Vật liệu dựa trên xi măng là vật liệu kỹ thuật được ứng dụng *, được sử dụng nhiều nhất với môi trường sử dụng phức tạp và đa dạng. Trong quá trình phục vụ thực tế, vật liệu dựa trên xi măng tạo ra sự suy giảm dưới tác động của chu trình khô và ẩm, thay đổi nhiệt độ và tải trọng cơ học, ảnh hưởng đến an toàn kết cấu. Vữa là vật liệu sửa chữa thường được sử dụng. Chất lượng liên kết giữa vữa sửa chữa và ma trận ban đầu là rất quan trọng đối với sự ổn định và độ bền của hệ thống sửa chữa. Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm thành phần của vữa, tiền xử lý ma trận, v.v.

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Zhang Peng, Trường Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Công nghệ Thanh Đảo, đã nghiên cứu ảnh hưởng của trạng thái ngậm nước ban đầu của vữa cũ đối với cấu trúc vi mô của vữa cũ và mới bằng cách kết hợp CT tia X và phương pháp thủy ngân áp suất (MIP). Dựa trên hình ảnh tái tạo ba chiều của thiết bị CT tia X chính xác Three England (nanoVoxel-3000 series), cấu trúc vi mô của giao diện vữa cũ và mới và đặc điểm phân bố không gian của các lỗ chân lông và vết nứt bên trong sau khi sửa chữa vữa cứng. Loại lỗ chân lông trong vữa sửa chữa và cơ chế hình thành của nó đã được phân tích bằng cách sử dụng kết quả MIP. Dựa trên hình ảnh truyền neutron, các thử nghiệm hấp thụ nước trực quan đã được thực hiện trên phức hợp, thu được đường cong phân bố độ ẩm thay đổi theo thời gian, phân tích các đặc điểm hấp thụ nước của phức hợp và mối quan hệ của nó với vi cấu trúc.

MicroCT NanoVoxel-3000 chính xác

Bằng cách thay đổi độ ẩm ban đầu của vữa cũ, hai phức hợp đã được thiết kế. Điều kiện chứa nước ban đầu trước khi tiếp xúc với vữa cũ và vữa sửa chữa hỗn hợp mới được đặt như sau:

a) Ma trận khô - mẫu vữa cũ được sấy khô ở 105 ℃ trong 24 giờ và làm mát ở nhiệt độ phòng.

b) Ma trận đầy nước - vữa cũ được ngâm trong nước trong 5 giờ, xác định hàm lượng nước là 20,4%.

Sơ đồ 1 Sơ đồ thử nghiệm phức hợp vữa cũ và mới

X-quang CT và xét nghiệm MIP được kết hợp để mô tả cấu trúc vi mô của phức hợp nghiên cứu. Đầu tiên, mẫu thử được chụp CT bằng tia X bằng nanoVoxel-3502E do Tianjin Sanying Precision Instruments Co., Ltd sản xuất. Dữ liệu thô được phân tách bằng cách nhị phân hình ảnh, như thể hiện trong Hình 3, và kích thước của khoảng trống (chiều cao ± 2,2 mm) sau khi phân chia xung quanh giao diện được phân tích.

Do thử nghiệm CT X-quang không phát hiện được lỗ chân lông nhỏ hơn kích thước somin của hình ảnh, cấu trúc vi mô của vữa vá được phân tích chung bằng thử nghiệm MIP, với các mẫu được sử dụng D06-R và S06-R được cắt từ D06 và S06 tương ứng, loại bỏ độ ẩm bằng phương pháp sấy khô trước khi thử nghiệm MIP. Các nghiên cứu hình ảnh về quá trình hấp thụ nước của phức hợp vữa cũ và mới cuối cùng đã được thực hiện bằng cách sử dụng nền tảng thử nghiệm hình ảnh neutron.

Hình 2 Xây dựng lại hình ảnh ba chiều của thử nghiệm dựa trên dữ liệu X-quang CT và cắt các khu vực quan tâm từ đó để phân tích

Hình 3 Khai thác lỗ chân lông và tách nứt cho khu vực quan tâm

Cấu trúc vi mô bên trong của cả hai mẫu thử được thể hiện trong Hình 4, với D06 bị nứt co rõ rệt và S06 có cấu trúc vi mô dày đặc hơn, tính toán phân số diện tích của khoảng trống (lỗ khí và vết nứt vi mô) có kích thước lớn hơn 44,2 µm trên các mặt cắt khác nhau (dài × rộng) trong khu vực quan tâm (ROI). Trong hình 5, phân số diện tích của mỗi lát được vẽ theo chiều cao. Kết quả cho thấy cả hai mẫu thử đều có tỷ lệ diện tích trống lớn của vữa cũ khoảng 0,03. Phần diện tích của khoảng trống lớn trong vữa mới S06 tập trung vào khoảng 0,03, trong khi phần diện tích của khoảng trống lớn trong vữa mới của D06 là 0,06, khoảng gấp đôi so với vữa mới của mẫu thử S06.

Hình 4 Cấu trúc vi mô bên trong của tổ hợp vữa cũ và mới

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Hình 6 Đánh dấu màu các khoảng trống theo đường kính tương đương

Thông qua phân tích hình dạng vi mô, cơ chế hình thành các khoảng trống lớn ở các vùng giao diện D06 và S06 được suy ra là khác nhau. Đối với mẫu D06, do độ dốc của độ ẩm, vữa sửa chữa hỗn hợp mới được đặt trên vữa cũ đã được sấy khô trước, độ ẩm trong vữa sửa chữa sẽ được rút ra với số lượng lớn, co thắt nghiêm trọng và nứt, tạo ra khoảng trống lớn; Khi chuẩn bị mẫu thử S06, vữa cũ được bão hòa trước nước, và việc mất độ ẩm từ vữa sửa chữa và khả năng chảy ngược nước từ vữa cũ làm đầy có thể dẫn đến tích tụ độ ẩm tại giao diện, do đó tạo ra một khu vực không liên tục lớn xung quanh giao diện, tạo ra khoảng trống lớn.

Phương pháp tuần hoàn thủy ngân được sử dụng để mô tả vi cấu trúc vữa sửa chữa với lỗ chân lông "giống như chai mực". Độ xốp kết nối hiệu quả và độ xốp "giống như mực" của vữa vá được tính toán từ dữ liệu thủy ngân áp suất tích lũy và độ xốp kết nối hiệu quả (0,074) của D06-R rất gần với phân số thể tích (0,076) của các lỗ nhỏ. Từ đó suy ra, vết nứt co rút không phải trực tiếp kết nối với nhau, mà là thông qua lỗ lông mịn. Độ xốp kết nối hiệu quả của S06-R (0,095) thấp hơn phân số thể tích lỗ nhỏ (0,129). Có lẽ trong S06-R, chỉ có một số lỗ nhỏ được kết nối tốt.

Hình 7 Đường cong phân bố khẩu độ thu được sau áp suất thủy ngân đầu tiên và thứ hai của vữa mới

Theo dõi hiện tượng hấp thụ nước của các phức hợp vữa cũ và mới trong thời gian thực thông qua công nghệ hình ảnh neutron, thu được sự phân bố độ ẩm động như trong Hình 9. Trong đó, hàm lượng nước được tính bằng tỷ lệ giữa độ dày xuyên qua nước của neutron và độ dày của vật thử. Vị trí của giao diện được biểu thị bằng các đường chấm và đáy là vữa mới. Đặt ROI (hình chữ nhật màu vàng) có chiều rộng 5 mm trên hình ảnh, theo dõi sự thay đổi cấu hình hàm lượng nước dọc theo hướng dòng chảy, xác định vị trí mặt trước ướt theo cấu hình hàm lượng nước động trong Hình 10, sử dụng chức năng hồi quy tuyến tính để phù hợp với dữ liệu thử nghiệm để có được hệ số hấp thụ nước.

Hệ số hấp thụ nước của vữa mới trong D06 gấp 1,5 lần so với vữa mới trong S06. Sự hiện diện của nhiều vết nứt trong vữa mới của D06 làm cho hệ số hấp thụ nước của nó cao hơn. Vữa sửa chữa mới trộn trong S06 mất ít nước, có thể đảm bảo tiến hành thủy hóa xi măng bình thường, hình thành cấu trúc lỗ chân lông dày đặc hơn. Do đó, vữa mới trong S06 có khả năng hấp thụ nước thấp hơn.

Hình 9 Quy luật thay đổi hàm lượng nước động của tổ hợp vữa cũ và mới trong quá trình hấp thụ nước

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2) (b) S06

Hình 11 Thay đổi vị trí của mặt trước ướt trong quá trình hút nước của tổ hợp vữa cũ và mới (a) D06; (b) S06

Được quan sát bằng hình ảnh X-quang CT, vữa trộn mới được hút một lượng lớn độ ẩm khi tiếp xúc với vữa cũ đã khô trước, dẫn đến nứt co đáng kể. Khi vữa mới bị dính với vữa cũ, sự rò rỉ nước từ vữa mới và sự trở lại tiềm năng của độ ẩm từ vữa cũ có thể gây ra sự tích tụ độ ẩm ở giao diện, tạo ra một khu vực gián đoạn lớn xung quanh giao diện.

Độ xốp xâm nhập trong vữa mới được liên kết với vữa cũ đã khô trước và vữa cũ đã đầy nước, mặc dù tương tự, nhưng có sự khác biệt đáng kể về đặc điểm phân bố khẩu độ. Cả hai loại vữa mới có cùng kích thước lỗ chân lông, trong khi vữa mới liên kết với vữa cũ đầy nước có nhiều lỗ chân lông hơn. Vì vậy, việc chuẩn bị độ ẩm cho vữa cũ có thể làm chậm sự mất nước của vữa mới kết dính với nó, có lợi cho việc thủy hóa xi măng bình thường.

Khả năng hấp thụ nước của ma trận vữa cũ có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và đặc điểm hấp thụ nước của phức hợp vữa cũ và mới. Khi thiết kế các bản sửa lỗi kết cấu bê tông, ngoài việc xem xét sức mạnh liên kết của giao diện, hiệu suất truyền tải sau khi sửa chữa vữa nên được xem xét từ quan điểm độ bền.

Chụp X-quang microCT cho phép hình dung ba chiều các lỗ chân lông và cấu trúc vết nứt bên trong mẫu thử, mô tả tốt hơn cấu trúc vi mô của vật liệu dựa trên xi măng và cho thấy tình hình thực tế bên trong vật liệu.