Novos desenvolvimentos na garantia de qualidade de pavimentos de concreto podem fornecer informações importantes sobre qualidade, durabilidade e conformidade com códigos de projeto híbrido.
A construção de pavimentos de concreto pode apresentar emergências, e a empreiteira precisa verificar a qualidade e a durabilidade do concreto moldado in loco. Esses eventos incluem exposição à chuva durante o processo de concretagem, pós-aplicação de compostos de cura, retração plástica e fissuras poucas horas após a concretagem, além de problemas de texturização e cura do concreto. Mesmo que os requisitos de resistência e outros testes de materiais sejam atendidos, os engenheiros podem exigir a remoção e a substituição de peças do pavimento, pois estão preocupados se os materiais moldados in loco atendem às especificações do projeto de mistura.
Nesse caso, a petrografia e outros métodos de ensaio complementares (mas profissionais) podem fornecer informações importantes sobre a qualidade e a durabilidade das misturas de concreto e se elas atendem às especificações de trabalho.
Figura 1. Exemplos de micrografias de pasta de concreto obtidas por microscópio de fluorescência a 0,40 a/c (canto superior esquerdo) e 0,60 a/c (canto superior direito). A figura inferior esquerda mostra o dispositivo para medir a resistividade de um cilindro de concreto. A figura inferior direita mostra a relação entre a resistividade volumétrica e a/c. Chunyu Qiao e DRP, uma empresa Twining.
Lei de Abram: “A resistência à compressão de uma mistura de concreto é inversamente proporcional à sua relação água-cimento.”
O professor Duff Abrams descreveu pela primeira vez a relação entre a relação água-cimento (a/c) e a resistência à compressão em 1918 [1], e formulou o que hoje é chamado de lei de Abram: “A resistência à compressão do concreto é a relação água/cimento”. Além de controlar a resistência à compressão, a relação água-cimento (a/cm) agora é favorecida porque reconhece a substituição do cimento Portland por materiais cimentícios suplementares, como cinzas volantes e escória. Também é um parâmetro fundamental da durabilidade do concreto. Muitos estudos demonstraram que misturas de concreto com a/cm menor que ~0,45 são duráveis em ambientes agressivos, como áreas expostas a ciclos de congelamento e degelo com sais de degelo ou áreas onde há alta concentração de sulfato no solo.
Poros capilares são uma parte inerente da pasta de cimento. Eles consistem no espaço entre os produtos de hidratação do cimento e as partículas de cimento não hidratadas que antes eram preenchidas com água. [2] Poros capilares são muito mais finos do que poros arrastados ou presos e não devem ser confundidos com eles. Quando os poros capilares estão conectados, o fluido do ambiente externo pode migrar através da pasta. Esse fenômeno é chamado de penetração e deve ser minimizado para garantir durabilidade. A microestrutura da mistura de concreto durável é que os poros são segmentados em vez de conectados. Isso acontece quando a relação w/cm é menor que ~0,45.
Embora seja notoriamente difícil medir com precisão a massa específica por cm³ de concreto endurecido, um método confiável pode ser uma importante ferramenta de garantia de qualidade para a investigação de concreto endurecido moldado in loco. A microscopia de fluorescência oferece uma solução. Veja como funciona.
A microscopia de fluorescência é uma técnica que utiliza resina epóxi e corantes fluorescentes para iluminar detalhes de materiais. É mais comumente utilizada em ciências médicas e também possui importantes aplicações na ciência dos materiais. A aplicação sistemática desse método em concreto começou há quase 40 anos na Dinamarca [3]; foi padronizado nos países nórdicos em 1991 para estimar a relação água/cimento do concreto endurecido e atualizado em 1999 [4].
Para medir a espessura de p/cm de materiais à base de cimento (ou seja, concreto, argamassa e rejunte), utiliza-se epóxi fluorescente para produzir uma fina seção ou bloco de concreto com espessura de aproximadamente 25 mícrons ou 1/1000 de polegada (Figura 2). O processo envolve o corte do núcleo ou cilindro de concreto em blocos de concreto planos (chamados blanks) com uma área de aproximadamente 25 x 50 mm (1 x 2 polegadas). O blank é colado em uma lâmina de vidro, colocado em uma câmara de vácuo e a resina epóxi é introduzida sob vácuo. À medida que a espessura de p/cm aumenta, a conectividade e o número de poros aumentam, permitindo que mais epóxi penetre na pasta. Examinamos os flocos em um microscópio, usando um conjunto de filtros especiais para excitar os corantes fluorescentes na resina epóxi e filtrar o excesso de sinais. Nessas imagens, as áreas pretas representam partículas agregadas e partículas de cimento não hidratadas. A porosidade das duas é basicamente 0%. O círculo verde brilhante representa a porosidade (não a porosidade), e a porosidade é basicamente 100%. Uma dessas características é a "substância" verde salpicada, que é uma pasta (Figura 2). À medida que a porosidade capilar e a w/cm do concreto aumentam, a cor verde única da pasta torna-se cada vez mais brilhante (ver Figura 3).
Figura 2. Micrografia de fluorescência de flocos mostrando partículas agregadas, vazios (v) e pasta. A largura do campo horizontal é de aproximadamente 1,5 mm. Chunyu Qiao e DRP, uma empresa Twining.
Figura 3. Micrografias de fluorescência dos flocos mostram que, à medida que a relação w/cm aumenta, a pasta verde torna-se gradualmente mais brilhante. Essas misturas são aeradas e contêm cinzas volantes. Chunyu Qiao e DRP, uma empresa Twining.
A análise de imagens envolve a extração de dados quantitativos de imagens. Ela é usada em muitos campos científicos diferentes, desde a microscopia de sensoriamento remoto. Cada pixel em uma imagem digital se torna essencialmente um ponto de dados. Este método nos permite anexar números aos diferentes níveis de brilho verde vistos nessas imagens. Nos últimos 20 anos, aproximadamente, com a revolução no poder da computação de mesa e na aquisição de imagens digitais, a análise de imagens tornou-se uma ferramenta prática que muitos microscopistas (incluindo petrólogos de concreto) podem usar. Frequentemente usamos a análise de imagens para medir a porosidade capilar da pasta. Com o tempo, descobrimos que há uma forte correlação estatística sistemática entre w/cm e a porosidade capilar, como mostrado na figura a seguir (Figura 4 e Figura 5).
Figura 4. Exemplo de dados obtidos a partir de micrografias de fluorescência de lâminas finas. Este gráfico representa o número de pixels em um determinado nível de cinza em uma única fotomicrografia. Os três picos correspondem aos agregados (curva laranja), pasta (área cinza) e vazio (pico não preenchido na extrema direita). A curva da pasta permite calcular o tamanho médio dos poros e seu desvio padrão. Chunyu Qiao e DRP, Twining Company Figura 5. Este gráfico resume uma série de medições capilares médias de p/cm e intervalos de confiança de 95% na mistura composta de cimento puro, cimento de cinza volante e ligante natural de pozolana. Chunyu Qiao e DRP, uma empresa Twining
Na análise final, são necessários três ensaios independentes para comprovar que o concreto no local está em conformidade com as especificações do projeto de mistura. Na medida do possível, obtenha amostras de testemunhos de locais que atendam a todos os critérios de aceitação, bem como amostras de locais relacionados. O testemunho do layout aceito pode ser usado como amostra de controle e você pode usá-lo como referência para avaliar a conformidade do layout relevante.
Em nossa experiência, quando engenheiros com registros visualizam os dados obtidos nesses testes, geralmente aceitam a colocação se outras características-chave de engenharia (como resistência à compressão) forem atendidas. Ao fornecer medições quantitativas de peso/cm³ e fator de formação, podemos ir além dos testes especificados para muitos trabalhos e comprovar que a mistura em questão possui propriedades que se traduzirão em boa durabilidade.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI, é o litógrafo-chefe da DRP, uma empresa Twining. Ele possui mais de 25 anos de experiência profissional em petrologia e inspecionou pessoalmente mais de 10.000 amostras de mais de 2.000 projetos em todo o mundo. O Dr. Chunyu Qiao, cientista-chefe da DRP, uma empresa Twining, é geólogo e cientista de materiais com mais de dez anos de experiência em materiais cimentícios e produtos rochosos naturais e processados. Sua expertise inclui o uso de análise de imagens e microscopia de fluorescência para estudar a durabilidade do concreto, com ênfase especial nos danos causados por sais de degelo, reações álcali-silício e ataque químico em estações de tratamento de águas residuais.
Horário da publicação: 07/09/2021