Los nuevos avances en el aseguramiento de la calidad de los pavimentos de concreto pueden proporcionar información importante sobre la calidad, la durabilidad y el cumplimiento de los códigos de diseño híbrido.
La construcción de pavimento de concreto puede presentar emergencias y el contratista debe verificar la calidad y durabilidad del concreto moldeado in situ. Estos eventos incluyen exposición a la lluvia durante el proceso de vertido, aplicación posterior de compuestos de curado, contracción plástica y agrietamiento unas pocas horas después del vertido, y problemas de texturizado y curado del concreto. Incluso si se cumplen los requisitos de resistencia y otras pruebas de materiales, los ingenieros pueden requerir la remoción y reemplazo de 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 durabilidad de las mezclas de concreto y si cumplen con las especificaciones de trabajo.
Figura 1. Ejemplos de micrografías 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 hormigón. La figura inferior derecha muestra la relación entre la resistividad del volumen y a/c. Chunyu Qiao y DRP, una empresa hermanada
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 Abram: "La resistencia a la compresión del hormigón, relación agua/cemento". Además de controlar la resistencia a la compresión, la relación agua-cemento (w/cm) ahora se ve 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 concreto con a/cm inferior a ~0,45 son duraderas en ambientes agresivos, como áreas expuestas a ciclos de congelación y descongelación con sales descongelantes o áreas donde hay una alta concentración de sulfato en el suelo.
Los poros capilares son una parte inherente de la lechada de cemento. Consisten en el espacio entre los productos de hidratación del 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 líquido del ambiente externo puede migrar a través de la pasta. Este fenómeno se llama penetración y debe minimizarse para garantizar la durabilidad. La microestructura de una mezcla de hormigón 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 la relación a/cm de concreto endurecido, un método confiable puede proporcionar una importante herramienta de control de calidad para investigar el concreto colado in situ endurecido. 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 detalles de materiales. Se utiliza más comúnmente en las ciencias médicas y también tiene aplicaciones importantes en la ciencia de materiales. La aplicación sistemática de este método en el hormigón comenzó hace casi 40 años en Dinamarca [3]; fue estandarizado en los países nórdicos en 1991 para estimar el a/c del hormigón endurecido y fue actualizado en 1999 [4].
Para medir la relación a/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 micrones o 1/1000 de pulgada (Figura 2). El proceso implica que 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). La pieza en bruto 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 w/cm, la conectividad y la cantidad de poros aumentarán, 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 sin hidratar. La porosidad de los dos es básicamente del 0%. El círculo verde brillante es la porosidad (no la porosidad), y la porosidad es básicamente del 100%. Una de estas características La “sustancia” verde moteada es una pasta (Figura 2). A medida que aumentan la relación a/cm y la porosidad capilar del concreto, el color verde único de la pasta se vuelve cada vez más brillante (ver Figura 3).
Figura 2. Micrografía de fluorescencia de escamas que muestra partículas agregadas, huecos (v) y pasta. El ancho del campo horizontal es ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao y DRP, una empresa hermanada
Figura 3. Las micrografías de fluorescencia de las escamas muestran que a medida que aumenta la relación w/cm, la pasta verde se vuelve gradualmente más brillante. Estas mezclas están aireadas y contienen cenizas volantes. Chunyu Qiao y DRP, una empresa hermanada
El análisis de imágenes implica extraer datos cuantitativos de las imágenes. Se utiliza en muchos campos científicos diferentes, desde el microscopio de teledetección. Cada píxel de una imagen digital se convierte esencialmente en un punto de datos. Este método nos permite asignar números a los diferentes niveles de brillo del verde que se ven en estas imágenes. Durante los últimos 20 años aproximadamente, con la revolución en la potencia de las computadoras de escritorio y la adquisición de imágenes digitales, el análisis de imágenes se ha convertido ahora en una herramienta práctica que muchos microscopistas (incluidos los petrólogos concretos) pueden utilizar. A menudo utilizamos 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 de gris determinado en una sola microfotografía. Los tres picos corresponden a agregados (curva naranja), pasta (área gris) y vacío (pico sin relleno en el extremo derecho). La curva de la pasta permite calcular el tamaño medio de los poros y su desviación estándar. Chunyu Qiao y DRP, Twining Company Figura 5. Este gráfico resume una serie de mediciones capilares promedio p/cm e intervalos de confianza del 95% en la mezcla compuesta de cemento puro, cemento de cenizas volantes y aglutinante de puzolana natural. Chunyu Qiao y DRP, una empresa hermanada
En el análisis final, se requieren tres pruebas independientes para demostrar que el concreto en sitio cumple con las especificaciones de diseño de la mezcla. En la medida de lo posible, obtenga muestras básicas de ubicaciones que cumplan con todos los criterios de aceptación, así como muestras de ubicaciones relacionadas. El núcleo del diseño aceptado se puede utilizar como muestra de control y usted puede utilizarlo como punto de referencia para evaluar la conformidad del diseño correspondiente.
Según nuestra experiencia, cuando los ingenieros con antecedentes ven los datos obtenidos de estas pruebas, generalmente aceptan la colocación si se cumplen otras características de ingeniería clave (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 una buena durabilidad.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI es el litógrafo jefe de DRP, A Twining Company. Tiene más de 25 años de experiencia petróloga profesional e inspeccionó 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 Twining Company, es un geólogo y científico de materiales con más de diez años de experiencia en materiales cementantes y productos de rocas naturales y procesadas. Su experiencia incluye el uso de análisis de imágenes y 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