Lapszámok

A kültéri vízszintes betonfelületek tartósságának egyik feltétele a fagyállóság. A fagykár kialakulása során a beton pórusrendszerébe jutott víz térfogatnövekedéséből adódó nyomás diffúz áramlást okoz a telítetlen kapillárisok és pórusok felé. A jégképződés hatására a cementkőben -10 °C hőmérsékleten kb. 100 N/mm2 , -23 °C hőmérsékleten kb. 200 N/mm2 belső nyomófeszültség alakulhat ki (Balázs, 1997), amely a betont megrepesztheti, illetve a kialakult repedések révén a további vízfelvételt is elősegíti és a beton tönkremenetelét okozza. Az ilyen fagykárt okozó víztartalmat kritikus víztelítettségnek hívjuk. Értéke pontosan nem határozható meg, mivel függ a beton szerkezeti tulajdonságaitól (pl. hidratáció foka, légpóruseloszlás, mikro-repedezettség) és a környezeti feltételektől (pl. vízkitettség, párolgás és lehűlés sebessége, fagyási-olvadási ciklusok gyakorisága [Ujhelyi, 2005].

A fentiekből következően alapvetően kétféle lehetőség van elkerülni a fagykárosodást: a kritikus víztelítettség kialakulásának és a víz bejutásának megakadályozása (pl.: impregnálás, porozitáscsökkentő kiegészítő anyagok alkalmazása), vagy tágulási tér biztosítása a bejutott víz számára (légbuborékképző adalékszerek alkalmazásával). Minél gyakrabban szakítják meg pórusok a vízzel telíthető kapillárisokat, annál több hely lesz a bepréselődő víz és jég számára, tehát annál ellenállóbb lesz a fagyhatással szemben (Erdélyi 1997). Ugyanakkor a túlzott mértékű vagy nagy méretű porozitás csökkenti a beton szilárdságát (1 v/v% kb. 4-5%-kal), ezért olyan légbuborék-rendszert szükséges képezni, amely apró, de nagy darabszámú, tehát egymáshoz közel lévő buborékból áll. A megfelelő légpórus-szerkezet tehát olyan, aminek a teljes fajlagos felülete elég nagy ahhoz, hogy a kritikus víztelítettség mellett se telítődjenek a pórusok.

A légbuborék-rendszer megfelelőségének jellemzéséhez a gömbszerűnek tekintett buborékok átmérőjéből számított fajlagos felület és a buborékok egyenletes eloszlását feltételező egymástól való távolság ismerete szükséges. Ezen paraméterek mérésére világszerte a távolsági tényező mikroszkópos meghatározását (MSZ EN 480-11:2006, ASTM C457) alkalmazzák. Maga a távolsági tényező értéke (mértékegység: mm) az a leghosszabb távolság, amelyet a nyomás hatására a vízmolekulának meg kell tennie ahhoz, hogy egy buborékfelszínhez érjen. A mérés során felvett hosszmértékekből egy egyenletes póruseloszlást feltételezve további értékek számíthatók. A pórusok közötti legnagyobb távolság mellett a szabványos meghatározás szerint a fagyállóság szempontjából hatékony, 0,01-0,30 mm közé eső méretű buborékok térfogatszázalékát (jele: A300) is számítani kell.

A fenti megállapítások az MSZ 4798:2016 betonokra vonatkozó szabványban is tükröződnek. Az XF2 és XF3 környezeti osztályok esetén lehetőség van a fagyállósági vizsgálat kiváltására a légbuborék-szerkezet meghatározásával. Az XF4 környezeti osztályban pedig ajánlott a fagy- és olvasztósó-állóság vizsgálata mellett is meghatározni a két légbuborék-szerkezetet jellemző értéket.

A legáltalánosabb felhasználási területeken maximum 0,22 mm a távolsági tényező elvárt értéke, de bizonyos esetekben ez az előírás szigorúbb is lehet, például képlékenyítő vagy folyósító adalékszerek alkalmazásakor 0,2 mm, vagy a mosott felületképzésű betonburkolatoknál (e-UT 06.03.35), melyeknél maximum 0,19 mm-es távolsági tényezővel kell elkészíteni a felső, CP 4,5/3,5 szilárdsági osztályú réteg pályabetonját. XF4 környezeti osztályban pedig egészen 0,18 mm-es távolsági tényező a követelmény.

Építőanyagok mikroszkópos vizsgálati lehetőségei

A távolsági tényező pontos méréséhez elengedhetetlen a vizsgálandó felület precíz előkészítése, csiszolása, polírozása. Mivel a legkisebb számításba veendő buborék 10 µm átmérőjű és a hosszúságméréseket 5 µm-es pontossággal kell elvégezni, ezért egy hagyományos okuláros mikroszkóppal a szemnek is nagyon megterhelő a vizsgálat.

A távolsági tényező méréséhez a Cemkut Kft. egy olyan nagy felbontású (akár 0,07 µm) és 2000-szeres nagyításra is képes digitális mikroszkópot (Keyence VHX-7000, 1. kép) és képelemző szoftvert szerzett be, amellyel a távolsági tényező vizsgálata jelentősen lerövidíthető, és ezen kívül számos más anyagtípus morfológiai, valamint egyéb mikroszkópos vizsgálata is elvégezhető.

1. kép - Keyence VHX-7000 digitális mikroszkóp

A magas technológiai színvonalat képviselő 4K felbontású monitornak és objektíveknek köszönhetően több olyan mérési funkció áll rendelkezésre, melyekkel nagyban egyszerűsödik a mérés menete, illetve az egyszerűbb sztereó mikroszkópokhoz képest több lehetőséget rejt. A pórusok azonosítását és mérését segíti a megvilágítás szögének változtatásával elérhető fény-árnyék hatás, a kiterjesztett mélységélesség, valamint a szükség esetén akadálymentesen és a koordináták megtartásával növelhető nagyítás. A fagyállóság szempontjából lényeges mikropórusok azonosításához és az adalékanyag porozitásától való elkülönítéséhez szükséges nagy felbontás és kiváló mérési pontosság feltételei így teljes mértékben megvalósulnak (2. kép). A motorikusan két irányban 1 µm-es pontossággal automatikusan mozgatható tárgyasztallal ellátott, 20–2000-szeres nagyítású objektívekkel a mérővonallal átmetszett minden 0–4 mm közötti húrhosszt számításba lehet venni és besorolni az MSZ EN 480-11 szabványban meghatározott 28 hosszúsági osztály valamelyikébe. A távolsági tényezőt a beton pép- és a mérés során meghatározott összes levegő-tartalmának ismeretében tudjuk meghatározni.

2. kép - Beton mintán fotózott légbuborék

A távolsági tényező mérésén túlmenően a készülék egyéb területeken is használható. Az autofókusz, illetve az integrált képszerkesztő és képrögzítő program segítségével mélységméréssel ellátott 3D-s képalkotás is lehetséges (3. kép), illetve számos, a beton szerkezetét érintő károsodás vizsgálata elvégezhető (pl. repedésképződés, illetve kovasavgél-kiválás alkáli-szilikát reakció során [4. kép], fagykár, tűzkár).

3. kép - Légbuborék háromdimenziós képe

4. kép - Alkáli-szilika reakció betonon

Az alkotók morfológiai jellemzése és a kristályalak geometriai tulajdonságainak mérése is lehetséges (5. kép), valamint betonelemek elszíneződését okozó, az adalékanyag szennyeződéseként jelenlévő elszenesedett szerves anyagon kivált vas-szulfid ásvány azonosítása 1000-szeres nagyítással. (A pirit jelenlétét röntgendiffrakciós vizsgálattal is igazoltuk, 6. kép).

5. kép - Üregben kirakódott táblás kristályok

6. kép - Piritkristályok szerves szennyeződés felületén

A képelemző szoftverrel az alkotórészek aránya, méreteloszlása, alaki jellemzői számszerűsíthetők. Így pl. a bedolgozási hibák (szegregáció, légzárványok) is igazolhatók. Ezeket a méréseket az automatizált képrögzítéssel és -illesztéssel a látómezőnél jóval nagyobb területre tudjuk kiterjeszteni. A nagy felbontás és nagyítás pedig alkalmas az alkotók érintkezési felületeinek, illetve a határfelületeken tetten érhető fázisátalakulások vizuális vizsgálatára, például szálerősítésű betonban a polimerszálak beágyazottsága a cementpépben (7. kép). A nagy teljesítményű objektíveknek és a kiterjesztett mélységélesség funkciónak köszönhetően lehetőség van a pernyékben lévő üveges fázis jelenlétének igazolására morfológiai és optikai jellegzetességek alapján (8. kép).

7. kép - Polimerszál harántmetszete betonban

8. kép - Pernyeszemcsék

Egyéb építőipari alkalmazási lehetőségek:

• a visszanyert betonburkolat repedéskép-vizsgálata adalékanyagként történő felhasználáshoz
• betonacélok bordageometriai és korróziós jelenségeinek vizsgálata
• diffúzió mértékének meghatározása, pl. a savkorrózió mélységének mérése
• törési és kopási felületek vizsgálata, anyaghibák, szennyeződések feltárása
• felületiérdesség-vizsgálat, pl. mosott felületképzésű betonburkolatok esetén.
   

A felsorolás nem teljes, és természetesen a Cemkut Kft. felkészült szakemberei rendelkezésre állnak egyedi igények teljesítésére is. Keressen minket bizalommal!

Irodalom:

Balázs Gy. (1997): A beton károsodásának okai fagy és légköri szennyeződések hatására. Fejezet a „Beton- és vasbeton szerkezetek diagnosztikája I. Általános diagnosztikai vizsgálatok” című könyvben (szerk. Balázs György és Tóth Ernő), Műegyetemi Kiadó, Budapest, pp. 10-20.

Erdélyi A. (1997): A megszilárdult beton légbuborék-szerkezetének vizsgálata. Fejezet a „Beton- és vasbeton szerkezetek diagnosztikája I. Általános diagnosztikai vizsgálatok” című könyvben (szerk. Balázs Gy. és Tóth E.), Műegyetemi Kiadó, Budapest, pp. 164-166.

Setzer, M. J. (2000): Die Mikroeislinsenpumpe – Eine neue Sicht bei Frostangriff und Frostprüfung. Fejezet a 14. Ibausil Konferencia kiadvány, 1. kötet., Weimar, 2000.

Ujhelyi J. (2005): Beton-ismeretek, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2005.