Els nous avenços en l'assegurament de la qualitat dels paviments de formigó poden proporcionar informació important sobre la qualitat, la durabilitat i el compliment dels codis de disseny híbrid.
La construcció de paviments de formigó pot presentar emergències, i el contractista ha de verificar la qualitat i la durabilitat del formigó in situ. Aquests esdeveniments inclouen l'exposició a la pluja durant el procés de vessament, la postaplicació de compostos de curat, la retracció plàstica i les esquerdes al cap d'unes hores després del vessament, i problemes de textura i curat del formigó. Fins i tot si es compleixen els requisits de resistència i altres proves de materials, els enginyers poden requerir la retirada i substitució de les peces del paviment perquè estan preocupats per si els materials in situ compleixen les especificacions de disseny de la barreja.
En aquest cas, la petrografia i altres mètodes d'assaig complementaris (però professionals) poden proporcionar informació important sobre la qualitat i la durabilitat de les mescles de formigó i si compleixen les especificacions de treball.
Figura 1. Exemples de micrografies de microscopi de fluorescència de pasta de formigó a 0,40 a/c (cantonada superior esquerra) i 0,60 a/c (cantonada superior dreta). La figura inferior esquerra mostra el dispositiu per mesurar la resistivitat d'un cilindre de formigó. La figura inferior dreta mostra la relació entre la resistivitat volumètrica i a/c. Chunyu Qiao i DRP, una empresa Twining.
Llei d'Abram: "La resistència a la compressió d'una mescla de formigó és inversament proporcional a la seva relació aigua-ciment".
El professor Duff Abrams va descriure per primera vegada la relació entre la relació aigua-ciment (a/c) i la resistència a la compressió el 1918 [1], i va formular el que ara s'anomena llei d'Abram: "La resistència a la compressió del formigó Relació aigua/ciment". A més de controlar la resistència a la compressió, ara es prefereix la relació aigua-ciment (a/cm) perquè reconeix la substitució del ciment Portland per materials de cimentació suplementaris com ara cendres volants i escòries. També és un paràmetre clau de la durabilitat del formigó. Molts estudis han demostrat que les mescles de formigó amb una a/cm inferior a ~0,45 són duradores en entorns agressius, com ara zones exposades a cicles de gel-desgel amb sals de descongelació o zones on hi ha una alta concentració de sulfat al sòl.
Els porus capil·lars són una part inherent de la pasta de ciment. Consisteixen en l'espai entre els productes d'hidratació del ciment i les partícules de ciment no hidratades que abans estaven plenes d'aigua. [2] Els porus capil·lars són molt més fins que els porus arrossegats o atrapats i no s'han de confondre amb ells. Quan els porus capil·lars estan connectats, el fluid de l'entorn extern pot migrar a través de la pasta. Aquest fenomen s'anomena penetració i s'ha de minimitzar per garantir la durabilitat. La microestructura de la barreja de formigó duradora és que els porus estan segmentats en lloc de connectats. Això passa quan w/cm és inferior a ~0,45.
Tot i que és notòriament difícil mesurar amb precisió la relació amplària/cm del formigó endurit, un mètode fiable pot proporcionar una eina important de garantia de qualitat per investigar el formigó endurit in situ. La microscòpia de fluorescència proporciona una solució. Així és com funciona.
La microscòpia de fluorescència és una tècnica que utilitza resina epoxi i colorants fluorescents per il·luminar detalls de materials. S'utilitza més habitualment en ciències mèdiques i també té aplicacions importants en la ciència de materials. L'aplicació sistemàtica d'aquest mètode en formigó va començar fa gairebé 40 anys a Dinamarca [3]; es va estandarditzar als països nòrdics el 1991 per estimar la relació aèria/conducció del formigó endurit i es va actualitzar el 1999 [4].
Per mesurar la relació a/cm de materials a base de ciment (és a dir, formigó, morter i rejuntat), s'utilitza epoxi fluorescent per fer una secció fina o bloc de formigó amb un gruix d'aproximadament 25 micres o 1/1000 de polzada (Figura 2). El procés consisteix a tallar el nucli o cilindre de formigó en blocs de formigó plans (anomenats espais en blanc) amb una àrea d'aproximadament 25 x 50 mm (1 x 2 polzades). L'espai en blanc s'enganxa a un portaobjectes de vidre, es col·loca en una cambra de buit i s'introdueix resina epoxi al buit. A mesura que augmenta la relació a/cm, la connectivitat i el nombre de porus augmentaran, de manera que més epoxi penetrarà a la pasta. Examinem les escates al microscopi, utilitzant un conjunt de filtres especials per excitar els colorants fluorescents de la resina epoxi i filtrar l'excés de senyals. En aquestes imatges, les àrees negres representen partícules agregades i partícules de ciment no hidratades. La porositat de les dues és bàsicament del 0%. El cercle verd brillant és la porositat (no la porositat), i la porositat és bàsicament del 100%. Una d'aquestes característiques La "substància" verda clapejada és una pasta (Figura 2). A mesura que augmenten la porositat capil·lar i la relació a cm² del formigó, el color verd únic de la pasta es torna cada cop més brillant (vegeu la Figura 3).
Figura 2. Micrografia de fluorescència de flocs que mostren partícules agregades, buits (v) i pasta. L'amplada del camp horitzontal és d'aproximadament 1,5 mm. Chunyu Qiao i DRP, una empresa Twining.
Figura 3. Les micrografies de fluorescència de les escates mostren que a mesura que augmenta la relació a/cm, la pasta verda es torna gradualment més brillant. Aquestes mescles estan airejades i contenen cendres volants. Chunyu Qiao i DRP, una empresa Twining.
L'anàlisi d'imatges implica l'extracció de dades quantitatives de les imatges. S'utilitza en molts camps científics diferents, des de la microscòpia de teledetecció. Cada píxel d'una imatge digital es converteix essencialment en un punt de dades. Aquest mètode ens permet associar números als diferents nivells de brillantor verda que es veuen en aquestes imatges. Durant els darrers 20 anys aproximadament, amb la revolució en la potència de la informàtica d'escriptori i l'adquisició d'imatges digitals, l'anàlisi d'imatges s'ha convertit en una eina pràctica que molts microscopistes (inclosos els petròlegs del formigó) poden utilitzar. Sovint utilitzem l'anàlisi d'imatges per mesurar la porositat capil·lar de la suspensió. Amb el temps, hem descobert que hi ha una forta correlació estadística sistemàtica entre a/cm i la porositat capil·lar, com es mostra a la figura següent (Figura 4 i Figura 5).
Figura 4. Exemple de dades obtingudes a partir de micrografies de fluorescència de seccions primes. Aquest gràfic representa el nombre de píxels a un nivell de gris determinat en una sola microfotografia. Els tres pics corresponen a agregats (corba taronja), pasta (àrea grisa) i buit (pic sense omplir a l'extrem dret). La corba de la pasta permet calcular la mida mitjana dels porus i la seva desviació estàndard. Chunyu Qiao i DRP, Twining Company Figura 5. Aquest gràfic resumeix una sèrie de mesures capil·lars mitjanes w/cm i intervals de confiança del 95% en la barreja composta de ciment pur, ciment de cendres volants i aglutinant puzolana natural. Chunyu Qiao i DRP, una empresa Twining Company
En l'anàlisi final, calen tres proves independents per demostrar que el formigó in situ compleix amb l'especificació de disseny de la mescla. En la mesura que sigui possible, obteniu mostres de nuclis de col·locacions que compleixin tots els criteris d'acceptació, així com mostres de col·locacions relacionades. El nucli del disseny acceptat es pot utilitzar com a mostra de control i el podeu utilitzar com a punt de referència per avaluar el compliment del disseny pertinent.
Segons la nostra experiència, quan els enginyers amb registres veuen les dades obtingudes d'aquestes proves, solen acceptar la col·locació si es compleixen altres característiques clau d'enginyeria (com ara la resistència a la compressió). En proporcionar mesures quantitatives de w/cm i factor de formació, podem anar més enllà de les proves especificades per a molts treballs per demostrar que la barreja en qüestió té propietats que es traduiran en una bona durabilitat.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI és el litògraf en cap de DRP, una empresa Twining. Té més de 25 anys d'experiència professional com a petròleg i ha inspeccionat personalment més de 10.000 mostres de més de 2.000 projectes a tot el món. El Dr. Chunyu Qiao, el científic en cap de DRP, una empresa Twining, és un geòleg i científic de materials amb més de deu anys d'experiència en materials de cimentació i productes de roca natural i processada. La seva experiència inclou l'ús de l'anàlisi d'imatges i la microscòpia de fluorescència per estudiar la durabilitat del formigó, amb especial èmfasi en els danys causats per sals de descongelació, reaccions alcalí-silici i atacs químics a les plantes de tractament d'aigües residuals.
Data de publicació: 07 de setembre de 2021