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 pavimento de concreto pode enfrentar emergências, e o empreiteiro precisa verificar a qualidade e durabilidade do concreto moldado no local. Esses eventos incluem exposição à chuva durante o processo de vazamento, pós-aplicação de compostos de cura, retração plástica e fissuras poucas horas após o vazamento, e 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 substituição de peças do pavimento porque estão preocupados se os materiais in-situ atendem às especificações do projeto de mistura.
Neste caso, a petrografia e outros métodos de ensaio complementares (mas profissionais) podem fornecer informações importantes sobre a qualidade e durabilidade das misturas de betão e se estas cumprem as especificações de trabalho.
Figura 1. Exemplos de micrografias de fluorescência de pasta de concreto em 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 resistividade de volume 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 da relação água/cimento do concreto”. Além de controlar a resistência à compressão, a relação água-cimento (w/cm) é agora favorecida porque reconhece a substituição do cimento Portland por materiais de cimentação suplementares, como cinzas volantes e escória. É também um parâmetro chave da durabilidade do concreto. Muitos estudos mostraram que misturas de concreto com w/cm inferior a ~0,45 são duráveis em ambientes agressivos, como áreas expostas a ciclos de congelamento e descongelamento com sais de degelo ou áreas onde há alta concentração de sulfato no solo.
Os 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 estavam cheias de água. [2] Os poros capilares são muito mais finos do que os 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. Este 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 w/cm é menor que ~0,45.
Embora seja notoriamente difícil medir com precisão a relação w/cm do concreto endurecido, um método confiável pode fornecer uma importante ferramenta de garantia de qualidade para investigar o concreto endurecido moldado no local. A microscopia de fluorescência fornece uma solução. É assim que funciona.
A microscopia de fluorescência é uma técnica que utiliza resina epóxi e corantes fluorescentes para iluminar detalhes de materiais. É mais comumente usado em ciências médicas e também tem aplicações importantes na ciência dos materiais. A aplicação sistemática deste método em concreto começou há quase 40 anos na Dinamarca [3]; foi padronizado nos países nórdicos em 1991 para estimar a a/c do concreto endurecido e foi atualizado em 1999 [4].
Para medir o w/cm de materiais à base de cimento (ou seja, concreto, argamassa e reboco), o epóxi fluorescente é usado para fazer uma seção fina 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 planos de concreto (chamados de 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 largura/cm aumenta, a conectividade e o número de poros aumentarão, de modo que mais epóxi penetrará na pasta. Examinamos os flocos ao microscópio, usando um conjunto de filtros especiais para excitar os corantes fluorescentes da resina epóxi e filtrar o excesso de sinais. Nestas imagens, as áreas pretas representam partículas agregadas e partículas de cimento não hidratado. A porosidade dos dois é basicamente 0%. O círculo verde brilhante é a porosidade (não a porosidade), e a porosidade é basicamente 100%. Uma dessas características A “substância” verde salpicada é uma pasta (Figura 2). À medida que a largura/cm3 e a porosidade capilar 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 o w/cm aumenta, a pasta verde torna-se gradualmente mais brilhante. Estas misturas são arejadas e contêm cinzas volantes. Chunyu Qiao e DRP, uma empresa Twining
A análise de imagens envolve a extração de dados quantitativos das imagens. É usado em diversos campos científicos, desde microscópios de sensoriamento remoto. Cada pixel em uma imagem digital torna-se essencialmente um ponto de dados. Este método permite-nos atribuir números aos diferentes níveis de brilho verde vistos nestas imagens. Nos últimos 20 anos, com a revolução no poder da computação desktop e na aquisição de imagens digitais, a análise de imagens tornou-se agora uma ferramenta prática que muitos microscopistas (incluindo petrologistas concretos) podem usar. Freqüentemente usamos análise de imagem para medir a porosidade capilar da pasta. Com o tempo, descobrimos que existe uma forte correlação estatística sistemática entre w/cm e a porosidade capilar, conforme mostrado na figura a seguir (Figura 4 e Figura 5).
Figura 4. Exemplo de dados obtidos a partir de micrografias de fluorescência de seções finas. Este gráfico representa o número de pixels em um determinado nível de cinza em uma única fotomicrografia. Os três picos correspondem a 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 w/cm e intervalos de confiança de 95% na mistura composta de cimento puro, cimento de cinza volante e ligante pozolana natural. Chunyu Qiao e DRP, uma empresa Twining
Em última análise, são necessários três testes independentes para provar que o concreto no local está em conformidade com as especificações do projeto de mistura. Na medida do possível, obtenha amostras básicas de canais que atendam a todos os critérios de aceitação, bem como amostras de canais relacionados. O núcleo 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 veem os dados obtidos nesses testes, eles geralmente aceitam a colocação se outras características importantes de engenharia (como resistência à compressão) forem atendidas. Ao fornecer medidas quantitativas de w/cm e fator de formação, podemos ir além dos testes especificados para muitos trabalhos para 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, A Twining Company. Ele tem 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. Chunyu Qiao, cientista-chefe da DRP, uma Twining Company, é geólogo e cientista de materiais com mais de dez anos de experiência em materiais de cimentação e produtos rochosos naturais e processados. Sua experiência 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 postagem: 07/09/2021