Avaliação da porosidade em argamassas por microtomografia de raios-x (micro-CT)

INTRODUÇÃO A avaliação da porosidade da estrutura interna de materiais cimentícios é fundamental para prever a sua durabilidade, mas ainda representa um desafio para engenharia, tendo em vista a variabilidade de dimensão de poros existentes na estrutura. A microtomografia de raios-X (micro-CT) é uma técnica que fornece detalhes do objeto com um alto poder de resolução (na ordem de microns), permitindo visualizar a estrutura interna da amostra. O objetivo deste trabalho é avaliar a porosidade de argamassas por microtomografia computadorizada de raios-X (micro-CT) verificando o potencial do ensaio no que se refere à faixa de identificação de tamanho de poros. Foram analisadas argamassas com formulação 1:3 (cimento :areia), 1:1:6 e 1:2:9 (cimento:cal:areia) em volume e dosadas em massa com quantidade de água foi determinada pelo índice de consistência segundo ABNT NBR 13276:2005 onde foi fixada uma consistência de 250 mm ± 10 mm .

A obtenção das imagens tomográficas (seções transversais) é realizada em duas etapas: • Aquisição das imagens radiográficas de diversas projeções angulares da amostra ao

longo de uma rotação de 180º ou 360º com passos de rotação muito precisos (alguns décimos de graus);

• Reconstrução das imagens das seções transversais a partir das imagens das projeções angulares por meio do algoritmo de reconstrução de feixe cônico de Feldkamp modificado. Este processo de reconstrução cria uma completa representação 3D da

microestrutura interna do objeto.

A aquisição de imagens está representada na Figura 1:

RESULTADOS A Figura 2 apresenta a binarização das imagens das amostras de argamassa. A Tabela 1 apresenta o resultados obtidos. A tabela mostra que a argamassa 1:2:9 (com maior teor de cal) é mais porosa (10,63 %)

MATTANA, Alécio Júnior Universidade Federal do Paraná - Brasil Engenheiro Civil – Aluno de Mestrado

alehcio@gmail.com

COSTA, Marienne R.M.M. Universidade Federal do Paraná - Brasil

Professora Adjunta mariennecosta@uol.com.br

Tabela 1 – Quantificação da porosidade das argamassas obtidas por microtomografia

1:3 1:1:6 1:2:9

Descrição Valor Valor Valor Unidade

Volume total 142.2 127.1 127.9 mm³ Volume de objetos 135.1 119.3 114.3 mm³ Volume percentual objeto 94.9 93.8 89.4 %

Nº de poros fechados 18929 19412 25514

Volume de poros fechados 6.1 2.6 0.9 mm³ Porosidade fechada 4.3 2.1 0.8 %

Volume de poros abertos 1.1 5.2 12.7 mm³ Porosidade aberta 0.7 4.1 9.9 %

Volume total de poros 7.1 7.8 13.6 mm³ Porosidade total 5.0 6.2 10.6 %

que a 1:1:6 (6,18 %) e 1:3 (5,02 %). Pode-se verificar que a argamassa com maior teor de cal, apresentou maior quantidade de poros fechados (25514), além de uma porosidade aberta (9,9) que são os poros conectados, sensivelmente superiores às demais argamassas.

0

1

2

3

4

5

6

1 10 100 1000 10000

(%

)

diâmetro do poro (µm)

1:3

1:1:6

1:2:9

ser devido ao tipo de finos nessa mistura, que contém somente cimento como aglomerante, enquanto as outras misturas 1:1:6 e 1:2:9 possuem cal hidratada além do cimento. Provavelmente o teor de cal está beneficiando a formação de poros pequenos. A Figura 4 apresenta a renderização das imagens 2D para mostrar a amostra em 3D.

Figura 1 - Esquema de aquisição de imagens por Micro-CT

a b c Figura 2 - Binarização das amostras de argamassas. Argamassa 1:3 (a),

1:1:6 (b), 1:2:9 (c)

A Figura 3 apresenta o gráfico a de distribuição de poros.

Figura 3 – Curvas de distribuição de tamanho de poros das argamassas pelo ensaio de microtomografia

uma suposição do que pode ser ou não um vazio na amostra. Cabe salientar que esse procedimento depende sobremaneira da sensibilidade e da experiência do operador.

A partir das curvas é possível visualizar que a argamassa 1:3 possui menor quantidade de poros na faixa entre 11 e 110 μm e maior porosidade em poros na faixa entre 110 e 1100 μm. Esse detalhe pode

a b c

Figura 4 – Imagens da porosidade das amostras de argamassa em 3D. Em (a) 1:3, (b) 1:1:6, (c) 1:2:9

CONCLUSÃO Os resultados mostram que a metodologia de avaliação de porosidade por microtomografia é importante para a caracterização de argamassas, pois permite a visualização de poros na faixa de 10 μm a 2000 μm, sendo possível obter uma curva de distribuição dos tamanhos de poros dessa faixa. Salienta-se que essa não é a faixa absoluta de porosidade de uma argamassa, existindo poros ainda menores (capilares) que têm grande importância nas suas propriedades. Nas argamassas verificou-se que a argamassa com maior teor de cal possui maior porosidade total. Como a microtomografia se limita a essa faixa de tamanho de poros, o próximo passo é comparar o resultado de microtomografia com outros ensaios de medida de porosidade. Nesse aspecto, a continuação desse trabalho terá como objetivo avaliar comparativamente a porosidade por microtomografia e por intrusão de mercúrio. Cabe destacar a possibilidade de visualização em 3D das amostras analisadas por micro-CT, assim é possível verificar também detalhes quanto à orientação e a distribuição dos poros.

• O processo de binarização da

amostra é realizado a partir da figura

em escala de cinza (item b da Figura 6), que

fornece

PRINCIPAIS REFERÊNCIAS CONSULTADAS • LIMA, I; APPOLONI, C.; OLIVEIRA, L.; LOPES, R. T. Caracterização de materiais cerâmicos através da microtomografia computadorizada 3D. Revista Brasileira de Arqueometria, Restauração e Conservação. Vol.1, No.2, pp. 022 - 027. 2007. • BALL, J.; PRICE, T. Chesneys' Radiographic Imaging.BlackwellPublishing.USA, 1995. • PROMENTILLA, M.A.B.; SUGIYAMA, T. X-Ray Microtomography of Mortars Exposed to Freezing-Thawing Action. Journal of Advanced Concrete Technology Vol. 8, No. 2, pp. 97-111. 2010.

Binarização das amostras

Amostras de argamassa em 3D

Curvas de distribuição de tamanho de poros das argamassas