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Técnicas de Inspeção e Patologia
TC 034 Materiais de Construção III
José Marques Filho
José Marques Filho2 Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho3
Estrutura Interna do Concreto
Recordação
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho4
Microscópio Eletrônico de Varredura
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho5 Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho6 Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho7
Estrutura Heterogênea
Complexa
Composição depende de Inúmeros Fatores
Concreto
Agregados
PastaMacro Estrutura
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho8
Estrutura Heterogênea
Complexa
Composição depende de Inúmeros Fatores
Concreto
Agregados
PastaMacro Estrutura
Micro Estrutura
Agregados
Pasta
Vazios + Água
Zona de Transição
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho9
Importância do Estudo
O estudo da Microestrutura permite entender o
comportamento do concreto
Ferramenta para análise de patologias do concreto e
análise de durabilidade
Desenvolvimento de novos aditivos e suas
conseqüências
Ensaio não-destrutivo Eficiente
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho Técnicas de Inspeção e Patologia10
Microscópio Eletrônico de Varredura
José Marques Filho11 Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho12
Microestrutura – Estruturas Principais
1: C-S-H
2: Ca(OH)2 ou (C-H)
3: Vazio Capilar
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho13
Magnitude dos Estudos
0.001 µ m 0.01 µ m 0.1 µ m 1 µ m 10 µ m 100 µ m 1 mm 10 mm
1 nm 10 nm 100 nm 1000 nm 104 nm 105 nm 106 nm 107 nm
(a)
1 m 10 m 100 m 1000 m 104 m 105 m 106 m 107 m
(b) Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho14
Hidratação dos Aluminatos
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho15
Hidratação dos Silicatos
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho16
Ca(OH2)
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho17
Exsudação
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho18
Zona de Transição
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho19
Zona de Transição
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho20
Zona de Transição
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho21
Zona de Transição
Sujeita à Microfissuração
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho22
Magnitude
200 x
2000 x
5000 x
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho23
Vazios e Presença da Água
Água interlamelar
Água Fisicamente Adsorvida
Água Capilar
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho24
Vazios
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho25
Presença da água
Capilares: vazios maiores que 50 A. Cuidado
com efeitos da tensão capilar
Adsorvida: próxima à superfície do sólido
Interlamelar: Associada à estrutura do C-S-H
Quimicamente combinada; faz partes dos
produtos de hidratação
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho
Instrumentos Especiais de Análise
José Marques Filho
Petrografia
José Marques Filho
O QUE ANALISAR:
• Identificação dos minerais formadores de rochas (transparentes);
• Identificação de minerais deletérios;
• Modo de ocorrência dos minerais;
• Textura da rocha;
• Estrutura da rocha;
• Inter-relacionamento com outras rochas, etc.
MICROSCOPIA ÓTICA POR LUZ TRANSMITIDA -PETROGRAFIA
Objetivo: estudo e classificação das rochas
José Marques Filho
marca ZEISS
Microscópio ótico de luz transmitida
José Marques Filho
PETROGRAFIA
Preparação das Lâminas Delgadas
José Marques Filho
Análise petrográfica
de rocha - Exemplo
José Marques Filho
Registro: 1.1896.2002C
Procedência Referência Natureza Classificação:
SEDIMENTAR CALCÁRIO
EXAME MACROSCÓPICO
Cor: cinza claro a escuro Estrutura: maciça
EXAME MICROSCÓPICO
Composição Mineralógica Estimada:
Agregado graúdo: Calcário: carbonato: 95-97%; opacos/matéria orgânica: 2%; quartzo: 1%.
Agregado miúdo: quartzo: 90%; carbonato: 5%; muscovita: 3%; opacos/hidróxido-óxido de ferro:
2%; feldspato: traços.
1. Agregado graúdo: Aspecto geral do calcário. 2.
Microfissuras no contato argamassa/agregado e
propagando pela argamassa; 3. Argamassa. Imagem ao
microscópio ótico com nicóis paralelos.
1. Calcário com grãos de carbonato recristalizado (2); 3.
Argamassa. Imagem ao microscópio ótico com nicóis
cruzados.
DESCRIÇÃO
Agregado graúdo apresenta fragmento de rocha de granulação fina a média e textura granular. Em
algumas partes da lâmina o carbonato encontra-se bem cristalizado, desenvolvido e em outros,
microcristalinos. Onde encontra-se o carbonato mais desenvolvido, ocorre a maior concentração de
quartzo. Ocorrem veios irregulares preenchidos com minerais opacos, matéria orgânica e
carbonato. Alguns fragmentos apresentam-se fraturados. No agregado miúdo, encontra-se areia
mal selecionada, grão de quartzo subangulosos a subarredondados, fragmentos de, provavelmente,
quartzito, finas palhetas de muscovita, alguns fragmentos da rocha citada acima. A maioria dos
grãos de quartzo apresentam extinção ondulante (ângulo de extinção menor do que 20º,
encontrando na minoria, maior do que 25º, na maioria), encontram-se quartzo microcristalino, com
óxido/hidróxido de ferro e fraturados e alguns, com suas bordas pouco corroídas pelo
óxido/hidróxido de ferro. A argamassa tem coloração acastanhada, na maioria apresenta boa
adesão com o agregado, porém em algumas porções encontra-se fraturada e sem adesão com o
agregado.
Executado: Ana Lívia Zeitune de Paula Silveira
Geóloga do Laboratório de Solos
Responsável: Cláudia H. de Castro
Chefe do Laboratório de Solos
2
1
3
1
3
2
Análise petrográfica
de CP de concreto -
Exemplo
José Marques Filho
Microscopia Ótica
José Marques Filho
Microscópio de Luz Refletida
34
marca LEICA
José Marques Filho
MICROSCOPIA ÓTICA DE LUZ REFLETIDA -
DESCRIÇÃO DOS MINERAIS OPACOS
José Marques Filho
Aspecto das Seções Polidas a olho nú
MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA
OBJETIVO:
ESTUDO DOS
MINERAIS
OPACOS
José Marques Filho
SULFETOS MAIS COMUNS e PRODUTO FINAL DE
ALTERAÇÃO
PIRROTITA: Fe7S8 - FeS
PIRITA: FeS
MARCASITA: FeS2
LIMONITA
FeO (OH).nH2O
CALCOPIRITA: CuFeS2Outros
sulfetos de
cobre
LIMONITA
José Marques Filho
1. Identificação dos minerais opacos, ex: óxidos de Fe e Mn;
sulfetos (pirita, pirrotita, etc); metais nativos (Au,Ag, Pt);
pldpo
cp
pi
pi
Escala = 100 µm Dr. Eike Gierth - 2004
ANÁLISE QUALITATIVA
– apenas identificação mineralógica – 10 a 15 minutos;
MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA
José Marques Filho
Agregados
portadores
de sulfetos
Barragem de Graus - Espanha
(MIEZA, 1998)
MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA
José Marques Filho
• ANÁLISE SEMIQUANTITATIVA – avaliação percentual dos
minerais presentes, em função de padrões visuais existentes – 20
minutos.
• ANÁLISE QUANTITATIVA – análise modal ou contagem de pontos –
2 a 3 horas contagem de ≥ 2700 pontos ( novo Software de
análise de imagem)
MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA
José Marques Filho
Desbaste da superfície em disco
metálico + carbeto de silício
Montagem de SP de areia
natural em moldes com resina
epoxi
Preparação das Seções Polidas
José Marques Filho
Polimento em diversas lixas, seguidas por panos e
pastas diamantadas de diferentes granulometrias
Preparação das Seções Polidas
José Marques Filho
Microscópio Eletrônico de Varredura
José Marques Filho
Introdução
O MEV é um equipamento que usa um feixe de elétrons de alta
energia para análise microscópica de fases sólidas.
É um processo físico de fácil compreensão e o primeiro
equipamento data de 1938
Primeiro equipamento comercial - Cambridge Instruments -
década 60
Furnas: marca Leica, modelo S440i - 1995
Fonte: Nicole Andrade
José Marques Filho
Característica
Utiliza incidência de feixe de elétrons em
amostras ao invés de luz (não é ótico)
Permite imagens com até 300.000x de
aumento
Para estudos em Engenharia civil o aumento
utilizado máximo é da ordem de 10.000x
45
José Marques Filho
MEV Furnas: marca Leica, modelo S440i - 1995
Fonte: Nicole Andrade
José Marques Filho
Introdução
Pelas análises no MEV são fornecidas as seguintes informações:
Topografia: superfície da figura de um objeto, isto é textura; relação direta entre a figura e propriedades do material (dureza, refletância, etc)
Morfologia: A forma e tamanho das partículas que formam um objeto; relação direta entre estrutura e propriedade do material (ductibilidade, resistência, reatividade).
Composição: Os elementos e compostos que compõem o objeto e as relativas quantidades deles, relacionadas diretamente composição e propriedades dos materiais (ponto de fusão, reatividade, dureza, etc)
Informação cristalográfica: como os átomos são ordenados no objeto; relação direta entre ordenação e propriedades do material (conductibilidade, propriedades elétricas, resistência, etc).
José Marques Filho
Permite a análise da microestrutura de diversos materiais:
Metais
Polímeros
Concretos
Argamassas
Pastas de cimento
Rochas e solos
Outros
MEV
José Marques Filho
Compósitos contendo cimento
Tipos de investigação:
produtos de hidratação
porosidade/compacidade
produtos de reações expansivas
caracterização química/morfológica das
fases presentes
MEV
José Marques Filho
Amostras espessas
Alta resolução (30Å)
Grande profundidade de foco (300x melhor do
que microscópio ótico)
Imagens tridimensionais
Obs: 1Å ~ 10 -7 mm
Características
José Marques Filho
Funcionamento
O MEV funciona exatamente como os microscópios
óticos, exceto que o primeiro usa feixes de elétrons e
o segundo usa luz para formar a imagem e ganha
informação como estrutura e composição.
Os passos básicos que envolvem o SEM são:
Uma corrente de elétrons é formada por uma fonte de
elétrons e acelerada em direção à amostra, usando um
potencial elétrico positivo.
José Marques Filho
Esta corrente é confinada e focalizada, usando
aberturas de metal e lentes magnéticas, a um feixe
monocromático fino e condensado.
Este feixe é focalizado em cima da amostra usando
uma lente magnética.
Interações ocorrem dentro da amostra irradiada,
afetando o feixe de elétrons. Estas interações e
efeitos são detectados e transformados em uma
imagem.
Funcionamento
José Marques Filho
Poder de Resolução
Objeto
resolvido
Objeto não
resolvido
Objeto parcialmente
resolvidoSem Resolução Resolução parcial Com Resolução
José Marques Filho
Poder de Resolução
Tipo de observação
Olho nu
MO MEV MET
Resolução 100
m
(0,1 mm)
m
m
(3,0 nm)
m
(0,2 nm)
Nota: 1m = 10-3 mm
1nm = 10 Å
José Marques Filho
Microscopia Eletrônica de Varredura
Componentes Básicos do MEV
Coluna ótica-eletrônica
Fonte de elétrons
Lentes
eletromagnéticas
Câmara para amostra
Sistema de vácuo
Bobina de varredura
Coletores
Controle eletrônico de sistema
de imagens
Amplificador
Tubo de
raioscatódicos
F
L 1
L 2
L 3
A
G
AmostraColetor
Fonte: Nicole Andrade
José Marques Filho
Interação Feixe-Amostra e Tipos de Sinais
AMOSTRA
elétrons transmitidos
Elétrons Secundários (SE)
Elétrons Retroespalhados (BSE)
FEIXE INCIDENTE(elétrons primários)
Raios X
Elétrons Auger
Catodoluminescência
José Marques Filho
Volume Envolvido na Interação Feixe-Amostra
Feixe
Primário
Elétrons Auger
Elétrons Secundários
Elétrons Retroespalhados
Raio-X Característico
Fluorescência
Superfície
da Amostra
José Marques Filho
Principais Detetores :
Elétrons secundários (SE)
Formação imagens
Informações topológicas - morfologia dos
produtos
Elétrons retroespalhados (BSE)
Diferentes fases presentes através tons de cinza
Informações sobre o nº atômico médio das fases
Raios X
Identificar e quantificar elementos químicos
presentes
Microscopi
a Eletrônica de
Varredura
José Marques Filho
Micr
osc
opia
Eletr
ônic
a de
Varr
edur
a
SEBSE
José Marques Filho
BSE - DIFERENTES FASES
SE - MORFOLOGIA
José Marques Filho
Microscopia Eletrônica de Varredura
Preparação das Amostras
Amostras condutoras (não necessitam de preparação prévia)
Amostras não condutoras:
Recobrimento da superfície c/ material condutor/contato
metalização
porta amostra aterramento
(amostras polidas ou sup. fratura)
José Marques Filho
Detalhe da preparação das amostras para o MEV.
Aterramento com fita de carbono e
revestimento em ouro.
62
José Marques Filho
EDS e WDS
José Marques Filho
Microanálise (RX):
Análise química de um volume mínimo de material, na ordem de 1 mm³ , permitindo a identificação dos elementos químicos presentes em uma determinada região de interesse da amostra (ideal => amostra polida)
José Marques Filho
Microanálise (RX):
Espectrometria por EnergiaDispersiva de Raios- X - EDS -análise simultânea e rápida (qualitativae semi-quantitativa)
Espectrometria por Dispersão deComprimento de Onda de Raios-X -WDS - análise demorada e maisprecisa (quantitativa)
José Marques Filho
K
N
L
Raios-X
L
K
Elétron Retroespalhado
Elétron Secundário
N
Feixe Incidente
Formação dos Raios-X
José Marques Filho
Espectro de Raios-X através de EDS
-1 0 1 2 3 4 50
50
100
150
200
250
Energia (keV)
cps
Ca
Al
Si
AuMa Ca
Pd
José Marques Filho
Difração de Raios-X
José Marques Filho
DIFRAÇÃO DE RAIOS-X
• VERIFICAÇÃO DO GRAU DE AMORFICIDADE DA
AMOSTRA
• AVALIAÇÃO SEMI-QUANTITATIVA DOS MINERAIS
PRESENTES ENTRE AMOSTRAS SEMELHANTES
• DETERMINAÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA DOS
MINERAIS (e de compostos orgânicos e inorgânicos
naturais ou sintetizados)
• AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DOS MINERAIS
• IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS
( e de compostos orgânicos e inorgânicos naturais ou
sintetizados)
José Marques Filho
Difratômetro - Marca Siemens
José Marques Filho
ANÁLISE DA AMOSTRA
OBS: Limite de Detecção - Método usual 5%
O DETECTOR:
• tubo contendo um gás nobre (argônio ou criptônio);
•Objetivo: transformar os fótons dos Raios-X em
pulsos elétricos.
Pulsos amplificador computador
onde são processados e registrados como
DIFRATOGRAMAS
José Marques Filho
Difratômetro de Raios-X e Computador com Software para Identificação dos Difratogramas
ANÁLISE DA AMOSTRA
José Marques Filho
Tipos de amostras:
Solos
Rochas
Materiais cimentícios (cimento; escória AF)
Adições minerais e/ou pozolânicas (ex: sílica
ativa, cinza de casca de arroz, cinza volante,
metacaulim)
José Marques Filho
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
1 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA NÃO ORIENTADA:
Pulverização em gral de ágata ou pulverização em moinho de disco orbital
Pulverização da amostra em Moinho de Disco Orbital
José Marques Filho
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
1 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA NÃO ORIENTADA:
montagem direta no porta-amostras do difratômetro, por
pressão;
Colocação no porta-amostras
Pressão para fixação do póAmostra de pó pronta para análise
José Marques Filho
Difratograma de um Mineral Puro: Gipsita
IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS
GIPSITA
33-0311 (*) - Gypsum, syn - CaSO4∙2H2O - Y: 13.02 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Monoclinic - I/Ic PDF 1.8 -
Operations: Import
Prog. 665 - Reg. 1.0640.04 - Gesso - File: 1,0640,04.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1. s - T
Lin
(C
oun
ts)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
2-Theta - Scale
3 10 20 30 40 50 60 70
7,5683
4,2
808
3,8
082
3,0
610
2,8
691
2,7
872
2,6
853
2,5
953
2,2
151
2,0
806
1,9
898
1,8
961
1,8
104
1,7
797
1,6
191
1,4
576
1,3
639
Valores de d em Å
José Marques Filho
2 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA ORIENTADA:
Pulverização, seguida de:
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
decantação em proveta
(segundo a Lei de Stockes)adição de defloculante
José Marques Filho
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Centrifugação
José Marques Filho
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Montagem em 03 lâminas orientadas / amostra
NATURAL GLICOLADA CALCINADA
José Marques Filho
Solo com mineral expansivo
IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS
SOLO
Operations: Y Scale Add 1955 | Y Scale Add 1000 | Y Scale Mul 1.95
Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra calcinada - File: 3.0002.04C.raw
Operations: Y Scale Add 818 | Y Scale Add 1000 | Y Scale Mul 2.000
Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra glicolada - File: 3.0002.04G.raw
Operations: Y Scale Add 477 | Y Scale Add 500 | Y Scale Mul 1.500 |
Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra natural - File: 3,0002,04N.RAW -
Operations: Import
Prog. 660 - Reg. 660 - Amostra Integral - File: 3,0002,04I.RAW - Type:
Lin
(C
oun
ts)
0
10000
20000
2-Theta - Scale
20 40 60
17,1
124
14,0034
9,8
973 7,0
580
4,9
864
4,7
069
4,2
334
3,5
502
3,2
385
2,8
861
2,8
065
3,3
360
2,4
902
1,9
903
1,8
184
ES
ME
CT
ITA
CLORITAC
AU
LIN
ITA
/ C
LO
RIT
A
MU
SC
OV
ITA
QU
AR
TZ
O
QUARTZO / MUSCOVITA
CLO
RIT
A
MU
SC
OV
ITA
/ E
SM
EC
TIT
A
CLO
RIT
A /
CA
ULIN
ITA
FE
LD
SP
AT
O
MU
SC
OV
ITA
MU
SC
OV
ITA MU
SC
OV
ITA
/ C
LO
RIT
A /
ES
ME
CT
ITA
QU
AR
TZ
O /
CLO
RIT
A
DO
LO
MIT
A
INTEGRAL
NATURAL
GLICOLADA
CALCINADA
José Marques Filho
Reg. 2.0967.2003 - Prof. 3,60 a 4,00m
Op erat ion s : Y S cale M ul 1.409 | Y S cale M ul 1 .667 | Y S ca le M ul 2 .0 00 | Im por t
Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra calc in ada - F ile: 2 ,096 7,03 _C .R AW - T ype : 2T h /T h l ocke d - S tar t: 3 .0 00 ° - End : 52 .1 50 ° - Step: 0 .0 50 ° - S te p tim e : 1. s - T em p.: 25 °C (R oom ) - T im e Started : 3 s - 2- T heta: 3.0 00 ° - T h e
Op erat ion s : Y S cale M ul 1.400 | Y S cale M ul 1 .542 | Y S ca le M ul 1 .5 42 | Im por t
Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - -am os tr a g licol ada - Fi le: 2 ,0 96 7,03_ G.R AW - T ype: 2T h /T h l ocked - S tar t: 3 .0 00 ° - E nd : 70 .0 00 ° - Step: 0 .0 50 ° - S te p tim e : 1. s - T em p.: 25 °C (R oom ) - T im e Started: 6 s - 2-T heta: 3.00 0 ° - T h e
Op erat ion s : Y S cale M ul 1.273 | Y S cale M ul 1 .417 | Y S ca le M ul 1 .1 25 | Im por t
Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra n atu ral - Fi le: 2 ,0 96 7,03 _N .R AW - T ype: 2 T h/T h lo cked - S tart : 3 .0 00 ° - E nd : 70 .0 00 ° - S tep : 0 .0 50 ° - S tep t im e: 1 . s - T em p .: 25 °C (R oom ) - T im e Started: 3 s - 2-T h eta: 3.00 0 ° - T h eta:
Op erat ion s : Im po rt
Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra in te gral - F ile: 2 ,096 7,03 _I.R AW - T yp e: 2T h /T h locked - Start: 3.000 ° - En d: 7 0.00 0 ° - Step: 0.050 ° - Step ti m e: 1. s - T em p.: 2 5 °C (R oo m ) - T i m e S tar ted : 3 s - 2 -T heta: 3 .0 00 ° - T h eta:
Lin
(C
ounts
)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
2-Theta - Scale
3 10 20 30 40 50 60 70
10
,083
9
7,2408
5,0
567
4,8
38
6
4,1
623
3,5898
3,3544
2,6
97
1
2,5
152
2,3
83
9
CAOLINITA
CAOLINITA
CA
OL
INIT
AILITA
ILIT
A
GIB
BS
ITA
ILITA
HE
MA
TIT
A
HE
MA
TIT
A
GIB
BS
ITA
/ C
AO
LIN
ITA
Solo com argilomineral não expansivo
com colapso da estrutura da Caulinita na análise calcinada
IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS
CALCINADA
GLICOLADA
NATURALINTEGRAL
José Marques Filho
VERIFICAÇÃO DO GRAU DE AMORFICIDADE DA AMOSTRA
Difratograma de Amostra Amorfa: Pozolana - CCACinza de Casca de Arroz
Operations: Import
Prog. 636 - Reg. 1.2622.04 - amostra 2 - File: 1,2622,04_am2.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° -
Lin
(C
ounts
)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2-Theta - Scale
3 10 20 30 40 50 60 70
Totalmente Amorfa
Reg. 1.2622.2004 - Am 19
14-0260 (I) - Tridymite-20H, syn - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Hexagonal - I/Ic PDF 1. - S-Q 50.0 %
03-0267 (D) - Cristobalite - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - I/Ic PDF 1. - S-Q 50.0 %
Operations: Import
Prog. 636 - Reg. 1.2622.04 - amostra 19 - File: 1,2622,04_am19.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 6 s - 2-Theta: 3.000 ° - Theta:
Lin
(C
ounts
)
0
1000
2000
3000
2-Theta - Scale
3 10 20 30 40 50 60 70
4,7
213
4,2
934
4,0
761
3,2
244
2,6
976
2,4
917
2,0
141
1,8
790
1,6
969
1,4
347
CCA com cristobalita e tridimita
José Marques Filho83
Zona de Transição
Mais Frágil
Apresenta cristais orientados com planos de clivagem bem caracterizados
Cristais grandes e com vazios
Como já está microfissurada, é necessário menor esforço para ruptura na compressào
Ruptura a tração: Fissuras se propagam mais rapidamente
Resistência Aumenta com a idade
Durabilidade afetada pelo aumento da permeabilidade
Diminuindo o diâmetro máximo pode alterar o filme de água que o envolve
Técnicas de Inspeção e Patologia
José Marques Filho
REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADORecordação e Identificação
84
José Marques Filho
Reação Álcali-Agregado (RAA)
85
AGREGADOS INERTES?
Muitos minerais são instáveis em ambiente alcalino.
REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA)
Reação química que ocorre entre íons alcalinos presentes no
concreto e alguns minerais reativos.
A reação gera produtos expansivos (gel) capazes de
microfissurar o concreto, causando a perda de elasticidade,
resistência mecânica e durabilidade (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
José Marques Filho 86
JUSTIFICATIVAS
De acordo com Hasparyk (2005), após a instalação da RAA em
uma estrutura de concreto, não se conhece uma medida eficiente e
ao mesmo tempo econômica para combatê-la.
Apesar dos vários estudos desenvolvidos mundialmente, ainda
não foi definido um método rápido e eficaz para avaliar esta reação
RAA (Tiecher, 2006) . Portanto, o conhecimento dos métodos
investigativos mais empregados é imprescindível para a realização
de investigação e diagnóstico da RAA.
José Marques Filho
Mecanismo do Processo de Reação
87
Fonte: Ferraris (2000) apud Valduga (2002)
Sintomas:
• fissuras em forma de mapa;
• descoloração do concreto;
• deslocamentos estruturais;
• exsudação de gel sílico-alcalino.
(Paulon, 1981)
José Marques Filho
Tipos de RAA
88
O:
• Reação álcali-sílica (RAS): reação que participam a sílica reativa dosagregados e os álcalis, na presença do hidróxido de cálcio originadopela hidratação do cimento, formando um gel expansivo (NBR 15577-1/2008).
• Reação álcali-silicato (RAS): é um tipo específico de reação álcali-sílicaem que participam os álcalis e alguns tipos de silicatos presentes emcertas rochas (NBR 15577-1/2008).
• Reação álcali-carbonato (RAC): reação em que participam os álcalis eagregados rochosos carbonáticos, não há formação de gel expansivoe a deterioração do concreto ocorre devida à desdolomitização darocha e o consequente enfraquecimento da ligação pasta-agregado.
José Marques Filho
Fatores Relevantes
89
PRINCIPAIS FATORES INTERVENIENTES :
• Teor de álcalis: consumo e equivalente alcalino do cimento, agregadoscontaminados, fontes externas e aditivos;
• Agregados: composição granulométrica e características mineralógicas(teor de agregados reativos);
• Umidade: requisito para expansão, favorece a migração dos íonsalcalinos;
• Temperatura : catalisador;
• Tensões no concreto: retarda a fissuração e reduz a expansão emdireção ao carregamento;
• Tempo.
José Marques Filho 90
INSPEÇÃO VISUAL “IN LOCO”É o primeiro passo para a investigação de estruturas de concretoafetadas pela RAA.
Quando há indícios da ocorrência da RAA, é necessário a realizaçãouma inspeção in situ e a extração de testemunhos de concreto paraensaios laboratoriais (ALVES et. al., 1997).
Verifica-se todas as manifestações patológicas visualizáveis, buscandocorrelacioná-las com os sintomas característicos da RAA.
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
Características visuais
– Fissuração em mapa
– Aparecimento de borda de reação nos agregados
– Surgimento de gel na superfície
– Gel no interior dos poros com cor esbranquiçada
a caramelada
Técnicas de Inspeção e Patologia91
Borda de Reação
Gel em poro
José Marques Filho 92
Reação Álcali Agregado – Fissuração em Mapa
José Marques Filho 93
Métodos de Investigação Visual
Exsudação de GelExsudação de Gel
Fissuração em Mapa
José Marques Filho Técnicas de Inspeção e Patologia94
Borda de reaçãoAgregado com fissura
José Marques Filho 95
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 96
INSPEÇÃO VISUAL EM TESTEMUNHOS DE CONCRETO – MÉTODO IDC
• Índice de Deterioração do Concreto (IDC) Avalia a deterioração de
concretos afetados pela RAA.
• O índice IDC é determinado sobre a superfície polida de testemunhosde concreto, preparadas a partir de cortes longitudinais.
• O IDC é obtido pela marcação de um quadrado de lado igual a 150mm e Em seguida as amostras são analisadas ao microscópio
estereoscópico atribuindo-se pesos para cada defeitoidentificado
Após soma-se os pesos, obtendo-se o índice de deterioração(ID).
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
97
ID
José Marques Filho 98
ANÁLISE PETROGRÁFICA Pode ser utilizada para rocha e para
concreto
POSSIBILITA:
• Obtenção de informações qualitativas;
• Caracterização mineralógica e textura dos agregados (VIEIRA
& OLIVEIRA, 1997);
• Identificação de fases mineralógicas reconhecidamente
instáveis (VALDUGA 2007);
• Investigação de concretos afetados pela RAA.
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 99
Microscópio Óptico de Luz Transmitida
Fotomicrografias de poro com gel
Lâminas delgadas com 30 μm de espessura
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 100
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) E ESPECTROSCOPIA
DE ENERGIA DISPERSIVA DE RAIOS X (EDS)
POSSIBILITA:
Investigação da morfologia através de produção de imagens com alta
resolução;
Caracterização dos elementos químicos dos produtos da RAA (MARUSIN,
1995).
Identificação precisa dos produtos da RAA, auxiliando no diagnóstico do
concreto afetado.
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 101
(a) imagem e espectro de superfície de fratura, região da argamassa (ampliação 412 X)
(b) percentual atômico
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 102
DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)
POSSIBILITA:
determinação das fases cristalinas presentes nos materiais, ela é
utilizada para obtenção de informações sobre a estrutura, composição e
estado de materiais (DAL MOLIN, 2007).
caracteriza a presença de silicatos amorfos, confirmando a presença de
géis de RAA.
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 103
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 104
MÉTODO ACELERADO DE BARRAS DE ARGAMASSA
Submissão de barras de argamassa à determinadas condições e medição de
expansões.
NBR 15577-4/08
As barras de argamassa (2,5 x 2,5 x 28,5cm) são moldadas com uma relação
água/cimento (padrão) de 0,47 e colocadas em imersão de solução alcalina
(NaOH, 1N, 80 °C).
As leituras de referência são realizadas aos 16 e 30 dias:
Expansão < 0,19% aos 30 dias → considerado potencialmente inócuo;
Expansão > 0,19% aos 30 dias → considerado potencialmente reativo;
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 105
Disposição das barras de
argamassas dentro do tanque com
a solução (NaOH, 1N a 80 °C)
Leitura de expansão em barras de
argamassa
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 106
MÉTODO ACELERADO DE BARRAS DE ARGAMASSA
POSSIBILITA:
Determinação do potencial reativo do agregado em análise com objetivo:
1) Preventivo/investigativo: agregado em análise e cimento padrão;
2) Mitigação: agregado reativo, cimentos e adições;
3) Reatividade residual: agregado já em reação e cimento padrão;
4) Pode dar resultados FALSOS POSITIVOS e FALSOS NEGATIVOS
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 107
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,500
2 16 30
Exp
an
são
(%
)
Tempo (dias)
MédiaJazida
MédiaBarragem
0,10% Limite 0,19%
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 108
MÉTODO DE PRISMAS DE CONCRETO
Submissão de prismas de concreto à determinadas condições e medição
de expansões.
NBR 15577-6/08
Os prismas de concreto (7,5 x 7,5 x 28,5cm) moldados em condições
padronizadas são expostos em ambiente saturado com água à
temperatura de 38 ºC.
Leitura de referência após um anos de ensaio:
Expansão < 0,04% → o agregado é considerado potencialmente inócuo;
Expansão > 0,04% → o agregado é considerado potencialmente reativo;
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 109
MÉTODO DE PRISMAS DE CONCRETO
POSSIBILITA:
Determinação do potencial reativo do agregado em análise com
objetivo:
1) Preventivo/investigativo: agregado em análise e agregado
reativo;
2) Mitigação: agregado reativo, combinação de materiais
cimentícios.
3) Maior confiabilidade que o acelerado
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 110
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho 111
DETERMINAÇÃO DE EXPANSÃO RESIDUAL EM TESTUMUNHOS DE
CONCRETO
Metodologias correspondem a adaptações das normas de
determinação da expansão em prismas de concreto e determinação da
expansão em barras de argamassa pelo método acelerado.
POSSIBILITA:
determinação de expansão residual
MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA
José Marques Filho
VISUALIZAÇÃO RAA
112
José Marques Filho
Patologias em Barragens 113
Reação álcali-agregado
Poros na argamassa revestido
com produto branco (6,4 X)
Microscopia Ótica
As análises microscópicas petrográficas
do agregado e das barras de argamassa
são obtidas com auxílio do microscópio
estereoscópico (amostra em superfície
plana semi-polida) e complementado por
análise ao microscópio polarizador de
luz transmitida (em lâmina delgada).
José Marques Filho 114
Microscopia Ótica
Poro próximo ao agregado
revestido com produto branco
(16,0 X)
Reação Álcali Agregado
José Marques Filho
Patologias em Barragens 115
Microscopia Ótica
Faixa quartzosa (1) no contato entre o mármore (à esquerda) e o calcário (à direita). Cristais de quartzo estirados com extinção
ondulante (2), calcário arenoso (3); lente de quartzo e mármore calcítico (4) com cristais bem desenvolvidos de calcita (5) e quartzo (6).
Imagem ao microscópio ótico; nicóis cruzados; aumento de 25x.
1
2
4
3
5
6
Reação Álcali Agregado
José Marques Filho
Patologias em Barragens 116
Microscopia Eletrônica de Varredura
Poro Preenchido com Gel
Gretado Botrioidal
(800 X)
Gel Maciço Gretado no Poro
(450 X)
Reação Álcali Agregado
José Marques Filho 117
Microscopia Eletrônica de Varredura
Poro com Gel Maciço
Próximo ao Agregado
(280 X)
Poro com Produto na Forma
Rendada
(2.200 X)
Reação Álcali Agregado
José Marques Filho 118
Microscopia Eletrônica de Varredura
Gel Amorfo no Poro
(2.600 X)
Produto Cristalizado (C)
entre Agregados (A)
(6.900 X)
Reação Álcali Agregado
José Marques Filho
ETRINGITA TARDIA E SECUNDÁRIA
Recordação e Identificação
119
José Marques Filho 120
(trisulfoaluminato de cálcio)
ETRINGITA DE HIDRATAÇÃO
A etringita é conhecida como o primeiro
hidrato a se formar quando o cimento
entra em contato com a água, sendo um
produto de hidratação normal de ser
encontrado em concretos.
Este produto é responsável pelo
enrijecimento (perda de consistência) e
início da pega (solidificação dada pela
C3A) da pasta.
MEV- 7.000X – cristais aciculares de etringita
C3A (aluminato tricálcico) + CaSO4 (gesso) + H2O => C6AS3H32
Formação de Etringita Secundária ou Tardia
José Marques Filho 121
reduzir a solubilidade do C3A, caso
contrário as fases aluminatos se
formariam rapidamente endurecendo o
concreto nas primeiras horas, evitando a
praticidade de sua utilização;
Aumenta a solubilidade dos silicatos
(pela presença do SO4), acelerando a
velocidade de hidratação da fase C3S,
que contribui para o final da pega.
Motivo do uso do gesso (regulador de pega):
Retarda pega causada pelo C3A e acelera a pega causada pelo C3S:
Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita
José Marques Filho 122
ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA:
Uma outra possibilidade, de acordo com
Mehta & Monteiro e Neville, é que este
produto (a etringita) possa ser formado
em concretos, já no estado endurecido,
quando do ataque externo por sulfatos
de cálcio que podem estar presentes em
solos ou águas freáticas.
Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita
José Marques Filho 123
ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA:
Segundo Mehta & Monteiro, há uma
concordância geral que as expansões no
concreto relacionadas aos sulfatos são
associadas à formação da etringita e apesar
dos mecanismos de expansão não estarem
bem definidos, acredita-se que esta expansão
possa estar associada ao crescimento de seus
cristais ou à adsorção de água deste produto
em meio alcalino.
Outro produto que também pode ser
formado e causar expansões a partir de um
ataque por sulfatos é a gipsita. Amostra polida - interface/poro
Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita
José Marques Filho
Patologias em Barragens 124
ETRINGITA SECUNDÁRIA:
MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio
Concretos que utilizarem cimentos com
elevados teores de C3A estão sujeitos a
formação de monosulfatos.
Alguns dias após a hidratação do cimento,
acaba o gesso (CaSO4), fazendo com se
processe a reação:
C3A + etringita (fornece S) => monosulfato
(fase instável) C4ASH18
Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita
José Marques Filho 125
ETRINGITA SECUNDÁRIA:
MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio
Concretos que utilizarem cimentos com
elevados teores de C3A estão sujeitos a
formação de monosulfatos.
Alguns dias após a hidratação do cimento,
acaba o gesso (CaSO4), fazendo com se
processe a reação:
C3A + etringita (fornece S) => monosulfato
(fase instável) C4ASH18
Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita
José Marques Filho 126
ETRINGITA SECUNDÁRIA:
O ataque pode ocorrer quando há
formação de monosulfato (cimentos
c/ elevados teores de C3A).
O monosulfato C4ASH18 (fase
instável) em presença de uma fonte
externa à pasta de sulfatos (SO4
--)
=> etringita C6AS3H32
José Marques Filho
CASOS REAIS – EDIFÍCIOS EM RECIFE – PROF. TIBÉRIO
Técnicas de Inspeção e Patologia127
José Marques Filho
Introdução
Em setembro de 2005, após uma escavação para
dar acessibilidade do edifício principal para o edifício
anexo, recém construído, foi observado um quadro
fissuratório intenso em um dos blocos de fundação
do edifício principal.
Após a constatação do fato, foram escavados outros
blocos, os quais apresentaram manifestações
patológicas similares.
José Marques Filho
Características Gerais
Pavimentos : 13
Idade aproximada da fundação: 12 anos;
Fundação profunda, empregando blocos de geometrias diversas, com estacas pré-fabricadas centrifugadas;
Cargas elevadas nos blocos de fundação em função dos vãos existentes;
Resistência característica à compressão da estrutura de concreto de 18 MPa;
Laje armada sobre a maioria dos blocos restringindo a expansão da face superior horizontal;
Alta umidade do solo na época da inspeção.
José Marques Filho
Características Gerais
José Marques Filho
Características Gerais
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
Índice de fissuração
Bloco Expansão
mm/m
Faces
1 2 3 4 Média
01
Vertical 6,39 3,54 6,18 3,38 4,87
Horizontal 1,65 0,77 1,54 1,61 1,39
02
Vertical 13,42 16,15 13,90 11,90 13,84
Horizontal 3,02 4,42 3,53 2,00 3,24
03Vertical 13,62 16,25 13,90 9,56 13,33
Horizontal 3,03 4,42 3,53 2,23 3,30
José Marques Filho
Ensaios
Extração de testemunhos– Avaliação da profundidade e da direção das fissuras e
trincas no interior dos blocos;
– Análise petrográfica do concreto;
– Resistência à compressão;
– Resistência à tração na compressão diametral;
– Módulo de elasticidade;
Ensaio acelerado das barras de argamassa do agregado graúdo extraído dos testemunhos;
Percentual do teor álcalis solúveis no concreto
José Marques Filho
Ensaio petrográfico
Agregado graúdo– Tipo de Rocha : Metamórfica
– Class. petrográfica: Milonito
– Textura : Milonítica
– Minerais reativos :
Quartzo deformado com extinção ondulante, quartzo recristalizado e quartzo fino.
– Reatividade Potencial: Ag. reativo
– Provável pedreira:
A mais reativa no estudo de identificação do potencial de reatividade dos agregados da RMR
José Marques Filho
Fotomicrografia do agregado, onde pode ser vista a textura fina dos grãos
José Marques Filho
Ensaios mecânicos
Resistência à compressão
Dados Bloco
22
Bloco
12
N° de testemunhos 13 08
Res. Média (MPa) 25,0 23,8
Desvio padrão (MPa) 4,0 4,8
Res. Média estimada aos 28
dias
19,4 18,9
CEB FIP MODEL CODE (1990)
José Marques Filho
Ensaios mecânicos
Test.
Res. à tração na
compressão
diametral
(MPa)
Res.à tração na
compressão
diametral
estimada
(MPa)
%
F3-A 1,8 2,9 62
F6-A 2,1 2,9 72
F3-B 1,8 2,8 64
DAL MOLIN (1995)
Res. à tração na compressão diametral
José Marques Filho
Ensaios mecânicos
BLOCOfck
(MPa)
Resistência à
compressão
média (MPa)
Módulo
tangente
médio
(GPa)
BP 12 18,0 23,7 12,8
BP 22 18,0 26,8 14,5
O valor obtido é cerca de 57% do estimadopela NBR 6118/03
Módulo de deformação
José Marques Filho
Ensaio de expansão (ASTM C 1260)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Dias
Exp
an
são
%
Agregado graúdo extraído dobloco
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
OUTROS EDIFÍCIOS EM RECIFE
Técnicas de Inspeção e Patologia150
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
Edifício comercial no
centro da cidade
Idade: 25 anos
abril de 2005
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
Edifício residencial
Idade: 10 anos
Setembro de 2005
José Marques Filho
Características Gerais
Pavimentos : 24 (projeto);
Edifício paralisado na 10ª laje, apenas com a
alvenaria de periferia;
Estimativa de que apenas 20% da carga total está
solicitando a fundação;
Fundação profunda (18 blocos com estacas Franki);
Armadura inferior dos blocos (tirantes), com
ancoragem até 2/3 da altura dos blocos;
Inexistência de armadura superior (malha);
Não foi observado problemas no dimensionamento
dos blocos;
José Marques Filho
Características Gerais
Fundação submersa ao longo dos 10 anos de
paralisação (condição crítica);
Resistência do concreto compatível com fck
dos blocos;
Intensidade variada do quadro fissuratório, em
função das datas de concretagem e da usina
concreto.
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho
José Marques Filho