Aplicação da espectroscopia na região do visível e infravermelho próximo na avaliação não-destrutiva de materiais cimentícios

Abstract

O século 21 vem sendo caracterizado pela urbanização acelerada em países economicamente emergentes. O aumento das construções em áreas urbanas, quando mal planejado, ocasiona problemas estruturais e espaciais que afetam diretamente os cidadãos e seu entorno. Muitas pesquisas científicas propõem métodos para monitorar a qualidade dos materiais utilizados em obras de engenharia. As inspeções de qualidade mais aplicadas são feitas em materiais relacionados à estrutura, como o concreto. Todo o concreto utilizado em obra é obrigatoriamente submetido ao ensaio à compressão axial, que rompe os corpos-de-prova. Estes ensaios destrutivos não são realizados in loco e todo o material utilizado é descartado após análise. Neste sentido, o sensoriamento remoto pode ser utilizado no mapeamento e monitoramento de materiais de construção, permitindo investigar e identificar diversos componentes de forma não-destrutiva. Os materiais podem ser inspecionados diretamente no local da obra, de uma forma rápida, não-invasiva e de baixo custo, características imprescindíveis no processo contínuo da construção civil. Neste trabalho foi utilizado o equipamento espectrorradiômetro FieldSpec 3 para medir materiais cimentícios à base de cimento Portland (pasta de cimento, argamassa e concreto). Nas amostras de pasta de cimento e argamassa, analisou-se o comportamento espectral de quatro diferentes resistências mecânicas e nas amostras de concreto avaliou-se a diferença entre o comportamento espectral de concretos submetidos a carregamento precoce e concretos de referência. As curvas espectrais geradas pelo registro da radiação eletromagnética refletida e absorvida das amostras foram interpretadas com base na teoria de espectroscopia vibracional e eletrônica. Esta dissertação tem um caráter inovador e a técnica aplicada é extremamente promissora e praticável como um método alternativo. Na literatura não existem estudos que já fizeram esta investigação, nem trabalhos acadêmicos com o propósito de diferenciar resistências mecânicas a partir da análise e interpretação de assinaturas espectrais destes materiais. O objetivo deste trabalho é mostrar uma técnica auxiliar inédita para analisar corpos-de-prova sólidos, utilizando a espectroscopia no visível e infravermelho próximo. O resultado deste estudo constatou que as amostras de pasta e de argamassa apresentaram contraste espectral e detectou a presença e proporção de água nas amostras. Também identificaram-se diferenças entre o comportamento espectral dos concretos de referência e o dos pré-carregados, evidenciando-se a aplicabilidade desta ferramenta na identificação da microfissuração do concreto. Com auxílio da transformada de wavelet foi possível comprovar estatisticamente o contraste espectral e que a profundidade das feições de absorção da água é inversamente proporcional à resistência mecânica, para materiais cimentícios como a pasta e argamassa. A técnica apresentada foi considerada bastante promissora como ferramenta auxiliar na avaliação da qualidade de materiais cimentícios à base de cimento Portland.

The 21st century has been characterized by rapid urbanization in economically emerging countries. The increase of constructions in urban areas, when not planned correctly, causes structural and spatial problems that directly affect citizens and their surroundings. Many scientific researches propose methods to monitor the quality of materials used in engineering works. The quality inspections more applied are made in materials related to the structure, like concrete. All the concrete used in the side work must be submitted to axial compression test, which breakes the samples. These destructive tests are not done in loco and all the material used is discarded after analysis. This way, the remote sensing can be used for mapping and monitoring of construction materials, allowing to investigate and to identify many components in a non-destructive way. The materials can be inspected directly inside the side work, in a quick way, non-invasive and low cost, indispensable characteristics in the ongoing process of civil construction. In this work a piece of equipment FieldSpec 3 spectroradiometer was used to measure cement materials based on Portland cement (cement paste, mortar and concrete). In the cement paste and mortar samples was analyzed the spectral behavior of four different compressive strengths and in the concrete samples was analyzed the difference between the spectral behavior of concretes submitted to early loading and concretes of reference. The spectral curves produced by register of electromagnetic radiation reflected and absorbed of the samples were interpreted based on the theory vibrational and electronic spectroscopy. This dissertation is an innovation and the technique applied is extremely promising and feasible as an alternative method. In the literature there are no studies that have already done this research or academic papers with the purpose of differentiate compressive strengths from the analysis and interpretation of their spectral signatures. The objective of this work is to show an original technique to analyze solid samples using the spectroscopy in the visible and near infrared. The result of this study found that the samples of cement past and mortar showed spectral contrast and detected the presence and proportion of water in the samples. Besides it identified differences between the spectral behavior of early loading and concretes of reference, highlighting the applicability of this tool in the identification of the concrete microcracking. With the help of wavelet transform was possible to prove statistically the spectral contrast and that the depth of water absorption features is inversely proportional to the compressive strength, for cement materials such as paste and mortar. The technique presented was considered very promising as an assistant technique in quality appraisal of cement material based on Portland cement, may complement information obtained by conventional techniques.