콘크리트 포장의 품질 보증에 대한 새로운 개발은 품질, 내구성 및 하이브리드 설계 규정 준수에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있습니다.
콘크리트 포장공사로 인해 비상상황이 발생할 수 있으며, 시공자는 현장 타설 콘크리트의 품질과 내구성을 검증해야 합니다.이러한 현상에는 타설 과정 중 비에 대한 노출, 경화제 도포 후, 타설 후 몇 시간 이내에 소성 수축 및 균열 시간, 콘크리트 질감 및 경화 문제 등이 포함됩니다.강도 요구 사항 및 기타 재료 테스트가 충족되더라도 엔지니어는 현장 재료가 혼합 설계 사양을 충족하는지 걱정하기 때문에 포장 부품의 제거 및 교체를 요구할 수 있습니다.
이 경우 암석학 및 기타 보완적인(그러나 전문적인) 테스트 방법은 콘크리트 혼합물의 품질과 내구성, 작업 사양을 충족하는지 여부에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있습니다.
그림 1. 0.40 w/c(왼쪽 상단) 및 0.60 w/c(오른쪽 상단) 콘크리트 페이스트의 형광현미경 현미경 사진의 예.왼쪽 아래 그림은 콘크리트 원통의 저항률을 측정하는 장치를 보여줍니다.오른쪽 아래 그림은 체적 저항률과 w/c 사이의 관계를 보여줍니다.Chunyu Qiao와 Twining Company인 DRP
아브람의 법칙: "콘크리트 혼합물의 압축 강도는 물-시멘트 비율에 반비례합니다."
Duff Abrams 교수는 1918년에 처음으로 물-시멘트 비율(w/c)과 압축 강도 사이의 관계를 설명했으며[1] 현재 Abram의 법칙이라고 불리는 "콘크리트 물/시멘트 비율의 압축 강도"를 공식화했습니다.압축 강도를 제어하는 것 외에도, 포틀랜드 시멘트를 플라이애시 및 슬래그와 같은 보충 접합 재료로 대체할 수 있기 때문에 이제 물 시멘트 비율(w/cm)이 선호됩니다.이는 콘크리트 내구성의 주요 매개변수이기도 합니다.많은 연구에 따르면 w/cm가 ~0.45보다 낮은 콘크리트 혼합물은 제설염이 있는 동결-해동 주기에 노출된 지역이나 토양에 황산염 농도가 높은 지역과 같은 공격적인 환경에서 내구성이 있는 것으로 나타났습니다.
모세관 기공은 시멘트 슬러리의 고유한 부분입니다.이는 시멘트 수화 제품과 한때 물로 채워졌던 수화되지 않은 시멘트 입자 사이의 공간으로 구성됩니다.[2] 모세관 기공은 동반되거나 갇힌 기공보다 훨씬 미세하므로 혼동해서는 안 됩니다.모세관 기공이 연결되면 외부 환경의 유체가 페이스트를 통해 이동할 수 있습니다.이러한 현상을 침투라고 하며 내구성을 보장하려면 최소화해야 합니다.내구성 콘크리트 혼합물의 미세구조는 기공이 연결되어 있지 않고 분할되어 있다는 것입니다.이는 w/cm가 ~0.45보다 작을 때 발생합니다.
경화 콘크리트의 w/cm를 정확하게 측정하는 것은 매우 어렵지만 신뢰할 수 있는 방법은 경화된 현장 타설 콘크리트를 조사하는 데 중요한 품질 보증 도구를 제공할 수 있습니다.형광현미경이 솔루션을 제공합니다.이것이 작동하는 방식입니다.
형광 현미경은 에폭시 수지와 형광 염료를 사용하여 재료의 세부 사항을 조명하는 기술입니다.이는 의학에서 가장 일반적으로 사용되며 재료 과학에서도 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다.콘크리트에 이 방법을 체계적으로 적용하는 것은 거의 40년 전 덴마크에서 시작되었습니다[3].이는 경화 콘크리트의 w/c를 추정하기 위해 1991년 북유럽 국가에서 표준화되었으며 1999년에 업데이트되었습니다[4].
시멘트 기반 재료(예: 콘크리트, 모르타르 및 그라우팅)의 w/cm를 측정하기 위해 형광 에폭시를 사용하여 두께가 약 25미크론 또는 1/1000인치인 얇은 단면이나 콘크리트 블록을 만듭니다(그림 2).이 과정에는 콘크리트 코어 또는 실린더가 약 25 x 50mm(1 x 2인치) 면적의 평평한 콘크리트 블록(블랭크라고 함)으로 절단됩니다.블랭크를 유리 슬라이드에 접착하고 진공 챔버에 넣은 다음 진공 상태에서 에폭시 수지를 주입합니다.w/cm가 증가함에 따라 연결성과 기공 수가 증가하므로 더 많은 에폭시가 페이스트에 침투하게 됩니다.우리는 에폭시 수지의 형광 염료를 자극하고 과도한 신호를 걸러내는 특수 필터 세트를 사용하여 현미경으로 플레이크를 검사합니다.이 이미지에서 검은색 영역은 골재 입자와 수화되지 않은 시멘트 입자를 나타냅니다.둘의 기공률은 기본적으로 0%이다.밝은 녹색 원은 다공성(다공성이 아님)을 나타내며 기본적으로 다공성은 100%입니다.이러한 특징 중 하나는 얼룩덜룩한 녹색 "물질"이 페이스트입니다(그림 2).콘크리트의 w/cm 및 모세관 공극률이 증가함에 따라 페이스트의 고유한 녹색 색상이 점점 더 밝아집니다(그림 3 참조).
그림 2. 응집된 입자, 공극(v) 및 페이스트를 보여주는 플레이크의 형광 현미경 사진.수평 필드 너비는 ~ 1.5mm입니다.Chunyu Qiao와 Twining Company인 DRP
그림 3. 플레이크의 형광 현미경 사진은 w/cm가 증가함에 따라 녹색 페이스트가 점차 밝아지는 것을 보여줍니다.이 혼합물은 폭기되어 있으며 비산회를 포함하고 있습니다.Chunyu Qiao와 Twining Company인 DRP
이미지 분석에는 이미지에서 정량적 데이터를 추출하는 작업이 포함됩니다.원격탐사현미경 등 다양한 과학분야에서 활용되고 있습니다.디지털 이미지의 각 픽셀은 본질적으로 데이터 포인트가 됩니다.이 방법을 사용하면 이미지에 보이는 다양한 녹색 밝기 수준에 숫자를 추가할 수 있습니다.지난 20여년 동안 데스크탑 컴퓨팅 성능과 디지털 이미지 수집의 혁명으로 인해 이미지 분석은 이제 많은 현미경 전문가(콘크리트 암석학자 포함)가 사용할 수 있는 실용적인 도구가 되었습니다.우리는 종종 이미지 분석을 사용하여 슬러리의 모세관 다공성을 측정합니다.시간이 지남에 따라 우리는 다음 그림(그림 4 및 그림 5)에 표시된 것처럼 w/cm와 모세관 다공성 사이에 강력한 체계적인 통계적 상관 관계가 있음을 발견했습니다.
그림 4. 얇은 단면의 형광 현미경 사진에서 얻은 데이터의 예.이 그래프는 단일 현미경 사진에서 주어진 회색 레벨의 픽셀 수를 표시합니다.3개의 피크는 응집체(주황색 곡선), 페이스트(회색 영역) 및 보이드(맨 오른쪽의 채워지지 않은 피크)에 해당합니다.페이스트의 곡선을 통해 평균 기공 크기와 표준 편차를 계산할 수 있습니다.Chunyu Qiao 및 DRP, Twining Company 그림 5. 이 그래프는 순수 시멘트, 플라이애시 시멘트 및 천연 포졸란 결합제로 구성된 혼합물에 대한 일련의 w/cm 평균 모세관 측정값과 95% 신뢰 구간을 요약합니다.Chunyu Qiao와 Twining Company인 DRP
최종 분석에서는 현장 콘크리트가 배합 설계 사양을 준수하는지 입증하기 위해 세 가지 독립적인 테스트가 필요합니다.가능한 한 모든 허용 기준을 충족하는 배치에서 핵심 샘플과 관련 배치에서 샘플을 확보하십시오.승인된 레이아웃의 코어는 제어 샘플로 사용할 수 있으며, 관련 레이아웃의 적합성을 평가하기 위한 벤치마크로 사용할 수 있습니다.
경험상 기록이 있는 엔지니어는 이러한 테스트에서 얻은 데이터를 볼 때 일반적으로 다른 주요 엔지니어링 특성(예: 압축 강도)이 충족되면 배치를 수락합니다.w/cm 및 형성 계수의 정량적 측정을 제공함으로써 우리는 많은 작업에 대해 지정된 테스트를 넘어 문제의 혼합물이 우수한 내구성으로 변환되는 특성을 가지고 있음을 증명할 수 있습니다.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI는 Twining Company인 DRP의 수석 석판화가입니다.그는 25년 이상의 전문 암석학자 경험을 보유하고 있으며 전 세계 2,000개 이상의 프로젝트에서 10,000개 이상의 샘플을 직접 검사했습니다.Twining Company인 DRP의 수석 과학자인 Chunyu Qiao 박사는 시멘트 재료와 천연 및 가공 암석 제품 분야에서 10년 이상의 경험을 보유한 지질학자이자 재료 과학자입니다.그의 전문 지식에는 콘크리트의 내구성을 연구하기 위한 이미지 분석 및 형광 현미경 사용이 포함되며 특히 제빙염, 알칼리-실리콘 반응 및 폐수 처리장의 화학적 공격으로 인한 손상에 중점을 둡니다.
게시 시간: 2021년 9월 7일