Os novos desenvolvementos na garantía de calidade dos pavimentos de formigón poden proporcionar información importante sobre a calidade, a durabilidade e o cumprimento dos códigos de deseño híbrido.
A construción do pavimento de formigón pode ver emerxencias e o contratista debe verificar a calidade e durabilidade do formigón fundido no lugar. Estes eventos inclúen a exposición á choiva durante o proceso de vertedura, a posterior aplicación de compostos de curado, a contracción plástica e as horas de rachaduras dentro das poucas horas despois da vertedura e os problemas de textura e curado do formigón. Aínda que se cumpran os requisitos de resistencia e outras probas de materiais, os enxeñeiros poden requirir a eliminación e substitución das pezas do pavimento porque lles preocupa se os materiais in situ cumpren as especificacións do deseño da mestura.
Neste caso, a petrografía e outros métodos de proba complementarios (pero profesionais) poden proporcionar información importante sobre a calidade e durabilidade das mesturas de formigón e se cumpren as especificacións de traballo.
Figura 1. Exemplos de micrografías con microscopio de fluorescencia de pasta de formigón a 0,40 w/c (esquina superior esquerda) e 0,60 w/c (esquina superior dereita). A figura inferior esquerda mostra o dispositivo para medir a resistividade dun cilindro de formigón. A figura inferior dereita mostra a relación entre a resistividade do volume e o w/c. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa de Twining
Lei de Abram: "A resistencia á compresión dunha mestura de formigón é inversamente proporcional á súa relación auga-cemento".
O profesor Duff Abrams describiu por primeira vez a relación entre a relación auga-cemento (w/c) e a resistencia á compresión en 1918 [1], e formulou o que hoxe se chama a lei de Abram: "A resistencia á compresión do formigón a relación auga/cemento". Ademais de controlar a resistencia á compresión, agora se favorece a relación auga-cemento (w/cm) porque recoñece a substitución do cemento Portland por materiais de cementación suplementarios como cinzas volantes e escouras. Tamén é un parámetro clave da durabilidade do formigón. Moitos estudos demostraron que as mesturas de formigón con w/cm inferiores a ~0,45 son duradeiras en ambientes agresivos, como áreas expostas a ciclos de conxelación e desconxelación con sales de desxeo ou áreas onde hai unha alta concentración de sulfato no chan.
Os poros capilares son unha parte inherente da suspensión de cemento. Consisten no espazo entre os produtos de hidratación do cemento e as partículas de cemento sen hidratar que antes se enchían de auga. [2] Os poros capilares son moito máis finos que os poros arrastrados ou atrapados e non deben confundirse con eles. Cando os poros capilares están conectados, o fluído do medio externo pode migrar a través da pasta. Este fenómeno chámase penetración e debe minimizarse para garantir a durabilidade. A microestrutura da mestura de formigón duradeiro é que os poros están segmentados en lugar de conectados. Isto ocorre cando w/cm é inferior a ~0,45.
Aínda que é notoriamente difícil medir con precisión o w/cm de formigón endurecido, un método fiable pode proporcionar unha importante ferramenta de garantía de calidade para investigar o formigón endurecido fundido no lugar. A microscopía de fluorescencia proporciona unha solución. Así é como funciona.
A microscopia de fluorescencia é unha técnica que utiliza resina epoxi e colorantes fluorescentes para iluminar detalles dos materiais. Úsase máis habitualmente nas ciencias médicas e tamén ten importantes aplicacións na ciencia dos materiais. A aplicación sistemática deste método no formigón comezou hai case 40 anos en Dinamarca [3]; foi estandarizado nos países nórdicos en 1991 para estimar o w/c do formigón endurecido, e foi actualizado en 1999 [4].
Para medir o w/cm de materiais a base de cemento (é dicir, formigón, morteiro e lechada), emprégase epoxi fluorescente para facer unha sección delgada ou bloque de formigón cun espesor de aproximadamente 25 micras ou 1/1000 de polgada (Figura 2). O proceso implica O núcleo ou cilindro de formigón córtase en bloques planos de formigón (chamados espazos en branco) cunha área de aproximadamente 25 x 50 mm (1 x 2 polgadas). O branco pégase a unha lámina de vidro, colócase nunha cámara de baleiro e introdúcese resina epoxi ao baleiro. A medida que aumenta w/cm, a conectividade e o número de poros aumentarán, polo que máis epoxi penetrará na pasta. Examinamos as escamas ao microscopio, usando un conxunto de filtros especiais para excitar os colorantes fluorescentes na resina epoxi e filtrar os sinais en exceso. Nestas imaxes, as áreas negras representan partículas agregadas e partículas de cemento non hidratadas. A porosidade dos dous é basicamente do 0%. O círculo verde brillante é a porosidade (non a porosidade), e a porosidade é basicamente do 100%. Unha destas características A "substancia" verde moteada é unha pasta (Figura 2). A medida que aumenta o w/cm e a porosidade capilar do formigón, a única cor verde da pasta faise cada vez máis brillante (ver Figura 3).
Figura 2. Micrografía de fluorescencia de escamas que mostra partículas agregadas, ocos (v) e pasta. O ancho do campo horizontal é de ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa de Twining
Figura 3. As micrografías de fluorescencia das escamas mostran que a medida que aumenta o w/cm, a pasta verde vaise facendo máis brillante. Estas mesturas son aireadas e conteñen cinzas volantes. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa de Twining
A análise de imaxes implica extraer datos cuantitativos das imaxes. Utilízase en moitos campos científicos diferentes, desde o microscopio de teledetección. Cada píxel dunha imaxe dixital convértese esencialmente nun punto de datos. Este método permítenos engadir números aos diferentes niveis de brillo verde que se ven nestas imaxes. Durante os últimos 20 anos máis ou menos, coa revolución do poder informático de escritorio e da adquisición de imaxes dixitais, a análise de imaxes converteuse nunha ferramenta práctica que moitos microscopistas (incluídos os petrólogos de formigón) poden usar. Adoitamos usar a análise de imaxes para medir a porosidade capilar da suspensión. Co paso do tempo, descubrimos que hai unha forte correlación estatística sistemática entre w/cm e a porosidade capilar, como se mostra na seguinte figura (Figura 4 e Figura 5)).
Figura 4. Exemplo de datos obtidos a partir de micrografías de fluorescencia de seccións finas. Este gráfico representa o número de píxeles nun nivel de gris dado nunha única microfotografía. Os tres picos corresponden a agregados (curva laranxa), pasta (área gris) e baleiro (pico sen recheo no extremo dereito). A curva da pasta permite calcular o tamaño medio dos poros e a súa desviación estándar. Chunyu Qiao e DRP, Twining Company Figura 5. Este gráfico resume unha serie de medicións capilares medias w/cm e intervalos de confianza do 95% na mestura composta por cemento puro, cemento de cinzas volantes e aglutinante de puzolana natural. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa de Twining
Na análise final, son necesarios tres probas independentes para demostrar que o formigón in situ cumpre coa especificación do deseño da mestura. Na medida do posible, obtén mostras básicas de colocacións que cumpran todos os criterios de aceptación, así como mostras de prácticas relacionadas. O núcleo do esquema aceptado pode usarse como mostra de control e pode utilizalo como referencia para avaliar o cumprimento do esquema relevante.
Na nosa experiencia, cando os enxeñeiros con rexistros ven os datos obtidos destas probas, adoitan aceptar a colocación se se cumpren outras características de enxeñería clave (como a resistencia á compresión). Ao proporcionar medidas cuantitativas de w/cm e factor de formación, podemos ir máis aló das probas especificadas para moitos traballos para demostrar que a mestura en cuestión ten propiedades que se traducirán nunha boa durabilidade.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI é o litógrafo xefe de DRP, A Twining Company. Ten máis de 25 anos de experiencia profesional en petrólogo e inspeccionou persoalmente máis de 10.000 mostras de máis de 2.000 proxectos en todo o mundo. O doutor Chunyu Qiao, o científico xefe de DRP, unha empresa Twining, é un xeólogo e científico de materiais con máis de dez anos de experiencia na cimentación de materiais e produtos de rocha natural e procesada. A súa experiencia inclúe o uso da análise de imaxes e da microscopía de fluorescencia para estudar a durabilidade do formigón, con especial énfase nos danos causados polas sales de desxeo, as reaccións alcalino-silicio e o ataque químico nas estacións de tratamento de augas residuais.
Hora de publicación: 07-09-2021