पेट्रोग्राफी आणि फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोप वापरून काँक्रीट पेव्हमेंट मिक्स डिझाइनच्या गुणवत्ता हमीमध्ये प्रगती

काँक्रीट फुटपाथच्या गुणवत्ता हमीमधील नवीन विकास गुणवत्ता, टिकाऊपणा आणि हायब्रिड डिझाइन कोडचे पालन याबद्दल महत्त्वाची माहिती प्रदान करू शकतात.
काँक्रीट फुटपाथच्या बांधकामात आपत्कालीन परिस्थिती उद्भवू शकते आणि कंत्राटदाराला कास्ट-इन-प्लेस काँक्रीटची गुणवत्ता आणि टिकाऊपणा पडताळणे आवश्यक आहे. या घटनांमध्ये ओतण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान पावसाचा संपर्क, क्युरिंग कंपाऊंड्स वापरल्यानंतर, ओतल्यानंतर काही तासांत प्लास्टिकचे आकुंचन आणि क्रॅकिंग तास आणि काँक्रीट टेक्सचरिंग आणि क्युरिंग समस्या समाविष्ट आहेत. जरी ताकद आवश्यकता आणि इतर सामग्री चाचण्या पूर्ण झाल्या तरीही, अभियंत्यांना फुटपाथ भाग काढून टाकण्याची आणि बदलण्याची आवश्यकता असू शकते कारण त्यांना इन-सिटू मटेरियल मिक्स डिझाइन स्पेसिफिकेशन्स पूर्ण करतात की नाही याबद्दल काळजी वाटते.
या प्रकरणात, पेट्रोग्राफी आणि इतर पूरक (परंतु व्यावसायिक) चाचणी पद्धती कॉंक्रिट मिश्रणाची गुणवत्ता आणि टिकाऊपणा आणि ते कामाच्या वैशिष्ट्यांची पूर्तता करतात की नाही याबद्दल महत्त्वाची माहिती प्रदान करू शकतात.
आकृती १. ०.४० w/c (वरचा डावा कोपरा) आणि ०.६० w/c (वरचा उजवा कोपरा) वर काँक्रीट पेस्टच्या फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोप मायक्रोग्राफची उदाहरणे. खालच्या डाव्या आकृतीत काँक्रीट सिलेंडरची प्रतिरोधकता मोजण्यासाठीचे उपकरण दाखवले आहे. खालच्या उजव्या आकृतीत आकारमान प्रतिरोधकता आणि w/c यांच्यातील संबंध दाखवले आहे. चुन्यू किआओ आणि डीआरपी, एक ट्विनिंग कंपनी
अब्रामचा नियम: "काँक्रीट मिश्रणाची संकुचित शक्ती त्याच्या पाणी-सिमेंट गुणोत्तराच्या व्यस्त प्रमाणात असते."
प्राध्यापक डफ अब्राम्स यांनी १९१८ मध्ये पाणी-सिमेंट गुणोत्तर (w/c) आणि संकुचित शक्ती यांच्यातील संबंधांचे वर्णन केले [1], आणि आता अब्रामचा नियम म्हणून ओळखला जाणारा नियम तयार केला: "काँक्रीटची संकुचित शक्ती पाणी/सिमेंट गुणोत्तर." संकुचित शक्ती नियंत्रित करण्याव्यतिरिक्त, आता पाण्याचे सिमेंट गुणोत्तर (w/cm) पसंत केले जाते कारण ते पोर्टलँड सिमेंटच्या जागी फ्लाय अॅश आणि स्लॅग सारख्या पूरक सिमेंटिंग सामग्रीचा वापर करण्यास मान्यता देते. हे काँक्रीट टिकाऊपणाचे एक प्रमुख मापदंड देखील आहे. अनेक अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की ~0.45 पेक्षा कमी w/cm असलेले काँक्रीट मिश्रण आक्रमक वातावरणात टिकाऊ असतात, जसे की गोठवण्याच्या चक्रांना तोंड देणारे क्षेत्र ज्यामध्ये डिसींग क्षार असतात किंवा जिथे मातीमध्ये सल्फेटचे प्रमाण जास्त असते.
केशिका छिद्रे ही सिमेंट स्लरीचा एक अंतर्निहित भाग आहेत. त्यामध्ये सिमेंट हायड्रेशन उत्पादने आणि पाण्याने भरलेले न हायड्रेटेड सिमेंट कण यांच्यामधील जागा असते. [2] केशिका छिद्रे आत अडकलेल्या किंवा अडकलेल्या छिद्रांपेक्षा खूपच बारीक असतात आणि त्यांच्याशी गोंधळून जाऊ नयेत. जेव्हा केशिका छिद्रे जोडलेली असतात तेव्हा बाह्य वातावरणातील द्रव पेस्टमधून स्थलांतरित होऊ शकतो. या घटनेला पेनिट्रेशन म्हणतात आणि टिकाऊपणा सुनिश्चित करण्यासाठी ते कमीत कमी केले पाहिजे. टिकाऊ काँक्रीट मिश्रणाची सूक्ष्म रचना अशी आहे की छिद्रे जोडण्याऐवजी विभागली जातात. जेव्हा w/cm ~0.45 पेक्षा कमी असते तेव्हा हे घडते.
कडक झालेल्या काँक्रीटचे w/cm अचूकपणे मोजणे हे कुप्रसिद्धपणे कठीण असले तरी, एक विश्वासार्ह पद्धत कठोर झालेल्या कास्ट-इन-प्लेस काँक्रीटची तपासणी करण्यासाठी एक महत्त्वाचे गुणवत्ता हमी साधन प्रदान करू शकते. फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी यावर उपाय प्रदान करते. ते अशा प्रकारे कार्य करते.
फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी ही एक तंत्र आहे जी पदार्थांच्या तपशीलांना प्रकाशित करण्यासाठी इपॉक्सी रेझिन आणि फ्लोरोसेंट रंगांचा वापर करते. हे वैद्यकीय शास्त्रांमध्ये सर्वात जास्त वापरले जाते आणि पदार्थ विज्ञानात देखील त्याचे महत्त्वाचे उपयोग आहेत. काँक्रीटमध्ये या पद्धतीचा पद्धतशीर वापर जवळजवळ ४० वर्षांपूर्वी डेन्मार्कमध्ये सुरू झाला [3]; कडक झालेल्या काँक्रीटच्या पाण्याचे प्रमाण मोजण्यासाठी १९९१ मध्ये नॉर्डिक देशांमध्ये त्याचे प्रमाणीकरण करण्यात आले आणि १९९९ मध्ये ते अद्यतनित करण्यात आले [4].
सिमेंट-आधारित पदार्थांचे (म्हणजेच काँक्रीट, मोर्टार आणि ग्राउटिंग) w/cm मोजण्यासाठी, फ्लोरोसेंट इपॉक्सीचा वापर सुमारे २५ मायक्रॉन किंवा १/१००० इंच जाडीचा पातळ भाग किंवा काँक्रीट ब्लॉक बनवण्यासाठी केला जातो (आकृती २). या प्रक्रियेत काँक्रीट कोर किंवा सिलेंडर सुमारे २५ x ५० मिमी (१ x २ इंच) क्षेत्रफळ असलेल्या सपाट काँक्रीट ब्लॉक्समध्ये (ज्याला ब्लँक्स म्हणतात) कापले जाते. रिक्त जागा काचेच्या स्लाईडला चिकटवली जाते, व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये ठेवली जाते आणि इपॉक्सी रेझिन व्हॅक्यूम अंतर्गत आणले जाते. w/cm जसजसे w/cm वाढते तसतसे कनेक्टिव्हिटी आणि छिद्रांची संख्या वाढेल, त्यामुळे अधिक इपॉक्सी पेस्टमध्ये प्रवेश करेल. इपॉक्सी रेझिनमधील फ्लोरोसेंट रंगांना उत्तेजित करण्यासाठी आणि अतिरिक्त सिग्नल फिल्टर करण्यासाठी विशेष फिल्टरचा संच वापरून आम्ही सूक्ष्मदर्शकाखाली फ्लेक्सचे परीक्षण करतो. या प्रतिमांमध्ये, काळे भाग एकत्रित कण आणि अनहायड्रेटेड सिमेंट कण दर्शवितात. दोघांची सच्छिद्रता मुळात ०% आहे. चमकदार हिरवा वर्तुळ म्हणजे सच्छिद्रता (सच्छिद्रता नाही) आणि सच्छिद्रता मुळात १००% आहे. या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे ठिपकेदार हिरवा "पदार्थ" म्हणजे पेस्ट (आकृती २). काँक्रीटची w/cm आणि केशिका सच्छिद्रता जसजशी वाढत जाते तसतसे पेस्टचा अद्वितीय हिरवा रंग अधिकाधिक उजळ होत जातो (आकृती ३ पहा).
आकृती २. एकत्रित कण, पोकळी (v) आणि पेस्ट दर्शविणाऱ्या फ्लेक्सचा फ्लोरोसेन्स मायक्रोग्राफ. क्षैतिज फील्ड रुंदी ~ १.५ मिमी आहे. चुन्यू किआओ आणि डीआरपी, एक ट्विनिंग कंपनी
आकृती ३. फ्लेक्सच्या फ्लोरोसेन्स मायक्रोग्राफवरून असे दिसून येते की जसजसे w/cm वाढते तसतसे हिरवा पेस्ट हळूहळू उजळ होतो. हे मिश्रण वायुवीजनित असतात आणि त्यात फ्लाय अॅश असते. चुन्यू किआओ आणि डीआरपी, एक ट्विनिंग कंपनी
प्रतिमा विश्लेषणामध्ये प्रतिमांमधून परिमाणात्मक डेटा काढणे समाविष्ट आहे. रिमोट सेन्सिंग मायक्रोस्कोपपासून ते अनेक वेगवेगळ्या वैज्ञानिक क्षेत्रात याचा वापर केला जातो. डिजिटल प्रतिमेतील प्रत्येक पिक्सेल मूलतः डेटा पॉइंट बनतो. ही पद्धत आपल्याला या प्रतिमांमध्ये दिसणाऱ्या वेगवेगळ्या हिरव्या ब्राइटनेस लेव्हलशी संख्या जोडण्याची परवानगी देते. गेल्या २० वर्षांमध्ये, डेस्कटॉप संगणकीय शक्ती आणि डिजिटल प्रतिमा संपादनात क्रांती झाल्यामुळे, प्रतिमा विश्लेषण आता एक व्यावहारिक साधन बनले आहे जे अनेक सूक्ष्मदर्शक (काँक्रीट पेट्रोलॉजिस्टसह) वापरू शकतात. स्लरीची केशिका सच्छिद्रता मोजण्यासाठी आम्ही अनेकदा प्रतिमा विश्लेषणाचा वापर करतो. कालांतराने, आम्हाला आढळले की w/cm आणि केशिका सच्छिद्रता यांच्यात एक मजबूत पद्धतशीर सांख्यिकीय सहसंबंध आहे, जसे की खालील आकृतीमध्ये दर्शविले आहे (आकृती ४ आणि आकृती ५).
आकृती ४. पातळ विभागांच्या फ्लोरोसेन्स मायक्रोग्राफमधून मिळवलेल्या डेटाचे उदाहरण. हा आलेख एका फोटोमायक्रोग्राफमध्ये दिलेल्या राखाडी स्तरावर पिक्सेलची संख्या प्लॉट करतो. तीन शिखरे एकत्रित (नारिंगी वक्र), पेस्ट (राखाडी क्षेत्र) आणि शून्य (उजवीकडे अपूर्ण शिखर) शी संबंधित आहेत. पेस्टचा वक्र सरासरी छिद्र आकार आणि त्याचे मानक विचलन मोजण्यास अनुमती देतो. चुन्यू किआओ आणि डीआरपी, ट्विनिंग कंपनी आकृती ५. हा आलेख शुद्ध सिमेंट, फ्लाय अॅश सिमेंट आणि नैसर्गिक पोझोलन बाईंडरने बनलेल्या मिश्रणात w/cm सरासरी केशिका मोजमाप आणि ९५% आत्मविश्वास अंतरालांची मालिका सारांशित करतो. चुन्यू किआओ आणि डीआरपी, एक ट्विनिंग कंपनी
अंतिम विश्लेषणात, ऑन-साइट काँक्रीट मिक्स डिझाइन स्पेसिफिकेशनचे पालन करते हे सिद्ध करण्यासाठी तीन स्वतंत्र चाचण्या आवश्यक आहेत. शक्यतो, सर्व स्वीकृती निकष पूर्ण करणाऱ्या प्लेसमेंटमधून कोर नमुने तसेच संबंधित प्लेसमेंटमधून नमुने मिळवा. स्वीकृती लेआउटमधील कोर नियंत्रण नमुना म्हणून वापरला जाऊ शकतो आणि संबंधित लेआउटच्या अनुपालनाचे मूल्यांकन करण्यासाठी तुम्ही ते बेंचमार्क म्हणून वापरू शकता.
आमच्या अनुभवात, जेव्हा रेकॉर्ड असलेले अभियंते या चाचण्यांमधून मिळालेला डेटा पाहतात, तेव्हा ते सहसा इतर प्रमुख अभियांत्रिकी वैशिष्ट्ये (जसे की कॉम्प्रेसिव्ह स्ट्रेंथ) पूर्ण झाल्यास प्लेसमेंट स्वीकारतात. w/cm आणि फॉर्मेशन फॅक्टरचे परिमाणात्मक मापन प्रदान करून, आम्ही अनेक कामांसाठी निर्दिष्ट केलेल्या चाचण्यांच्या पलीकडे जाऊन हे सिद्ध करू शकतो की प्रश्नातील मिश्रणात असे गुणधर्म आहेत जे चांगल्या टिकाऊपणामध्ये रूपांतरित होतील.
डेव्हिड रोथस्टाईन, पीएच.डी., पीजी, एफएसीआय हे डीआरपी, अ ट्विनिंग कंपनीचे मुख्य लिथोग्राफर आहेत. त्यांना २५ वर्षांहून अधिक व्यावसायिक पेट्रोलॉजिस्टचा अनुभव आहे आणि त्यांनी जगभरातील २००० हून अधिक प्रकल्पांमधील १०,००० हून अधिक नमुन्यांची वैयक्तिकरित्या तपासणी केली आहे. डीआरपी, अ ट्विनिंग कंपनीचे मुख्य शास्त्रज्ञ डॉ. चुन्यू किआओ हे भूगर्भशास्त्रज्ञ आणि साहित्य शास्त्रज्ञ आहेत ज्यांना सिमेंटिंग मटेरियल आणि नैसर्गिक आणि प्रक्रिया केलेल्या खडक उत्पादनांमध्ये दहा वर्षांहून अधिक अनुभव आहे. त्यांच्या कौशल्यामध्ये काँक्रीटच्या टिकाऊपणाचा अभ्यास करण्यासाठी प्रतिमा विश्लेषण आणि फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपीचा वापर समाविष्ट आहे, ज्यामध्ये डीआयसिंग सॉल्ट, अल्कली-सिलिकॉन प्रतिक्रिया आणि सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्रांमध्ये रासायनिक हल्ल्यामुळे होणाऱ्या नुकसानावर विशेष भर दिला जातो.