Los nuevos desarrollos en la garantía de calidad de los pavimentos concretos pueden proporcionar información importante sobre la calidad, la durabilidad y el cumplimiento de los códigos de diseño híbridos.
La construcción del pavimento de concreto puede ver emergencias, y el contratista debe verificar la calidad y la durabilidad del concreto fundido en el lugar. Estos eventos incluyen la exposición a la lluvia durante el proceso de vertido, la aplicación posterior a los compuestos de curado, la contracción plástica y las horas de agrietamiento dentro de unas pocas horas después de la vertido, y problemas de textura de concreto y cura. Incluso si se cumplen los requisitos de resistencia y otras pruebas de materiales, los ingenieros pueden requerir la eliminación y el reemplazo de las piezas del pavimento porque les preocupa si los materiales in situ cumplen con las especificaciones de diseño de la mezcla.
En este caso, la petrografía y otros métodos de prueba complementarios (pero profesionales) pueden proporcionar información importante sobre la calidad y la durabilidad de las mezclas de concreto y si cumplen con las especificaciones de trabajo.
Figura 1. Ejemplos de micrografías de microscopio de fluorescencia de pasta de concreto a 0.40 W/C (esquina superior izquierda) y 0.60 W/C (esquina superior derecha). La figura inferior izquierda muestra el dispositivo para medir la resistividad de un cilindro de concreto. La figura inferior derecha muestra la relación entre la resistividad del volumen y W/C. Chunyu Qiao y DRP, una empresa de twining
Ley de Abram: "La resistencia a la compresión de una mezcla de concreto es inversamente proporcional a su relación de cemento de agua".
El profesor Duff Abrams describió por primera vez la relación entre la relación de cemento de agua (w/c) y la resistencia a la compresión en 1918 [1], y formuló lo que ahora se llama ley de Abram: "la resistencia a la compresión de la relación agua/cemento de concreto". Además de controlar la resistencia a la compresión, la relación de cemento de agua (w/cm) ahora se favorece porque reconoce el reemplazo del cemento de Portland con materiales de cementación complementarios como cenizas volantes y escoria. También es un parámetro clave de durabilidad concreta. Muchos estudios han demostrado que las mezclas de concreto con w/cm inferior a ~ 0.45 son duraderas en entornos agresivos, como áreas expuestas a ciclos de congelación-descongelación con tensiones o áreas donde hay una alta concentración de sulfato en el suelo.
Los poros capilares son una parte inherente de la suspensión de cemento. Consisten en el espacio entre los productos de hidratación de cemento y las partículas de cemento no hidratadas que alguna vez estuvieron llenas de agua. [2] Los poros capilares son mucho más finos que los poros arrastrados o atrapados y no deben confundirse con ellos. Cuando los poros capilares están conectados, el fluido del entorno externo puede migrar a través de la pasta. Este fenómeno se llama penetración y debe minimizarse para garantizar la durabilidad. La microestructura de la mezcla de concreto duradera es que los poros están segmentados en lugar de conectados. Esto sucede cuando w/cm es inferior a ~ 0.45.
Aunque es notoriamente difícil medir con precisión el w/cm de concreto endurecido, un método confiable puede proporcionar una herramienta importante de garantía de calidad para investigar el concreto endurecido en el lugar. La microscopía de fluorescencia proporciona una solución. Así es como funciona.
La microscopía de fluorescencia es una técnica que utiliza resina epoxi y tintes fluorescentes para iluminar los detalles de los materiales. Se usa más comúnmente en ciencias médicas, y también tiene importantes aplicaciones en la ciencia de los materiales. La aplicación sistemática de este método en concreto comenzó hace casi 40 años en Dinamarca [3]; Se estandarizó en los países nórdicos en 1991 para estimar el W/C del concreto endurecido, y se actualizó en 1999 [4].
Para medir el w/cm de materiales a base de cemento (es decir, concreto, mortero y lechada), el epoxi fluorescente se usa para hacer una sección delgada o un bloque de concreto con un espesor de aproximadamente 25 micras o 1/1000 pulgadas (Figura 2). El proceso implica que el núcleo o cilindro de concreto se corta en bloques de concreto planos (llamados en blanco) con un área de aproximadamente 25 x 50 mm (1 x 2 pulgadas). El blanco está pegado a un portaobjetos de vidrio, se coloca en una cámara de vacío, y la resina epoxi se introduce al vacío. A medida que aumenta W/CM, la conectividad y el número de poros aumentarán, por lo que más epoxi penetrará en la pasta. Examinamos los copos bajo un microscopio, utilizando un conjunto de filtros especiales para excitar los tintes fluorescentes en la resina epoxi y filtrar señales excesivas. En estas imágenes, las áreas negras representan partículas agregadas y partículas de cemento no hidratadas. La porosidad de los dos es básicamente 0%. El círculo verde brillante es la porosidad (no la porosidad), y la porosidad es básicamente al 100%. Una de estas características, la "sustancia" verde moteada es una pasta (Figura 2). A medida que aumenta el w/cm y la porosidad capilar del concreto, el color verde único de la pasta se vuelve más brillante y brillante (ver Figura 3).
Figura 2. Micrografía de fluorescencia de copos que muestran partículas agregadas, vacíos (V) y pasta. El ancho del campo horizontal es de ~ 1.5 mm. Chunyu Qiao y DRP, una empresa de twining
Figura 3. Las micrografías de fluorescencia de los copos muestran que a medida que aumenta el w/cm, la pasta verde se vuelve gradualmente más brillante. Estas mezclas están aireadas y contienen cenizas volantes. Chunyu Qiao y DRP, una empresa de twining
El análisis de imágenes implica extraer datos cuantitativos de imágenes. Se usa en muchos campos científicos diferentes, desde microscopio de teledetección. Cada píxel en una imagen digital se convierte esencialmente en un punto de datos. Este método nos permite adjuntar números a los diferentes niveles de brillo verde que se ven en estas imágenes. En los últimos 20 años más o menos, con la revolución en la potencia informática de escritorio y la adquisición de imágenes digitales, el análisis de imágenes se ha convertido en una herramienta práctica que muchos microscopistas (incluidos los petrólogos concretos) pueden usar. A menudo usamos el análisis de imágenes para medir la porosidad capilar de la suspensión. Con el tiempo, encontramos que existe una fuerte correlación estadística sistemática entre W/CM y la porosidad capilar, como se muestra en la siguiente figura (Figura 4 y Figura 5)).
Figura 4. Ejemplo de datos obtenidos de micrografías de fluorescencia de secciones delgadas. Este gráfico traza el número de píxeles en un nivel gris dado en una sola fotomicrografía. Los tres picos corresponden a agregados (curva de naranja), pasta (área gris) y vacío (pico sin relleno en el extremo derecho). La curva de la pasta permite calcular el tamaño promedio de poros y su desviación estándar. Chunyu Qiao y DRP, Twining Company Figura 5. Este gráfico resume una serie de mediciones capilares promedio de w/cm e intervalos de confianza del 95% en la mezcla compuesta de cemento puro, cemento volante y aglutinante de pozzolan natural. Chunyu Qiao y DRP, una empresa de twining
En el análisis final, se requieren tres pruebas independientes para demostrar que el concreto en el sitio cumple con la especificación de diseño de mezcla. En la medida de lo posible, obtenga muestras centrales de ubicaciones que cumplan con todos los criterios de aceptación, así como muestras de ubicaciones relacionadas. El núcleo del diseño aceptado se puede usar como una muestra de control, y puede usarlo como un punto de referencia para evaluar el cumplimiento del diseño relevante.
En nuestra experiencia, cuando los ingenieros con registros ven los datos obtenidos de estas pruebas, generalmente aceptan la colocación si se cumplen otras características clave de ingeniería (como la resistencia a la compresión). Al proporcionar mediciones cuantitativas de w/cm y factor de formación, podemos ir más allá de las pruebas especificadas para muchos trabajos para demostrar que la mezcla en cuestión tiene propiedades que se traducirán en buena durabilidad.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI es el principal litógrafo de DRP, una compañía de pisos. Tiene más de 25 años de experiencia profesional en petróloga e inspeccionó personalmente más de 10,000 muestras de más de 2,000 proyectos en todo el mundo. El Dr. Chunyu Qiao, el científico jefe de DRP, una empresa de twining, es geólogo y científico de materiales con más de diez años de experiencia en cementación de materiales y productos de rocas naturales y procesados. Su experiencia incluye el uso del análisis de imágenes y la microscopía de fluorescencia para estudiar la durabilidad del concreto, con especial énfasis en el daño causado por las sales de desbloqueo, las reacciones de álcali-silicio y el ataque químico en las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Tiempo de publicación: sep-07-2021