Les nouveaux développements dans l'assurance qualité des trottoirs en béton peuvent fournir des informations importantes sur la qualité, la durabilité et la conformité aux codes de conception hybride.
La construction de la chaussée en béton peut voir les urgences, et l'entrepreneur doit vérifier la qualité et la durabilité du béton moulé en place. Ces événements incluent une exposition à la pluie pendant le processus de versement, après l'application des composés de durcissement, un rétrécissement en plastique et des heures de fissuration dans quelques heures après la coulée, et des problèmes de texture et de durcissement du béton. Même si les exigences de résistance et d'autres tests de matériaux sont satisfaits, les ingénieurs peuvent nécessiter le retrait et le remplacement des pièces de la chaussée car ils se soucient de savoir si les matériaux in situ répondent aux spécifications de conception du mélange.
Dans ce cas, la pétrographie et d'autres méthodes de test complémentaires (mais professionnelles) peuvent fournir des informations importantes sur la qualité et la durabilité des mélanges concrets et s'ils répondent aux spécifications du travail.
Figure 1. Exemples de micrographies de microscope à fluorescence de pâte de béton à 0,40 W / C (coin supérieur gauche) et 0,60 W / C (coin supérieur droit). La figure inférieure gauche montre le dispositif de mesure de la résistivité d'un cylindre en béton. La figure inférieure droite montre la relation entre la résistivité du volume et W / C. Chunyu Qiao et DRP, une entreprise de crassements
Loi d'Abram: «La résistance à la compression d'un mélange en béton est inversement proportionnelle à son rapport eau-ciment.»
Le professeur Duff Abrams a décrit pour la première fois la relation entre le rapport eau-ciment (w / c) et la résistance à la compression en 1918 [1], et a formulé ce que l'on appelle maintenant la loi d'Abram: «La résistance à la compression du rapport d'eau / ciment en béton». En plus de contrôler la résistance à la compression, le rapport de ciment d'eau (avec cm) est désormais favorisé car il reconnaît le remplacement du ciment Portland par des matériaux de cimentation supplémentaires tels que les cendres volantes et les scories. Il s'agit également d'un paramètre clé de la durabilité du béton. De nombreuses études ont montré que les mélanges en béton avec W / CM inférieur à ~ 0,45 sont durables dans des environnements agressifs, tels que les zones exposées à des cycles de congélation avec des sels ou des zones où il y a une forte concentration de sulfate dans le sol.
Les pores capillaires sont une partie inhérente de la suspension de ciment. Ils sont constitués de l'espace entre les produits d'hydratation de ciment et les particules de ciment non hydratées qui étaient autrefois remplies d'eau. [2] Les pores capillaires sont beaucoup plus fins que les pores entraînés ou piégés et ne doivent pas être confondus avec eux. Lorsque les pores capillaires sont connectés, le fluide de l'environnement externe peut migrer à travers la pâte. Ce phénomène est appelé pénétration et doit être minimisé pour assurer la durabilité. La microstructure du mélange de béton durable est que les pores sont segmentés plutôt que connectés. Cela se produit lorsque w / cm est inférieur à ~ 0,45.
Bien qu'il soit notoirement difficile de mesurer avec précision le W / CM du béton durci, une méthode fiable peut fournir un outil d'assurance qualité important pour étudier le béton en cas de plâtre durci. La microscopie à fluorescence fournit une solution. C'est ainsi que cela fonctionne.
La microscopie à fluorescence est une technique qui utilise la résine époxy et les colorants fluorescents pour éclairer les détails des matériaux. Il est le plus souvent utilisé dans les sciences médicales, et il a également des applications importantes en science des matériaux. L'application systématique de cette méthode en béton a commencé il y a près de 40 ans au Danemark [3]; Il a été standardisé dans les pays nordiques en 1991 pour estimer le W / C du béton durci et a été mis à jour en 1999 [4].
Pour mesurer le w / cm des matériaux à base de ciment (c.-à-d. Concrets, mortier et jointoiement), l'époxy fluorescent est utilisé pour faire une section mince ou un bloc de béton avec une épaisseur d'environ 25 microns ou 1/1000 pouce (figure 2). Le processus implique le noyau ou le cylindre en béton coupé en blocs de béton plat (appelées blancs) avec une zone d'environ 25 x 50 mm (1 x 2 pouces). Le blanc est collé à une lame de verre, placée dans une chambre à vide, et la résine époxy est introduite sous vide. À mesure que W / CM augmente, la connectivité et le nombre de pores augmenteront, donc plus d'époxy pénétrera dans la pâte. Nous examinons les flocons au microscope, en utilisant un ensemble de filtres spéciaux pour exciter les colorants fluorescents dans la résine époxy et filtrer les signaux excédentaires. Dans ces images, les zones noires représentent des particules agrégées et des particules de ciment non hydratées. La porosité des deux est essentiellement 0%. Le cercle vert vif est la porosité (pas la porosité), et la porosité est essentiellement à 100%. L'une de ces caractéristiques de la «substance» verte mouchetée est une pâte (figure 2). À mesure que la porosité w / cm et capillaire du béton augmente, la couleur verte unique de la pâte devient plus lumineuse (voir figure 3).
Figure 2. Micrographie de fluorescence des flocons montrant des particules agrégées, des vides (V) et de la pâte. La largeur du champ horizontal est d'environ 1,5 mm. Chunyu Qiao et DRP, une entreprise de crassements
Figure 3. Les micrographies de fluorescence des flocons montrent que lorsque le w / cm augmente, la pâte verte devient progressivement plus lumineuse. Ces mélanges sont aérés et contiennent des cendres volantes. Chunyu Qiao et DRP, une entreprise de crassements
L'analyse d'image consiste à extraire des données quantitatives d'images. Il est utilisé dans de nombreux domaines scientifiques différents, du microscope à distance. Chaque pixel d'une image numérique devient essentiellement un point de données. Cette méthode nous permet d'attacher des nombres aux différents niveaux de luminosité verte observés dans ces images. Au cours des 20 dernières années environ, avec la révolution de la puissance de calcul de bureau et de l'acquisition d'images numériques, l'analyse d'image est désormais devenue un outil pratique que de nombreux microscopistes (y compris les pétologues concrets) peuvent utiliser. Nous utilisons souvent une analyse d'image pour mesurer la porosité capillaire de la suspension. Au fil du temps, nous avons constaté qu'il existe une forte corrélation statistique systématique entre w / cm et la porosité capillaire, comme indiqué dans la figure suivante (figure 4 et figure 5)).
Figure 4. Exemple de données obtenues à partir de micrographies de fluorescence de sections minces. Ce graphique trace le nombre de pixels à un niveau gris donné dans une seule photomicrographie. Les trois pics correspondent à des agrégats (courbe orange), à la pâte (zone grise) et au vide (pic non rempli à l'extrême droite). La courbe de la pâte permet de calculer la taille moyenne des pores et son écart-type. Chunyu Qiao et DRP, Twining Company Figure 5. Ce graphique résume une série de mesures capillaires moyennes W / cm et des intervalles de confiance à 95% dans le mélange composé de ciment pur, de ciment de cendres volantes et de liant Pozzolan naturel. Chunyu Qiao et DRP, une entreprise de crassements
En dernière analyse, trois tests indépendants sont nécessaires pour prouver que le béton sur place est conforme à la spécification de conception du mélange. Dans la mesure du possible, obtenez des échantillons de base à partir de placements qui répondent à tous les critères d'acceptation, ainsi que des échantillons de placements connexes. Le noyau de la disposition acceptée peut être utilisé comme échantillon de contrôle, et vous pouvez l'utiliser comme référence pour évaluer la conformité de la disposition pertinente.
D'après notre expérience, lorsque les ingénieurs avec des enregistrements voient les données obtenues à partir de ces tests, ils acceptent généralement le placement si d'autres caractéristiques d'ingénierie clés (telles que la résistance à la compression) sont respectées. En fournissant des mesures quantitatives de W / CM et du facteur de formation, nous pouvons aller au-delà des tests spécifiés pour de nombreux emplois pour prouver que le mélange en question a des propriétés qui se traduiront par une bonne durabilité.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI est le lithographe en chef de DRP, une entreprise de crassements. Il possède plus de 25 ans d'expérience en pétrologue professionnelle et a personnellement inspecté plus de 10 000 échantillons de plus de 2 000 projets à travers le monde. Le Dr Chunyu Qiao, le scientifique en chef de la DRP, une entreprise de crassements, est géologue et scientifique des matériaux avec plus de dix ans d'expérience dans les matériaux de cimentation et les produits de roche naturels et transformés. Son expertise comprend l'utilisation de l'analyse d'image et de la microscopie à fluorescence pour étudier la durabilité du béton, avec un accent particulier sur les dommages causés par les sels de désincision, les réactions alcalines-silicium et l'attaque chimique dans les usines de traitement des eaux usées.
Heure du poste: Sep-07-2021