بلاگ
آزمایش sem بتن
اطمینان از حداکثر کیفیت و کارایی ساختار بتن، آن چنان هائز اهمیت است که امروزه آزمایش هایی با سطح علمی بالا و تجهیزات خاصی برای بررسی آن ها طراحی شده اند. آن ها توانسته اند بسیار مؤثرتر از تکنیک های سابق سنتی سنجش بتن عمل کنند.
تعداد آزمایش های مختص انواع بتن، بسیار زیاد و هر یک متعلق به شرایط خاص خود هستند، اما بسیاری از آن ها دارای دقیق ترین و معتمد ترین نتیجه نمی باشند. همچنین احتمال خطا در آن ها زیاد است.
بدین ترتیب به منظور ارائه ریزترین جزئیات ساختاری بتن و تعیین استاندارد تولید آن، دستگاه های بسیار پیشرفته ای که نیازمند تخصص در کار با آن ها وجود دارد، جایگزین روش های قدیمی تر شده اند. یکی از این دستگاه ها، میکروسکوپ SEM می باشد، و قرار است در ادامه این مطلب به تعریف، نحوه کار، مشخصات فنی و نتیجه آزمایش آن بر روی بتن ها با درصد مصالح متفاوت بپردازیم.
SEM چیست؟!
میکروسکوپ ها به دو دسته نوری و الکترونی تقسیم می شوند. در واقع ضرورت وجود نوع الکترونی میکروسکوپ ها زمانی حس شد که قدرت تفکیک پایین میکروسکوپ های نوری به دلیل طول موج بالای نور مرئی مورد استفاده در آن، باعث می شد تا ریزترین ذرات تشکیل دهنده ماده قابل مشاهده و بررسی نباشند.
میکروسکوپ الکترونی روبشی یا همان SEM، امروزه از تخصصی ترین ابزارها برای آنالیز سنگ های بتنی به شمار می رود. شاید در گذشته، توسعه و تحول صنعت ساخت و ساز تنها به مصالح ساختمانی همچون بتن و قطعات مکمل آن از جمله اسپیسر بتنی و اسپیسر پلاستیکی محدود می شد، اما دیگر حساب جداگانه ای بر روی آزمایش ها باز شده است.
مزایای بررسی بتن با میکروسکوپ الکترونی
بررسی و مطالعه مورفولوژی و سطح مواد، مهم ترین کاربرد این میکروسکوپ شناخته می شود. همچنین برخلاف نور که طول موج ثابتی دارد، طول موج الکترون های آن با تغییر شتاب و سرعت قابل تغییر هستند. در واقع اس ای ام قادر است با تغییر شتاب الکترون، قدرت تفکیک های متفاوتی را به منظور دست یابی به جزئیات بیشتر ایجاد کند.
آنالیز عنصری، قابلیت هائز اهمیت بعدی این دستگاه الکترونی می باشد. بدین صورت که عناصر موجود در نمونه به صورت نقطه ای، خطی و ناحیه ای، با این عملکرد شناسایی می شوند.
دیگر قابلیت جالبی که در این میکروسکوپ نسبت به نوع نوری آن مشاهده می شود، استفاده از عدسی های با جنس سیم پیچ های الکترو مغناطیسی است. وظیفه سیم پیچ های الکترو مغناطیسی، نتظیم نمودن باریکه الکترونی بر روی سطح نمونه می باشد. لازم به ذکر است که جنس عدسی ها در میکروسکوپ های نوری از شیشه است و وظیفه آن ها فقط بزرگ نمایی نمونه است.
نحوه عملکرد بررسی بتن با SEM
همانطور که گفتیم، بررسی نمونه بتن در این آزمایش به جای نور با الکترون های شلیک شده از میکروسکوپ مخصوص می باشد. منبع تولید الکترون در میکروسکوپ الکترونی، یک سیم داغ تنگستنی می باشد. بدین صورت که الکترون های خارج شده از این سیم، ابتدا با استفاده از میدان الکترونی جمع آوری شده و سپس با میدان الکتریکی دیگری به آن شتاب داده می شود تا سرعت الکترون ها افزایش یابد.
نکته ای که بسیاری از شما عزیزان ممکن است به آن توجه نکرده باشید، این است که آنالیز SEM از نوع سطحی است، در نتیجه نمی تواند ساختار داخل نمونه را مشاهده و بررسی نماید. در مواقعی که نمونه دارای ساختار لایه ای یا ساختار هسته – پوسته است، از آنالیز TEM استفاده خواهد شد. بتن ها به دلیل دارا بودن بافت یکسان و غیر لایه ای، مشکلی با SEM در بررسی نخواهند داشت.
مشخصات فنی آنالیزور SEM
جزئیات مربوط به ویژگی های فنی دستگاه الکترونی بررسی بتن ها، به شرح ذیل می باشد:
- محدوده بزرگ نمایی: ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر
- تفنگ الکترون توسط کاتد گرم شده تنگستن
- دارای قابلیت تصویر برداری
- دارای قابلیت نقشه برداری
- مجهز به دوربین عکاسی دیجیتال
- مجهز به میکروسکوپ نوری با قدرت تفکیک ۱ میکرومتر توانایی در تعیین جنس و ضخامت ساختار انواع سطوح
- مجهز به EDX, WDX
- دارای پنج حالت های تغییر وضعیت نمونه شامل جهتX (50 mm)، جهتY(70 mm) ، جهتZ(40 mm) ، کج شدن نمونه 5 Tilt) – 90) و چرخش (۳۶۰ درجه)
- دارای طیف سنج اشعه X
- توانایی شناسایی عناصر سنگین تر از آلومینیم
نتایج آزمایش میکروسکوپ الکترونی روبشی
بررسی های آزمایشی بتن با هدف مشاهده تغییرات قابل انتظار در ساختار آن با اضافه نمودن مواد شیمیایی یا مصالح و سنگدانه های خاص، انجام می پذیرد. یکی از مناسب ترین مثال ها از این آزمایش ها، اضافه کردن زئولیت به مخلوط بتن است که موجب ریزتر شدن منافذ و کاهش خلل و فرج در نمونه می شود. این در حالی است که در ساختار نمونه بتن های بدون زئولیت، کریستال های بزرگ و متقاطع و منافذ باز به راحتی قابل مشاهده است.
نسبت آب و سیمان در مخلوط بتن نیز شاید به نظر ساده و بی اهمیت به نظر رسد، اما همین عملیات تعیین کننده بافت بتن خواهد بود. افزایش نسبت آب به سیمان طبق مشاهدات میکروسکوپی، تأثیر به سزایی در افزایش تعداد و اندازه منافذ در نمونه و کاهش همگنی آن خواهد داشت.
ابعاد نمونه بتن در آزمایش sem بتن
سؤال بسیاری از کاربران این است که نمونه های آزمایش در چه اندازه ای تهیه می شوند. قاعده کلی بدین صورت است که اگر نمونه پودری باشد، حدود ۱۰ میلی گرم از آن کافیست. نمونه های توده ای همانند بتن نیز بایستی ابعاد کمتر از ۲ در ۲ سانتی متر را داشته باشند. البته برخی نیز برای کاهش هزینه هایی از جمله به کارگیری روکش طلا، نمونه های 1 در 1 سانت ارسال می کنند.
FESEM، نسل قوی تر میکروسکوپ الکترونی
اگر تا الان تصور می کردید که اس ای ام بهترین و دقیق ترین انتخاب برای آزمایش های بررسی ساختار بتن هاست، بهتر است بدانید که دستگاه های F-ESEM با قدرت بالاتر برای تصویر برداری در بزرگ نمایی های بالاتر طراحی شده است. اگر نمونه شما دارای ابعاد نانومتری است، بهتر است تجهیزات خود را به این میکروسکوپ ارتقاء دهید.
آیا حتماً لازم است در بررسی sem از پوشش طلا استفاده نمود؟
جدا از رسانایی یا عدم رسانایی نمونه نسبت به الکترون ها، عواملی نظیر آلودگی ها و لایه های احتمالی سطحی نیز سبب می شوند تا استفاده از روکش طلا بر روی هر نمونه ای پیشنهاد شود.
آیا نمی توان با میکروسکوپ نوری سطح بتن را بررسی نمود؟
میکروسکوپ های نوری توانایی نشان دادن ریزترین ذرات تشکیل دهنده ماده را به طور دقیق ندارند و استفاده های سطح پایین تری را می طلبند.
آیا می توان آزمایش SEM را خارج از آزمایشگاه انجام داد؟
خیر، عملیات بررسی ذرات بتن به وسیله میکروسکوپ بسیار حساس و تخصصی است، لذا بایستی در محیط آرام و ایده آلی صورت گیرد.
نیاز به پوشش طلا بر روی نمونه
نمونه های آزمایشی با توجه به رسانایی یا عدم رسانایی خود نسبت به الکترون ها، نیاز به پوشش طلا را در زیر میکروسکوپ ضروری ساخته اند. بهتر است بدانید نمونه های کاملاً رسانا نیاز به پوشش دهی طلا ندارند. برای بررسی سطح بتن می توانید از درصد مورد نیاز از پوشش جنس طلا بهره ببرید.
