Los nuevos avances en el aseguramiento de la calidad de los pavimentos de hormigón pueden proporcionar información importante sobre la calidad, la durabilidad y el cumplimiento de los códigos de diseño híbrido.
La construcción de pavimentos de hormigón puede presentar emergencias, y el contratista debe verificar la calidad y durabilidad del hormigón colado in situ. Estas incluyen la exposición a la lluvia durante el vertido, la aplicación posterior de compuestos de curado, la retracción plástica y el agrietamiento a las pocas horas del vertido, y problemas de texturizado y curado del hormigón. Incluso si se cumplen los requisitos de resistencia y otras pruebas de materiales, los ingenieros pueden requerir la remoción y el reemplazo de partes del pavimento debido a la preocupación de que los materiales in situ cumplan con las especificaciones de diseño de la mezcla.
En este caso, la petrografía y otros métodos de ensayo complementarios (pero profesionales) pueden proporcionar información importante sobre la calidad y durabilidad de las mezclas de hormigón y si cumplen con las especificaciones de la obra.
Figura 1. Ejemplos de micrografías de fluorescencia de pasta de hormigón a 0,40 a/c (esquina superior izquierda) y 0,60 a/c (esquina superior derecha). La figura inferior izquierda muestra el dispositivo para medir la resistividad de un cilindro de hormigón. La figura inferior derecha muestra la relación entre la resistividad volumétrica y la a/c. Chunyu Qiao y DRP, una empresa de Twining.
Ley de Abram: “La resistencia a la compresión de una mezcla de hormigón es inversamente proporcional a su relación agua-cemento”.
El profesor Duff Abrams describió por primera vez la relación entre la relación agua-cemento (a/c) y la resistencia a la compresión en 1918 [1], y formuló lo que ahora se llama la ley de Abrams: "La resistencia a la compresión del hormigón Relación agua/cemento". Además de controlar la resistencia a la compresión, la relación agua-cemento (a/cm) ahora es favorecida porque reconoce el reemplazo del cemento Portland con materiales cementantes suplementarios como cenizas volantes y escoria. También es un parámetro clave de la durabilidad del hormigón. Muchos estudios han demostrado que las mezclas de hormigón con a/cm inferior a ~0,45 son duraderas en entornos agresivos, como áreas expuestas a ciclos de congelación-descongelación con sales de deshielo o áreas donde hay una alta concentración de sulfato en el suelo.
Los poros capilares son inherentes a la lechada de cemento. Consisten en el espacio entre los productos de hidratación del cemento y las partículas de cemento no hidratadas que anteriormente estaban 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 se conectan, el fluido del ambiente externo puede migrar a través de la pasta. Este fenómeno se denomina penetración y debe minimizarse para garantizar su durabilidad. La microestructura de la mezcla de hormigón durable se caracteriza por la segmentación de los poros en lugar de la conexión. Esto ocurre cuando la relación a/cm es inferior a ~0,45.
Aunque es notoriamente difícil medir con precisión la relación agua/cm del hormigón endurecido, un método fiable puede proporcionar una herramienta importante para el control de calidad en la investigación del hormigón endurecido colado in situ. La microscopía de fluorescencia ofrece una solución. Así es como funciona.
La microscopía de fluorescencia es una técnica que utiliza resina epoxi y tintes fluorescentes para iluminar detalles de los materiales. Se utiliza con mayor frecuencia en ciencias médicas y también tiene importantes aplicaciones en la ciencia de los materiales. La aplicación sistemática de este método en el hormigón comenzó hace casi 40 años en Dinamarca [3]; se estandarizó en los países nórdicos en 1991 para estimar la relación agua/cemento del hormigón endurecido y se actualizó en 1999 [4].
Para medir el w/cm de materiales a base de cemento (es decir, hormigón, mortero y lechada), se utiliza epoxi fluorescente para hacer una sección delgada o un bloque de hormigón con un espesor de aproximadamente 25 micras o 1/1000 de pulgada (Figura 2). El proceso implica El núcleo o cilindro de hormigón se corta en bloques de hormigón planos (llamados espacios en blanco) con un área de aproximadamente 25 x 50 mm (1 x 2 pulgadas). El espacio en blanco se pega a un portaobjetos de vidrio, se coloca en una cámara de vacío y se introduce resina epoxi al vacío. A medida que aumenta el w/cm, aumentará la conectividad y el número de poros, por lo que penetrará más epoxi en la pasta. Examinamos las escamas bajo un microscopio, utilizando un conjunto de filtros especiales para excitar los tintes fluorescentes en la resina epoxi y filtrar el exceso de señales. En estas imágenes, las áreas negras representan partículas de agregado y partículas de cemento no hidratado. La porosidad de los dos es básicamente del 0%. El círculo verde brillante representa la porosidad (no la porosidad en sí), y esta es prácticamente del 100 %. Una de estas características es que la sustancia verde moteada es una pasta (Figura 2). A medida que aumenta la relación agua/cemento (w/cm) y la porosidad capilar del hormigón, el color verde característico de la pasta se vuelve cada vez más brillante (véase la Figura 3).
Figura 2. Micrografía de fluorescencia de lascas que muestra partículas agregadas, huecos (v) y pasta. El ancho de campo horizontal es de aproximadamente 1,5 mm. Chunyu Qiao y DRP, una empresa de Twining.
Figura 3. Las micrografías de fluorescencia de las escamas muestran que, a medida que aumenta la relación agua/cemento (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 la extracción de datos cuantitativos de las imágenes. Se utiliza en diversos campos científicos, desde la teledetección con microscopios. Cada píxel de una imagen digital se convierte esencialmente en un punto de datos. Este método permite asignar números a los diferentes niveles de brillo verde que se observan en estas imágenes. En los últimos 20 años, con la revolución en la potencia de los ordenadores 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 del hormigón) pueden utilizar. A menudo utilizamos el análisis de imágenes para medir la porosidad capilar de la lechada. Con el tiempo, hemos descubierto que existe una fuerte correlación estadística sistemática entre la relación agua/cm y la porosidad capilar, como se muestra en las siguientes figuras (Figuras 4 y 5).
Figura 4. Ejemplo de datos obtenidos a partir de micrografías de fluorescencia de secciones delgadas. Esta gráfica representa el número de píxeles en un nivel de gris dado en una sola fotomicrografía. Los tres picos corresponden a los agregados (curva naranja), la pasta (área gris) y el vacío (pico vacío en el extremo derecho). La curva de la pasta permite calcular el tamaño promedio de poro y su desviación estándar. Chunyu Qiao y DRP, Twining Company. Figura 5. Esta gráfica resume una serie de mediciones capilares promedio de a/cm e intervalos de confianza del 95% en la mezcla compuesta de cemento puro, cemento de cenizas volantes y aglutinante puzolánico natural. Chunyu Qiao y DRP, Twining Company.
En última instancia, se requieren tres pruebas independientes para demostrar que el hormigón in situ cumple con las especificaciones de diseño de la mezcla. En la medida de lo posible, obtenga muestras de núcleos de emplazamientos que cumplan con todos los criterios de aceptación, así como muestras de emplazamientos relacionados. El núcleo del diseño aceptado puede utilizarse como muestra de control y como referencia para evaluar el cumplimiento del diseño correspondiente.
En nuestra experiencia, cuando los ingenieros con historial consultan los datos obtenidos de estas pruebas, suelen aceptar la colocación si se cumplen otras características de ingeniería clave (como la resistencia a la compresión). Al proporcionar mediciones cuantitativas de a/cm y factor de formación, podemos ir más allá de las pruebas especificadas para muchos trabajos y demostrar que la mezcla en cuestión posee propiedades que se traducen en una buena durabilidad.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI, es el litógrafo jefe de DRP, una empresa de Twining. Cuenta con más de 25 años de experiencia profesional como petrólogo y ha inspeccionado personalmente más de 10.000 muestras de más de 2.000 proyectos en todo el mundo. El Dr. Chunyu Qiao, científico jefe de DRP, una empresa de Twining, es geólogo y científico de materiales con más de diez años de experiencia en materiales de cementación y productos rocosos naturales y procesados. Su experiencia incluye el uso del análisis de imagen y la microscopía de fluorescencia para estudiar la durabilidad del hormigón, con especial énfasis en los daños causados por sales de deshielo, reacciones álcali-silicio y ataques químicos en plantas de tratamiento de aguas residuales.
Hora de publicación: 07-sep-2021