Os novos desenvolvementos na garantía da calidade dos pavimentos de formigón poden proporcionar información importante sobre a calidade, a durabilidade e o cumprimento dos códigos de deseño híbrido.
A construción de pavimentos de formigón pode ter emerxencias, e o contratista debe verificar a calidade e a durabilidade do formigón in situ. Estes eventos inclúen a exposición á choiva durante o proceso de vertido, a aplicación posterior dos compostos de curado, a retracción plástica e as gretas unhas poucas horas despois do vertido, e problemas de textura e curado do formigón. Mesmo se se cumpren os requisitos de resistencia e outras probas de materiais, os enxeñeiros poden requirir a retirada e substitución das pezas do pavimento porque lles preocupa se os materiais in situ cumpren as especificacións de deseño da mestura.
Neste caso, a petrografía e outros métodos de ensaio complementarios (pero profesionais) poden proporcionar información importante sobre a calidade e a durabilidade das mesturas de formigón e se cumpren as especificacións de traballo.
Figura 1. Exemplos de micrografías de microscopio de fluorescencia de pasta de formigón a 0,40 a/c (esquina superior esquerda) e 0,60 a/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 volumétrica e a a/c. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa Twining.
Lei de Abram: "A resistencia á compresión dunha mestura de formigón é inversamente proporcional á súa proporción auga-cemento".
O profesor Duff Abrams describiu por primeira vez a relación entre a proporción auga-cemento (a/c) e a resistencia á compresión en 1918 [1], e formulou o que hoxe se coñece como lei de Abram: «A resistencia á compresión do formigón Relación auga/cemento». Ademais de controlar a resistencia á compresión, a proporción auga-cemento (a/cm) é agora a que se prefire porque recoñece a substitución do cemento Portland por materiais cementantes suplementarios como as cinzas volantes e a escoria. Tamén é un parámetro clave da durabilidade do formigón. Moitos estudos demostraron que as mesturas de formigón cunha proporción a/cm inferior a ~0,45 son duradeiras en ambientes agresivos, como zonas expostas a ciclos de conxelación-desconxelación con sales desconxelantes ou zonas onde hai unha alta concentración de sulfato no solo.
Os poros capilares son unha parte inherente da lechada de cemento. Consisten no espazo entre os produtos de hidratación do cemento e as partículas de cemento non hidratadas que antes estaban cheas de auga. [2] Os poros capilares son moito máis finos que os poros arrastrados ou atrapados e non se deben confundir con eles. Cando os poros capilares están conectados, o fluído do ambiente externo pode migrar a través da pasta. Este fenómeno chámase penetración e debe minimizarse para garantir a súa durabilidade. A microestrutura da mestura de formigón duradeira é que os poros están segmentados en lugar de conectados. Isto ocorre cando a relación a/cm é inferior a ~0,45.
Aínda que é notoriamente difícil medir con precisión a relación analoxías por cm² do formigón endurecido, un método fiable pode proporcionar unha ferramenta importante de garantía de calidade para investigar o formigón endurecido e colado no lugar. A microscopía de fluorescencia ofrece unha solución. Así é como funciona.
A microscopía de fluorescencia é unha técnica que emprega resina epoxi e colorantes fluorescentes para iluminar detalles de materiais. Úsase con maior frecuencia nas ciencias médicas e tamén ten aplicacións importantes na ciencia dos materiais. A aplicación sistemática deste método no formigón comezou hai case 40 anos en Dinamarca [3]; estandarizouse nos países nórdicos en 1991 para estimar a relación auga/caloría do formigón endurecido e actualizouse en 1999 [4].
Para medir a relación a/cm de materiais a base de cemento (é dicir, formigón, morteiro e rejunte), utilízase epoxi fluorescente para fabricar unha sección delgada ou un bloque de formigón cun grosor de aproximadamente 25 micras ou 1/1000 de polgada (Figura 2). O proceso consiste en cortar o núcleo ou cilindro de formigón en bloques de formigón planos (chamados espazos en branco) cunha área de aproximadamente 25 x 50 mm (1 x 2 polgadas). Pégase a peza en branco a un portaobxectos de vidro, colócase nunha cámara de baleiro e introdúcese resina epoxi ao baleiro. A medida que aumenta a relación a/cm, aumentará a conectividade e o número de poros, polo que máis epoxi penetrará na pasta. Examinamos as escamas ao microscopio, usando un conxunto de filtros especiais para excitar os colorantes fluorescentes da resina epoxi e filtrar o exceso de sinais. Nestas imaxes, as áreas negras representan partículas agregadas e partículas de cemento non hidratadas. A porosidade das dúas 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 a relación analóxica/cm² e a porosidade capilar do formigón aumentan, a cor verde única da pasta faise cada vez máis brillante (véxase a Figura 3).
Figura 2. Micrografía de fluorescencia de escamas que mostran partículas agregadas, ocos (v) e pasta. A anchura do campo horizontal é de ~1,5 mm. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa Twining.
Figura 3. As micrografías de fluorescencia das escamas mostran que, a medida que aumenta a relación analóxica/cm, a pasta verde faise gradualmente máis brillante. Estas mesturas están aireadas e conteñen cinzas volantes. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa Twining.
A análise de imaxes implica a extracción de datos cuantitativos das imaxes. Úsase en moitos campos científicos diferentes, desde a teledetección ata o microscopio. Cada píxel dunha imaxe dixital convértese esencialmente nun punto de datos. Este método permítenos asociar números aos diferentes niveis de brillo verde que se ven nestas imaxes. Nos últimos 20 anos aproximadamente, coa revolución na potencia da informática de escritorio e a adquisición de imaxes dixitais, a análise de imaxes converteuse nunha ferramenta práctica que moitos microscopistas (incluídos os petrólogos do formigón) poden usar. A miúdo usamos a análise de imaxes para medir a porosidade capilar da lama. Co tempo, descubrimos que existe unha forte correlación estatística sistemática entre a relación a/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 determinado 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 a/cm e intervalos de confianza do 95 % na mestura composta por cemento puro, cemento de cinzas volantes e aglutinante puzolano natural. Chunyu Qiao e DRP, unha empresa Twining Company
Na análise final, requírense tres probas independentes para demostrar que o formigón in situ cumpre coa especificación de deseño da mestura. Na medida do posible, obtén mostras de núcleos de emprazamentos que cumpran todos os criterios de aceptación, así como mostras de emprazamentos relacionados. O núcleo do deseño aceptado pódese usar como mostra de control e pódese usalo como punto de referencia para avaliar o cumprimento do deseño relevante.
Pola nosa experiencia, cando os enxeñeiros con rexistros ven os datos obtidos destas probas, adoitan aceptar a colocación se se cumpren outras características clave de enxeñaría (como a resistencia á compresión). Ao proporcionar medicións cuantitativas de a/cm e factor de formación, podemos ir máis alá 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, unha empresa Twining. Ten máis de 25 anos de experiencia profesional como petrolóxico e inspeccionou persoalmente máis de 10.000 mostras de máis de 2.000 proxectos en todo o mundo. O Dr. Chunyu Qiao, o científico xefe de DRP, unha empresa Twining, é un xeólogo e científico de materiais con máis de dez anos de experiencia en materiais de cemento e produtos de rocha natural e procesada. A súa experiencia inclúe o uso da análise de imaxes e a microscopía de fluorescencia para estudar a durabilidade do formigón, con especial énfase nos danos causados por sales de desconxelación, reaccións álcali-silicio e ataques químicos en plantas de tratamento de augas residuais.
Data de publicación: 07-09-2021