תפקיד המיקרוסקטרוקטור בתוחלת הסקרנט תחת מחזורי הקפאה

מבוא

Concrete הוא חומר הבנייה הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ, עם ייצור גלובלי מעל 30 מיליארד טון מדי שנה.הגמישות והכוח שלה להפוך אותו הכרחי עבור תשתיות כגון גשרים, כבישים, סכרים, מבנים.עם זאת, באקלים קר, מקפיאים בטון איום מתמשך: מחזורי מעבר חוזרים של מחזורים מיקרוסקופיים או ירידה של מים בטון בתוך יכול לגרום סדקים פנימיים, קנה מידה, ובסופו של דבר, כשל מבני של הקפאה של המהנדסים של המקררים בודדים של מחזורי זמן קצר של מחזורי זמן קצר יותר ויותר.

הבנת התפקיד של מיקרו-מבנה חיוני כי הוא שולט בתוקפנות של מים, הפצת לחצים במהלך היווצרות קרח, ואת יעילות מערכות אימון אווירי. על ידי אופטימיזציה של תכונות מיקרו-תרבותיות, מהנדסים יכולים לייצר קונקרטית אשר מתנגדת לקפאה נזק ללא צורך לייצר תוכן מלוט יתר או תוכניות מורכבות אדמיקסורה.ידע זה גם קריטי לתכנון קונקרטי עבור אקלים עתידי שבו יותר אינטנסיבי ותדירות גבוהה יותר של הקפאת דרכים להתרחש, לאחר מחזורים של פעולות של נזק מיקרו-טווח מוקדם יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מחזורים של פעולות הרסניות של פעולות הרסניות, כגון פעולות הרסניות, כגון פעולות הרסניות, כגון פעולות הרסניות קבועות, לאחר מכן.

מכניזם של פריז-Thaw

כדי להבין מדוע מיקרו-מבנה חשוב, יש צורך לבחון תחילה את התהליכים הפיזיים והכימיקליים המתרחשים כאשר הקפאות הבטוניות.נזקים אינם מתרחשים רק בגלל שהמים קופאים; זה קורה כי הטרנספורמציה של מים לתוך קרח יוצרת לחצים פנימיים העולה על העוצמה העצומה של מאפה הבטון.

יצירת קרח והתרחבות

מים הם אחד החומרים המעטים המתרחבים על הקפאת, גדל בנפח של כ 9%. בטון, התרחבות זו מתרחשת בתוך פצעי capillary וחלולים גדולים יותר.אם הנקבוביות מלאים או כמעט רוויות, הקרח המתרחב אין לאן ללכת.לחץ הידרוסט וכתוצאה מכך יכול לעלות על חוזקם של מחזורי הציפוי שמסביב, תוך מינוף מיקרו-מצרים לאחר מכן, חודר מים עמוקים יותר ויותר, על פני השטח, על מנת להתגבר על הסדקים, על המשקעים המשתנים, ונזקים, על פני השטח.

לחץ hydrulic ו Osmotic

מעבר להתרחבות פשוטה, שני מנגנונים נוספים מורכבים את הנזק.לחץ הידרוקולי מתפתח כמו מים לא מפוזרים מונעים לפני חזית הקרח המתקדמת דרך רשת הפודרית.הקצב שבו ניתן לגירוש מים תלוי בהסתברות של מאפה הבטון - אשר קשור ישירות למיקרו-מבנה שלה. A צפוף, נמוך-צמצם את המגבלות על חנק, לחץ הידראולי עולה כי בשלב זה הוא מנקה יותר לחץ על הקרח והופכת לצמצום נוסף.

תואר קריטי של Saturation

מחקרים הראו כי נזקי הקפאה לא מתרחשים אלא אם כן הטון מגיע לדרגה קריטית של השיכור – באופן קטי בסביבות 80-90 אחוזים מהנפח הכולל של הפודר מתחת לסף זה, האוויר ריק ופודים ג'ל בלתי-מפוזרים מספקים מספיק מקום כדי להכיל את הקרח המתרחב ללא הפעלת לחצים מזיקים.

תכונות מיקרו-מבנה המשפיעות על Freeze-Thaw Durability

המיקרו-מבנה של Concrete הוא מורכב של מוצרי hydration מלט, מלט לא מוכר, מצטברים, pores, וסדקים. התכונות הרלוונטיות ביותר להקפאת חזה הם הפצה בגודל מפונק, טורוזות מוחלטת, איכות של ממטריקס מלט, ואת המאפיינים של אזור המעבר בין-גזעי (ITZ) בין מצטבר ועבר.

התפלגות גודל פורוסיטי ופורוסיות

לא כל הפודים הם מזיקים באותה מידה.גליל, שהם בדרך כלל פחות מ -10 ננומטר בקוטר, הם קטנים מדי להכיל מים חינם בטמפרטורות רגילות; מים בפצעים אלה נשאר ללא שטף עד לטמפרטורות נמוכות מאוד. Capillary pores, החל מ 10 nm עד 10 μm עד 10 μm, הם גדולים מספיק כדי להחזיק מים נקיים.

אימון אווירי מציג מעמד שלישי של פצעים: בכוונה מבזבזים אוויריים, בדרך כלל 50–500 מיקרומטר בקוטר. ⁇ אלה אינם מלאים במים בתנאים רגילים, והם משמשים חדרי הרחבה למים קפואים.ההיקף והגודל של חללים אלה הם קריטיים; אם הם רחוקים מדי או מעטים מדי, הם לא יכולים להקל על הלחץ ההידראולי שנוצר במהלך הקפאת אוויר.

Cement Paste Matrix and hydrotion Products

פס מלט הוא השלב המחייב כי מחזיק את הדחיסות והעוצמה נקבעים על ידי מידת ההייבשות, יחס w/c, והשימוש בחומרים מלטיים משלימים (SCMs) כגון זבוב אאפר, ג'ל, או אחליקה מנקה, נמשך זמן קצר יותר של לחות גבוהה, אבל גם מספק כוח רב יותר גבוה יותר כדי להתנגד לתהליך הפחתת נפח של סיבית נמוכה (במיוחד נפח של חומצה גבוהה) של לחץ דם גבוה של נפח Cy-H.

אזור המעבר הבין-גזעי

האזור המקיף מיד חלקיקים מצטברים, הידועים כאזור המעבר הבין-גזעי (ITZ), הוא בדרך כלל יותר ⁇ וחלש יותר מאשר את הדבק הגדול.זה בשל "אפקט הקיר" המונע אריזה יעילה של גרגרי מלט ליד פני השטח המצטבר והצטברות של מים מדממים מתחת לצבירת CTZ יכול להיות עד 50 מיקרומטר עבה ולעתים קרובות מכיל גבישים גדולים יותר של סידן (portland) וקפאה של אזורי ריכוז נוספים של CMICMI.

Air Void System Characteristics

כאמור, חללי אוויר מאומנים הם הכלי החזק ביותר למניעת נזק קפוא-הפעמי, המיקרו של חללים אלה - הגודל שלהם, הצורה וההפצה - קביעת יעילות של רִיק אוויר יכול לקריסה במהלך ערבוב ומיקום אם הבטון הוא overvibraed או אם התוכן האוויר הוא גבוה מדי.

אסטרטגיות לשיפור ה-Freze-Thaw Resistance

בהתבסס על ההבנה המיקרו-מבנהית שנדונה, כמה אסטרטגיות עיצוב ובניה יכולות לשפר באופן דרמטי את עמידות ההקפאה-לא גישה אחת מספיקה; השילוב של בחירת חומרים מתאימים, שילוב עיצוב, מיקום, וריפוי מניב את התוצאות הטובות ביותר.

אספקת מים ל-Cement Ratio

הורדת יחס w/c היא השיטה הישירה ביותר של צמצום הנפיחות של capillary. Concrete עם יחס w/c של 0.40 או נמוך יותר תהיה מערכת קירור חדלה, צמצום מאוד של ספיגת מים.עבור ביצועים גבוהים בטון חשופים לקפואה-התקפה, רצף של 0.35 עד 0.40 הוא נפוץ.

חיל האוויר

(הרכבת האוויר אינה אופציונלית עבור בטון חשוף להקפאת וכניסות בסביבה לחות.הוא ממונה על ידי המכון האמריקאי לטיהור (IRLT:0ACIveFLT:1) ורוב קודי הבניין עבור בטון חיצוני באזורים קרים.המפתח הוא להשיג את התוכן האוויר הנכון ו-ספאם במהלך הייצור.

חומרים נוספים (SCMs)

זבובים, מלט, וסיליקה תהום תורמים למיקרו-מבנה צפופה יותר באמצעות אפקטים מלאים פיזיים ותגובה פוליזולנית.החלקיקים העצומים של זבוב אפר (בדרך כלל 10-30% על ידי מסה של מלט) ממלאים חללים בין דגנים מלטיים, צמצום יחס w/c האפקטיבי והפרעה קישוריות capillary. Class Fsh הוא לעתים קרובות מועדף עבור עמידות מפני ש-Strai) נמוך יותר מ-pme (ב) אבל הוא פחות מ- 10.

תיקון

Curing הוא התהליך של שמירה על לחות נאותה וטמפרטורה עבור הידבקות להמשיך. הזנחה ריפוי עלים בטון עם coarse, שכבת משטח חד-קרקעי כי הוא נוטה לדרג. עבור ההתנגדות קפואה-הaw, מינימום של 7 ימים של ריפוי לחות מומלץ עבור בטון רגיל פורטלנד, ועוד עבור ערבוב עם זבובים או slag. בפועל, רטוב עם ריפוי עם ערפל פנימי, עדיין מרפאה עצמית, אבל עדיין לחץ חיצוני מספיק, יכול להמשיך טיפול פנימי (מחץ) אבל עדיין יעיל יותר, אבל הוא ממשיך טיפול פנימי, הוא עדיין לחץ-לח, הוא ממשיך יעיל.

בחירת אגודות דורות

אגגרים עצמם חייבים להיות עמידים להקפאה-האד. חלקם מצטברים, כגון כמה צ'ארטים ופצלים, יכולים לספוג מים ולהרחיב על הקפאת, גרימת מהירויות פופ או סדק.חשוב לבדוק קול מצטבר ל- ASTM C88 או להקפיא את ה- ASTM C666, אפילו עם מצטברים עמידים, יש לבצע את המבנים ITZmeablelyablelyablelyablelyablelyable כדי להפחית את ה-C.

שימוש ב-Sifis

מקארו ומיקרו-פיבר (steel, Polypropylene, זכוכית) אינם משפרים ישירות את מבנה הפודר, אבל הם שולטים סדקינג. על ידי שפיכת מיקרו-קracks אשר מתפתח במהלך מחזורי ההקפאה, סיבים יכולים לעכב את התפשטות הנזק ולשפר את ההתנגדות הכוללת של הבטון.

בדיקה והערכה של Freeze-Thaw Durability

שיטות בדיקה אמין הן חיוניות לאמת כי תערובת קונקרטית תופיע באקלים קר.מבחן סטנדרטי הוא FLT:0ASTM C666/C666MigFLT:1, אשר נבדקו דגימות קונקרטיות כדי לחזור על מחזורי הקפאה מחדש בסביבה מבוקרת, מדידה של שיטות דינמיות יחסית של גמישות במרווחים.

בדיקות אחרות כוללות את ASTM C672 עבור עמידות מדרג (הידרדרות פני השטח) ו ASTM C457 עבור פיזור אווירי. שיטות מהירות כמו מבחן "הההבחנה קריטית" או כיסוי אופניים קפוא תחת פתרון מלח (ASTM C672) משמשים גם.עבור בקרת איכות במהלך בנייה, מ"מ אוויר קונקרטי (ממדכא) מוחלים, ניתוח אווירי קשיח מבוצע על גבי ליבות כאשר הם זקוקים ל- 0.2 מ"מ"מ"מ"מ"מ ספציפי.

ראוי לציין כי בטון שנעשה עם w/c גבוה (above 0.50) אינו צפוי להשיג עמידות נאותה אפילו עם תוכן אווירי גבוה, כי נקבוביות capillary שולט היתרונות האוויריים ללא תועלת.conversely, נמוך ו/c בטון עם אוויר מתון עשוי להופיע טוב יותר.השולחן מתחת לסמסכמת מטרות מיקרו-תרבותיות טיפוסיות עבור בטון יציב קפוא:

Parameter	Target Value	Standard
Water-to-cement ratio	≤ 0.40	ACI 201.2R
Total air content (19 mm agg)	6 ± 1.5%	ASTM C94
Air void spacing factor	≤ 0.20 mm	ASTM C457
Specific surface of air voids	≥ 25 mm⁻¹	ASTM C457
Degree of saturation at freezing	< 80%	Field monitoring

מחקרים ושיקולים מעשיים

כמה פרויקטים בעלי פרופיל גבוה הראו את החשיבות של מיקרו-מבנה.השיקום של אלסקה ווטס בסיאטל השתמש תערובת בטון ביצועים גבוהה עם w/c של 0.35, 6% אוויר, סיליקה, ומסירות לריפוי במשך 14 ימים.לאחר עשור של חשיפה קפואה-השערה, הבטון הראה סקאלה בלתי ניתנת לחיזוי.

תרגול שדה גם מגלה כי הטבות מיקרו-תרבותיות יכולות להיות מעוותות על ידי פרטי בנייה גרועים.פרקים קרים, כיסוי לא מספיק על חיזוק, וחוסר ניקוז כל לאפשר מים להגיע בטון והופכים לכודים, להגדיל את רמת השכור אפילו בתערובת מעוצבת היטב.

מסקנה

המיקרו של בטון הוא התשתית הבלתי נראית השולטת בתגובה שלה להקפאה מחזורי גודל מפואר, צפיפות של מאפה הבטון, איכות אזור המעבר הבין-גזעי, ואת המאפיינים של חללי אוויר מאומנים לקבוע באופן קולקטיבי כמה טוב יכול לעמוד בהתרחבות חוזרת של מים קפואים.על ידי שליטה בתכונות אלה באמצעות יחסי מים נמוכים לכריתת מים, אימון אוויר, שימוש במהנדסים מעודנים, מעצימה, ושמירה על חומרים מדויקים יותר, שיכולה להיות מאתגרת משקל, 50 שנים.

שיטות בדיקות מודרניות מאפשרות לשילוב עיצובים להיות מאומתים לפני המיקום, ובקרת איכות השדה מבטיחה את המיקרו-מבנה הנדרש הוא מושג.כאשר שינויי האקלים מביאים יותר משתנה ומזג אוויר קיצוני, הביקוש ל בטון הקפאה-העוצמה רק להגדיל.השקעה באופטימיזציה מיקרו-מבנה אינה רק צורך טכני, אלא גם הכרח כלכלי וסביבתי, שכן היא מפחיתה את תדירות התיקונים והשירות.