macun olmasıdır (Şekil 2). Betonun su/cm² oranı ve kılcal gözenekliliği arttıkça, macunun kendine özgü yeşil rengi giderek daha parlak hale gelir (bkz. Şekil 3).
Şekil 2. Birikmiş parçacıkları, boşlukları (v) ve macunu gösteren pulların floresan mikroskobu. Yatay alan genişliği ~ 1,5 mm'dir. Chunyu Qiao ve DRP, bir Twining Şirketi.
Şekil 3. Pulların floresan mikrografları, su/cm3 oranı arttıkça yeşil hamurun giderek daha parlak hale geldiğini göstermektedir. Bu karışımlar havalandırılmıştır ve uçucu kül içerir. Chunyu Qiao ve Twining Şirketi DRP
Görüntü analizi, görüntülerden nicel verilerin çıkarılmasını içerir. Uzaktan algılama mikroskobundan birçok farklı bilimsel alanda kullanılır. Dijital bir görüntüdeki her piksel esasen bir veri noktasına dönüşür. Bu yöntem, bu görüntülerde görülen farklı yeşil parlaklık seviyelerine sayılar eklememizi sağlar. Son 20 yılda, masaüstü bilgisayar gücü ve dijital görüntü edinimindeki devrimle birlikte, görüntü analizi artık birçok mikroskopistin (beton petrologları dahil) kullanabileceği pratik bir araç haline geldi. Bulamacın kılcal gözenekliliğini ölçmek için genellikle görüntü analizini kullanırız. Zamanla, aşağıdaki şekilde (Şekil 4 ve Şekil 5) gösterildiği gibi, su/cm² ile kılcal gözeneklilik arasında güçlü bir sistematik istatistiksel korelasyon olduğunu bulduk.
Şekil 4. İnce kesitlerin floresan mikrograflarından elde edilen verilere bir örnek. Bu grafik, tek bir fotomikrografta belirli bir gri seviyedeki piksel sayısını göstermektedir. Üç tepe, agregalara (turuncu eğri), macuna (gri alan) ve boşluğa (en sağdaki doldurulmamış tepe) karşılık gelmektedir. Macunun eğrisi, ortalama gözenek boyutunu ve standart sapmasını hesaplamayı sağlar. Chunyu Qiao ve DRP, Twining Company. Şekil 5. Bu grafik, saf çimento, uçucu kül çimentosu ve doğal puzolan bağlayıcıdan oluşan karışımda bir dizi su/cm2 ortalama kılcal ölçümünü ve %95 güven aralıklarını özetlemektedir. Chunyu Qiao ve DRP, Twining Company.
Son tahlilde, şantiye betonunun karışım tasarım spesifikasyonuna uygunluğunu kanıtlamak için üç bağımsız test gereklidir. Mümkün olduğunca, tüm kabul kriterlerini karşılayan yerleşimlerden ve ilgili yerleşimlerden karot örnekleri alın. Kabul edilen yerleşimden alınan karot, kontrol numunesi olarak kullanılabilir ve ilgili yerleşimin uygunluğunu değerlendirmek için bir kıstas olarak kullanılabilir.
Deneyimlerimize göre, kayıt sahibi mühendisler bu testlerden elde edilen verileri gördüklerinde, genellikle diğer temel mühendislik özellikleri (basınç dayanımı gibi) karşılanıyorsa yerleştirmeyi kabul ederler. S/cm ve oluşum faktörü gibi nicel ölçümler sağlayarak, birçok iş için belirtilen testlerin ötesine geçerek söz konusu karışımın iyi dayanıklılığa dönüşecek özelliklere sahip olduğunu kanıtlayabiliriz.
Dr. David Rothstein, PG, FACI, bir Twining Şirketi olan DRP'nin baş litografçısıdır. 25 yılı aşkın profesyonel petrol uzmanı deneyimine sahiptir ve dünya çapında 2.000'den fazla projeden 10.000'den fazla numuneyi bizzat incelemiştir. Bir Twining Şirketi olan DRP'nin baş bilim insanı Dr. Chunyu Qiao, çimento malzemeleri ve doğal ve işlenmiş kaya ürünleri konusunda on yılı aşkın deneyime sahip bir jeolog ve malzeme bilimcidir. Uzmanlık alanı, özellikle buz çözücü tuzların, alkali-silisyum reaksiyonlarının ve atık su arıtma tesislerindeki kimyasal saldırıların neden olduğu hasarlar olmak üzere, betonun dayanıklılığını incelemek için görüntü analizi ve floresan mikroskopisinin kullanımını içerir.
Gönderim zamanı: 07-09-2021