PT105424A

PT105424A - Método e dispositivo para a determinação do processo de cura do betão baseado em fibras ópticas

Info

Publication number: PT105424A
Application number: PT10542410A
Authority: PT
Inventors: Brito Andre Paulo Sergio De; Amorim Varum Humberto Salazar; Costa Antunes Paulo Fernando Da; Santos Sousa Marta Gomes; Ferreira Licinio Duarte
Original assignee: Univ Aveiro; Inst De Telecomunicacoes
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-11
Also published as: WO2012076935A1

Abstract

A MONITORIZAÇÃO DO PROCESSO DE CURA DO BETÃO É DE ELEVADA IMPORTÂNCIA, NOMEADAMENTE EM OBRAS DE ARTE DE ELEVADA ENVERGADURA, PERMITINDO CONTROLAR DE FORMA MAIS RIGOROSA O MOMENTO DE DESCOFRAGEM, PREVENINDO ACIDENTES DE TRABALHO, EM OBRAS ESPECIAIS BETONADAS EM CONDIÇÕES ADVERSAS DEVIDO AO CLIMA OU PELAS PRÓPRIAS CONDIÇÕES DE BETONAGEM. O MÉTODO PROPOSTO PERMITE MONITORAR O ESTADO DO PROCESSO DE CURA DE UMA ESTRUTURA DE BETÃO, RECORRENDO A FIBRAS ÓPTICAS DE PLÁSTICO. EM COMPARAÇÃO COM OS PROCESSOS ACTUAIS COMERCIAIS DE MONITORIZAÇÃO, O MÉTODO PROPOSTO PERMITE DETERMINAR DIRECTAMENTE A PRESENÇA DE ÁGUA NA MISTURA, AO CONTRÁRIO DE MÉTODOS BASEADOS NA MEDIÇÃO DO AUMENTO DE TEMPERATURA RESULTANTE DO PROCESSO EXOTÉRMICO DO BETÃO. A UTILIZAÇÃO DE FIBRAS ÓPTICAS DE PLÁSTICO EMBUTIDAS NO ELEMENTO ESTRUTURAL A ANALISAR, RESULTA NUM PROCESSO DE MONITORIZAÇÃO COM UM BAIXO CUSTO DE IMPLEMENTAÇÃO ASSOCIADO. O MÉTODO PROPOSTO APRESENTA AINDA UMA RESOLUÇÃO SUFICIENTE PARA ANALISAR O PROCESSO DE CURA ATÉ À SUA ESTABILIZAÇÃO.

Description

Figura 2 - Esquema detalhado da fibra óptica de plástico, onde os números de referência correspondem a: 2- Fibra óptica de plástico 3- Estrutura de betão a monitorizar 5- Entalhes na estrutura da fibra 6- Partícula de betão em suspensão

Figura 3 - Espectro de emissão do LED verde utilizado como emissor.

Figura 4 - Evolução temporal da potência óptica transmitida durante os primeiros 7 dias de cura do betão.

Figura 5 - Evolução temporal da potência óptica transmitida em função do tempo de cura do betão.

Descrição detalhada da invenção A implementação preferencial do sistema descrito na figura 1 pode ser realizada recorrendo a fibras ópticas (2) com um diâmetro de 1 mm. A fonte óptica considerada foi um díodo emissor de luz, emitindo na região espectral do verde e cujo espectro se visualiza na figura 3. A camada de protecção da fibra (2) foi removida ao longo de um comprimento de 1,5 m, tendo sido realizados 20 entalhes (5), tal como descritos na figura 2. Como receptor óptico (4) foi utilizado um fotodíodo sensível ao comprimento de onda do sinal óptico. A prova de conceito foi realizada num provete de betão, produzido em molde cúbico metálico com dimensões de 15 x 15 x 15 cm, sendo a fibra (2) distribuída com um traçado aleatório dentro do molde antes da betonagem. Na preparação 8 do betão, utilizou-se a seguinte composição: 1,28 kg de cimento Portland (CEM II/B-C 32,5N); 3,19 kg de areia fina do rio; 3,83 kg de brita 8/12; 0,62 1 de água, o qual após a preparação/mistura foi colocado dentro do molde. As figuras 4a) e b) mostram respectivamente o molde cúbico com a fibra óptica (2) posicionada e o cubo betonado com a fibra (2) embebida. A figura 5 mostra a evolução da variação da potência óptica recebida em função do tempo que decorreu desde a produção do provete até um período de cura de 7 dias.

No gráfico da figura 5 observa-se a existência de 3 fases distintas na cura do betão ao longo do tempo (caracterizadas pelos declives do gráfico da figura 5 -primeira fase até 0,18 dias, segunda fase até 0,38 dias e terceira fase a partir de 0,38 dias), tal como descrito na literatura [4]. A primeira fase corresponde à reacção exotérmica, durante a qual o betão (3) aumenta rapidamente a sua resistência mecânica. Esta reacção provoca um aquecimento da fibra (2), resultando na sua dilatação. Em simultâneo o preenchimento dos entalhes (5) com água resulta num aumento de intensidade do sinal transmitido.

Com o aumento gradual da perda de água devido às reacções químicas e evaporação, observa-se um decréscimo acentuado do sinal, provocado pelo aumento das perdas devido ao espalhamento do sinal nos entalhes (5) (até ao período em torno de 30000 s - aproximadamente 8 horas). Na terceira fase verifica-se a estabilização do sinal transmitido ao longo do tempo, indicando a cura do betão, tendendo a potência óptica transmitida para um valor fixo. Esta estabilização, bem como a prova da sensibilidade do método 9 proposto, podem ser visualizadas na figura 6, onde se mostra a variação da potência detectada em função do tempo de cura.

De referir que o tempo de cura depende directamente da relação água/cimento (a/c), que poderá variar entre uma semana e os 40 dias. No entanto, tipicamente após as primeiras duas semanas de cura, os betões atingem quase a sua resistência máxima. O controlo da resistência à compressão através de ensaios mecânicos sobre provetes cúbicos ou cilíndricos do betão endurecido é normalmente feito aos 28 dias [5,6]. A monitorização da variação da potência óptica medida prolonga-se por esse período. Este incremento de sensibilidade é manifestamente superior ao conseguido pelos autores da referência [3] que propõem uma solução baseada em micro curvaturas em fibras de plástico. No referido trabalho a solução proposta só permite monitorizar o processo de cura ao longo de um período de 10 horas. a) Tal como referido, as aplicações da invenção (monitorização do processo de cura do betão) no mega-sector da indústria da construção são inúmeras, destacando-se: obras especiais (como barragens, pontes, túneis,...), optimizando em segurança, os tempos entre cada fase de betonagem, e reduzindo custos - de interesse para as grandes empresas de construção; b) Obras betonadas em condições adversas devido ao clima (neve, elevada pluviosidade, humidade relativa elevada,...) ou pelas próprias condições de betonagem (betonagem submersa, betonagem de elementos 10 estruturais enterrados,...) - de interesse para as grandes empresas de construção; c) Controlo dos processos de cura de betões de elevado desempenho, ou outros betões especiais - de interesse para os produtores de betões ou argamassas especiais, ou dos produtores de adjuvantes para os betões; d) Na pré-fabricação, permitindo minimizar os custos de produção das peças estruturais - de interesse para as empresas de pré-fabricação de elementos de betão armado e pré-esforçado. A novidade deste método baseia-se na utilização de fibras ópticas de plástico (2), sendo a determinação da concentração de água baseada no espalhamento do sinal óptico, na superfície da fibra, nomeadamente nos entalhes (5) induzidos na fibra. A inovação também se baseia na utilização de díodos emissores de luz como fontes de sinal. A solução proposta é inovadora em relação ao estado da técnica. A aplicação é baseada na utilização de componentes comerciais, estando portanto assegurada a sua aplicação industrial.

Referências [1] Method and device for controlling the curing rate of concrete, US4566806.

[2] Method and apparatus for measurement of concrete cure status, US 6819121.

[3] M. Rajesh, M. Sheeba, V. P. N. Nampoori, POF based smart sensor for studying the setting dynamics of cement paste, Journal of Physics: Conference series, Vol. 85, 2007. 11 [4] A. de Sousa Coutinho, Fabrico e propriedades do betão (2 vols), Editor: LNEC, ISBN: 9789724903262, 2006. - Parte 3: desempenho, [5] NP EN 12390-3 - Ensaios de betão endurecido Resistência à compressão dos provetes de betão.

[6] NP EN 206-1 "Betão. Parte 1: Especificação, produção e conformidade".

Lisboa, 31 de Outubro de 2011 12

Claims

REIVINDICAÇÕES 1 - Dispositivo para monitorização do processo de cura do betão caracterizado por utilizar um emissor óptico (1), um receptor óptico (4) e uma fibra óptica (2) sem a sua protecção externa na qual foram realizados entalhes (5) aleatoriamente ao longo do seu comprimento e que é embutida na estrutura a monitorizar (3).
2 - Dispositivo para monitorização do processo de cura do betão de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por os entalhes (5) realizados ao longo do comprimento da fibra (2) terem uma profundidade inferior ao raio da fibra (2) .
3 - Dispositivo para monitorização do processo de cura do betão de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por compreender como emissor óptico (1) um díodo emissor de luz.
4 - Dispositivo para monitorização do processo de cura do betão de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por compreender como emissor óptico (1) um laser.
5 - Dispositivo para monitorização do processo de cura do betão de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por compreender como emissor óptico (1) uma fonte de luz branca.
6 - Dispositivo para monitorização do processo de cura do betão de acordo com as reivindicações anteriores, 1 caracterizado por o espalhamento ser proporcional a 1/λ4, onde λ representa o comprimento de onda do sinal óptico.
7 - Método para a monitorização do processo de cura do betão fazendo uso do dispositivo descrito nas reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender os seguintes passos: - ligação de um extremo da fibra óptica (2) sem camada de protecção da fibra e com entalhes ao longo da sua superfície a um emissor óptico; - distribuição da fibra óptica com um traçado aleatório pelo local a testar; ligação do outro extremo da fibra óptica (2) a um receptor óptico; medição da variação da potência óptica ao longo do período de cura do betão. Lisboa, 02 de Fevereiro de 2012 2