ASTM C231 vs ASTM C173: Guia de Incorporação de Ar no Concreto

Controlar a quantidade de ar incorporado é o que diferencia um concreto durável de um concreto com falhas estruturais prematuras. Não atingir a porcentagem ideal acarreta consequências financeiras imediatas, desde multas elevadas até a recusa de caminhões de concreto pré-misturado.

Selecionar o melhor medidor de incorporação de ar em concreto significa escolher o equipamento de teste adequado ao agregado específico, às condições climáticas do local e às especificações dos órgãos reguladores. Abaixo, você encontrará um guia direto sobre normas vigentes, dados de campo e equipamentos confiáveis.

Principais lições

• A geologia agregada determina o protocolo de ensaio: pedras densas de peso normal exigem o método ASTM C231 (Tipo B), enquanto agregados leves ou altamente porosos exigem estritamente o método ASTM C173 (Volumétrico).
• Dados de campo publicados confirmam que os medidores de pressão do tipo B indicam sistematicamente um teor de ar aproximadamente 0.6% a 0.75% maior do que os medidores volumétricos na mesma mistura de concreto.
• Essa diferença de 0.7% entre os métodos acarreta sérias consequências financeiras dentro dos rigorosos prazos de aprovação dos órgãos estaduais de transporte (DOT) e das províncias canadenses.
• O teste de pressão do tipo B oferece uma eficiência substancial em termos de tempo de ciclo, terminando em 5 a 8 minutos, em comparação com 15 a 20 minutos para o teste volumétrico.
• A seleção de hardware deve resolver diretamente os desafios operacionais, incluindo temperaturas de lote abaixo de zero, altitudes elevadas em montanhas e registros de inspeção digitais.

Compatibilidade de agregados: ASTM C231 vs ASTM C173

O principal fator que determina se você deve selecionar um medidor de pressão do tipo B ou uma unidade volumétrica é a densidade ou porosidade dos seus agregados graúdos e miúdos.

ASTM C231: Método de Pressão Tipo B

O medidor de pressão tipo B opera segundo a Lei de Boyle: um volume predeterminado de ar, a uma pressão inicial calibrada, é descarregado de uma câmara superior para um recipiente de amostra selado, preenchido com a mistura fresca. A queda de pressão indicada no manômetro está diretamente relacionada ao volume de ar comprimido na pasta. A produção padrão de concreto pré-misturado no Meio-Oeste dos EUA e nas pradarias canadenses depende fortemente de dolomita, calcário ou cascalho glacial triturados e densos, o que torna o medidor de pressão tipo B a escolha universal para uso diário nessas regiões.

No entanto, o método de pressão foi desenvolvido especificamente para concreto com agregados densos e não é adequado para agregados leves ou altamente porosos. O princípio físico fundamental pressupõe que as partículas de pedra não se comprimem sob a pressão de teste padrão. Quando agregados porosos são introduzidos, a pressão do ar força a entrada de água nas cavidades internas da rocha, comprimindo bolsas de ar escondidas no interior da própria pedra. 

Isso produz uma leitura de ar falsamente elevada no visor do medidor, mesmo após a aplicação de cálculos de fator de correção agregado. Em nossa opinião, tentar impor a norma ASTM C231 a lotes de agregados porosos, confiando em cálculos teóricos de correção, introduz um risco desnecessário; acreditamos que especificar a norma ASTM C173 desde o início do projeto é simplesmente uma boa prática de engenharia.

ASTM C173: Método Volumétrico

A abordagem volumétrica (comumente designada como método Roll-a-Meter) determina o volume de ar lavando fisicamente o ar de uma amostra de concreto com água da torneira e álcool isopropílico a 70%. Uma vez que o recipiente é fixado, um operador inverte, agita e rola o aparelho repetidamente para liberar as bolhas de ar da pasta de argamassa. 

De acordo com a norma ASTM C173, os ciclos de rolamento devem continuar até que duas leituras consecutivas concordem dentro de uma tolerância de 0.25% de ar, e a coluna de líquido é considerada estável somente quando o nível do fluido se desloca em no máximo 0.25% de ar durante um período de 2 minutos. Esse critério de estabilização padronizado explica por que os testes volumétricos de campo exigem um ciclo de 15 a 20 minutos.

Este procedimento funciona em qualquer lote de concreto, mas é explicitamente recomendado e amplamente aplicado para concreto leve com agregados, onde o método de compressão é inviável. Por exemplo, em grandes regiões urbanas como Nova York, Chicago, Toronto e Vancouver, o concreto estrutural leve com incorporação de xisto expandido, ardósia ou argila é frequentemente especificado para lajes suspensas de edifícios altos e tabuleiros de pontes, a fim de reduzir o peso próprio, tornando a norma ASTM C173 (ou sua equivalente canadense, CSA A23.2-7C) um requisito contratual estrito. 

Da mesma forma, para pavimentação industrial pesada na região da bacia dos Grandes Lagos e no sul de Ontário, as misturas fabricadas com escória de alto-forno apresentam alta absorção de água, o que distorce as leituras de pressão, exigindo verificação volumétrica. Como depende da lavagem física e do deslocamento de líquidos, e não da pressão do ar, a porosidade interna da pedra não altera a porcentagem final.

Considerando esses diferentes mecanismos de operação, avaliações acadêmicas e de campo confirmam que esses dois procedimentos não podem simplesmente se substituir em uma mesma mistura de concreto, sendo a geologia do agregado o critério determinante.

Desempenho operacional e pesquisa empírica

Em ambientes de controle de qualidade de ritmo acelerado, a velocidade de teste, as nuances do procedimento e a repetibilidade do técnico devem ser avaliadas em relação aos rigorosos limites de aceitação do inspetor.

Compensações Sistemáticas e Tolerâncias da Agência

Ao longo de 15 anos consecutivos de verificações de campo paralelas realizadas de 1990 a 2008 no âmbito do Curso de Engenharia de Materiais Rodoviários da FHWA (Administração Federal de Rodovias), os medidores de pressão do tipo B registraram consistentemente percentagens de ar mais elevadas do que as unidades volumétricas, com leituras médias aproximadamente 0.6% a 0.75% superiores no mesmo lote de concreto fresco.

Investigações de campo complementares corroboram esse padrão exato, observando que o teor real de ar quase invariavelmente se situa no espaço intermediário: abaixo da leitura do manômetro e acima do valor volumétrico, ambos apresentando precisão e exatidão comparáveis ​​em concreto de peso normal. Ambos os tipos de medidor demonstraram um desvio padrão de cerca de 0.75% de ar em ensaios simultâneos, o que se traduz em uma variação operacional de mais ou menos 1.5% com um nível de confiança de 95%.

Essa variação acarreta importantes consequências contratuais quando avaliada em relação aos requisitos padrão de mistura na América do Norte. De acordo com a norma ACI 318, o teor de ar alvo é inversamente proporcional ao tamanho do agregado, o que significa que agregados graúdos maiores requerem volumes totais de ar menores.

Teor de ar alvo por tamanho agregado e classe de exposição (Norma geral da indústria: ACI 318)

Nota: A norma ACI 318 permite que os limites de teor de ar sejam reduzidos em 1.0 ponto percentual para resistências à compressão especificadas iguais ou superiores a 5,000 psi (35 MPa). Agregados com tamanho superior a 2.0 pol. (50.0 mm) devem ser peneirados a úmido em uma peneira de 1.5 pol. (37.5 mm) antes do ensaio em recipientes padrão de 7,000 mL do Tipo B.

Esses parâmetros ACI representam metas de mistura de projeto, não limites de medição do equipamento. Embora as metas de mistura diminuam com tamanhos de pedra maiores, o hardware de teste deve abranger faixas operacionais muito mais amplas; por exemplo, nossas unidades ToronCAM medem até 10%, 14% ou 100% de conteúdo de ar para detectar sobredosagens de lote e misturas não conformes.

O conflito prático surge ao comparar essas metas com as margens de aceitação das agências. Agências estaduais de transporte (como PennDOT, MnDOT e NYSDOT) e autoridades provinciais canadenses (como o Ministério dos Transportes de Ontário / MTO e o Departamento de Transportes de Alberta, sob a CSA A23.1) impõem margens de aceitação rigorosas, geralmente definidas na meta mais ou menos 1.5%. 

Em uma mistura padrão de 3/4 de polegada que requer 5.0% de ar (faixa aceitável: 3.5% a 6.5%), um desvio sistemático de 0.6% a 0.75% entre um medidor de pressão Tipo B e um medidor volumétrico consome até metade de toda a sua janela de tolerância contratual antes de considerar a variação de amostragem ou o endurecimento do lote. 

À luz dessa variação documentada, os contratos devem definir explicitamente qual método de teste prevalece, em vez de tratá-los como intercambiáveis. Em nossa opinião, penalizar fornecedores de concreto por conta da variação natural entre os métodos de teste contraria os princípios da garantia de qualidade equitativa.

Correlação com o teor de ar endurecido

Ao comparar os resultados de testes de ar fresco com a análise microscópica de vazios de ar em concreto endurecido (ASTM C457), pesquisas publicadas demonstram como os ambientes de teste influenciam as classificações de correlação. Em concreto lançado em campo, os pesquisadores observaram que as leituras do manômetro Tipo B na mistura fresca se alinham bem com o teor de ar no concreto endurecido para fins práticos de inspeção, enquanto as unidades volumétricas operadas em campo geralmente registram valores mais baixos do que as contagens microscópicas subsequentes em seções polidas.

No entanto, a avaliação do desvio matemático relativo em condições controladas de laboratório produziu uma classificação diferente. Em todos os lotes experimentais, o ar fresco excedeu o ar endurecido em 0.5% a 1.5% (particularmente acima de 4% de ar), com o medidor de pressão mostrando uma discrepância relativa média de 22% em comparação com 13% para a unidade de rolos e 19% para o mini medidor.

Em vez de uma contradição direta, esses resultados demonstram que a correlação entre os métodos de ensaio de concreto fresco e a estrutura de vazios de ar no concreto endurecido depende da mistura e varia entre as aplicações em canteiros de obras e os ensaios controlados em laboratório. Observe que esses estudos de terceiros avaliaram as metodologias básicas ASTM C231 e ASTM C173 em lotes de concreto genéricos, e não as tolerâncias de instrumentos comerciais.

Variáveis ​​de campo e perda dependente do tempo

Uma parcela significativa da dispersão nos testes em campo decorre das práticas de manuseio do concreto. Embora a norma ASTM C172 recomende aos técnicos que não coletem amostras da descarga inicial ou final do tambor da betoneira por serem menos representativas, a equipe de campo rotineiramente retira material diretamente da calha para tomar decisões rápidas de aplicação, introduzindo variância adicional nos dados dos testes.

Embora a descarga antecipada diretamente da calha seja uma solução comum para decisões rápidas no local, acreditamos que as tolerâncias de especificação devem levar em conta esse comportamento típico de campo, em vez de presumir procedimentos de laboratório perfeitos durante a instalação. 

Além disso, as leituras volumétricas de ar diminuem mais rapidamente com o tempo do que as leituras de pressão. Essa redução é atribuída principalmente ao endurecimento do concreto, que aumenta a dificuldade física de remover as bolhas de ar da pasta durante os ciclos manuais de compactação, agravada pela fadiga do técnico.

Comparação de fluxo de trabalho: Medidor de ar tipo B vs. Medidor volumétrico

Para concreto pré-misturado comercial feito com areia natural e pedra britada, o medidor de pressão Tipo B continua sendo a escolha preferida da indústria devido ao seu ciclo de teste rápido, eficiência com um único operador e construção robusta em metal.

Ferramentas de Campo e Protocolos de Verificação

Mesmo com princípios de engenharia estabelecidos, os medidores comerciais modernos exigem verificação rotineira para que o desgaste do hardware não introduza erros secundários nos testes de campo. Frequentemente enfatizamos que mesmo o equipamento de teste mais robusto só é confiável se houver manutenção antes do início do turno. Em nossa avaliação, a maioria das leituras contestadas em campo se deve à negligência na verificação inicial diária da pressão ou ao acúmulo de pasta abrasiva de cimento ao redor das torneiras de latão.

Acessórios necessários para os testes

• Haste de compactação: Uma haste de aço de 16 mm (5/8 pol.) de diâmetro com ponta hemisférica lisa, necessária para consolidar concreto fresco em três camadas iguais (25 golpes cada) sem arranhar a base da tigela.
• Barra ou placa de riscar: Uma régua metálica plana e rígida ou uma placa de acrílico espessa é usada para nivelar o excesso de concreto, deixando-o alinhado com a borda da base de 7,000 mL.
• Martelo de borracha: Utilizado para golpear a parte externa da tigela de 10 a 15 vezes por vez, a fim de fechar as frestas de inserção e liberar bolsas grosseiras de ar aprisionado.
• Seringa de bulbo: Utilizado para injetar água limpa através de válvulas de drenagem para deslocar o ar acima do concreto golpeado sem perturbar a superfície acabada.
• Recipiente e tubos de calibração: Acessórios usinados necessários para verificar a precisão da câmara de pressão superior em relação aos volumes de ar conhecidos.

Procedimentos de verificação diária

1. Verificação inicial da linha de pressão: Antes de realizar os testes no local, pressurize o reservatório de ar superior até a linha de calibração inicial. Bata levemente no mostrador; o ponteiro deve estar alinhado precisamente com a marca de calibração.
2. Verificação de enchimento de água zero: Regularmente, encha completamente o recipiente inferior de 7,000 mL com água, aperte as travas da tampa, introduza água pelas válvulas de drenagem até que a água flua limpa e sem bolhas e acione a válvula de liberação para verificar se o ponteiro do indicador cai para zero por cento de ar.
3. Determinação do Fator de Correção Agregado: Subtrai-se um fator de correção predeterminado das leituras brutas para compensar a compressibilidade da pedra, realizando-se um novo teste sempre que as fontes de agregados mudarem. Observe que, de acordo com as normas ASTM C231 e AASHTO T152, amplamente utilizadas no setor para todos os medidores de pressão, a recalibração completa deve ocorrer em intervalos não superiores a três meses.
4. Manutenção do selo: Inspecione regularmente o anel de vedação da tampa principal e as sedes das válvulas. A pasta de concreto é abrasiva; manter as válvulas de drenagem e as superfícies de contato livres de acúmulo de material evita vazamentos de pressão durante os testes.

Matriz de Seleção de Equipamentos: Série ToronCAM

Os ensaios acadêmicos avaliam métodos padronizados de forma abstrata, mas as agências de testes comerciais precisam implantar equipamentos capazes de suportar o manuseio brusco em canteiros de obras, grandes variações de temperatura e cronogramas de testes rigorosos.

Pesquisas de terceiros refletem o desempenho básico de acordo com as normas ASTM C231 e C173, abrangendo dados amplos da indústria, em vez de marcas comerciais. Para atender a desafios específicos do setor, nossa Série ToronCAM (padronizada com capacidade básica de 7,000 mL) foi estruturada para atender a diversas necessidades comerciais:

ToronCAM S: Padrão Quality Control

Nosso equipamento de uso diário, econômico e robusto, foi projetado para verificações de conformidade confiáveis ​​em usinas de concreto, projetos de pavimentação municipais e instalações de teste comerciais. Ele utiliza um mostrador analógico de leitura direta com 4 pontos de pressão inicial pré-calibrados de fábrica, alojado em uma estrutura de liga de magnésio-alumínio-zinco com válvulas de operação de cobre.

• Especificações chaves: Faixa de medição: 0% a 10% | Precisão: ± 0.2% (faixa de 0% a 4%), ± 0.25% (faixa de 5% a 8%), ± 0.3% (faixa de 9% a 10%) | Capacidade: 7,000 mL
• Conformidade com os padrões: ASTM C231, AASHTO T152, EN 12350-7, CSA A23.2-4C

ToronCAM D: Controle de Qualidade Digital de Alto Volume

Projetado para laboratórios de testes comerciais, pátios de pré-fabricados e operações rodoviárias de ritmo acelerado, onde a rapidez na obtenção de resultados é vital. Em nossa opinião, substituir um mostrador analógico por uma tela digital inconfundível representa uma clara melhoria operacional para equipes de alto volume, principalmente porque elimina as disputas subjetivas de leitura entre os inspetores. 

Utiliza um sensor cerâmico importado e suporta testes a seco sem injeção de água, reduzindo a duração dos testes em cada carga de caminhão. O pacote inclui um visor digital bilíngue, um nível de bolha e uma bateria de lítio recarregável que oferece até 3 horas de operação contínua e 8 horas em modo de espera.

• Especificações chaves: Faixa de medição: 0% a 10% (máximo menor ou igual a 10%) | Erro de teste: Aprox. ± 0.0020% | Diâmetro máximo do agregado: menor ou igual a 40 mm | Pressão máxima do manômetro: 0.2 MPa | Pressão inicial: 0.1000 ± 0.0020 MPa (método a seco: 0.1000 MPa) | Capacidade: 7,000 mL
• Conformidade com os padrões: ASTM C231, AASHTO T152, EN 12350-7, CSA A23.2-4C

ToronCAM UP: Operações em Temperaturas Extremas

Projetado especificamente para instalação em climas frios, de acordo com as diretrizes canadenses CSA A23.1, e para construção de estradas no inverno nos estados do norte dos EUA (incluindo Minnesota, Wisconsin, Dakota do Norte e Alasca). Para instalação em climas frios, consideramos muito mais prático incorporar a detecção de temperatura diretamente no vaso de pressão do que exigir que os técnicos manuseiem termômetros de vidro separados com as mãos congeladas. 

O ToronCAM UP monitora a temperatura de misturas de concreto de -30 °C a 60 °C, enquanto seu manômetro de precisão é classificado para operação entre -20 °C e 40 °C (com uma margem de erro de ± 2 °C). Isso significa que as equipes de obra que enfrentam condições ambientais abaixo de -20 °C devem utilizar um abrigo ou invólucro aquecido para manter o manômetro dentro de sua faixa de calibração. A carcaça do manômetro é à prova de poeira, água e explosão, para suportar as condições adversas de um canteiro de obras.

• Especificações chaves: Faixa de medição: 0% a 10% (escala máxima de até 14%) | Precisão: ± 0.1% (faixa de 0% a 4%), ± 0.12% (faixa de 5% a 8%), ± 0.15% (faixa de 9% a 10%) | Detecção de temperatura: -30 °C a 60 °C | Temperatura nominal de operação do medidor: -20 °C a 40 °C (± 2 °C) | Capacidade: 7,000 mL | Materiais: Corpo em liga de magnésio com componentes em cobre ou aço inoxidável
• Conformidade com os padrões: ASTM C231, AASHTO T152, EN 12350-7, CSA A23.2-4C

ToronCAM P: Locais remotos e de alta altitude

Projetado para projetos remotos de infraestrutura e rodovias em toda a região intermontana do oeste dos EUA (como Colorado, Utah e Wyoming) e nas Montanhas Rochosas canadenses (Alberta e Colúmbia Britânica). 

Os testes realizados entre 5,000 e mais de 9,000 metros de altitude introduzem variações na pressão atmosférica que normalmente exigem recalibração contínua em medidores analógicos tradicionais; o ToronCAM P apresenta operação independente da altitude, permanecendo imune a variações barométricas. Pesando aproximadamente 10 kg, incorpora uma bomba manual integrada e um sistema de fixação rápida da tampa para facilitar o transporte em campo, oferecendo precisão de ± 0.1% na faixa de 1% a 5% e ± 0.2% na faixa de 6% a 10%.

• Especificações chaves: Faixa de medição: 0% a 100% | Precisão: ± 0.1% (faixa de 1% a 5%), ± 0.2% (faixa de 6% a 10%) | Capacidade: 7 litros (7,000 mL) | Peso: aproximadamente 10 kg
• Conformidade com os padrões: ASTM C231, AASHTO T152, EN 12350-7, CSA A23.2-4C

ToronCAM HP: Projetos de Misturas de Alta Resistência

Projetado para laboratórios de testes comerciais e projetos de infraestrutura que avaliam projetos estruturais de alto desempenho, vigas de pontes protendidas e elementos fortemente armados. Construído com tecnologia de sensores da Sanyo, do Japão, este instrumento é calibrado especificamente para avaliar classificações de resistência do concreto que variam de C15 a C80 com alta consistência, protegido por uma caixa de medição à prova de explosão e poeira.

• Especificações chaves: Faixa de medição: 1% a 10% | Precisão: mais ou menos 0.1% | Espectro de resistência: C15 a C80 | Capacidade: 7,000 mL | Materiais: Liga de magnésio com componentes de cobre ou aço inoxidável
• Conformidade com os padrões: ASTM C231, AASHTO T152, EN 12350-7, CSA A23.2-4C

ToronCAM DM: Verificação por Método Duplo

Projetado para agências de testes comerciais e instalações de pesquisa que precisam verificar as misturas de concreto de seus clientes em relação a múltiplas especificações de procedimento. Esta unidade versátil incorpora os modos de teste de leitura direta e indireta em um único corpo de instrumento, oferecendo capacidade de verificação multimétodo sem a necessidade de recipientes de teste duplicados.

• Especificações chaves: Faixa de medição: 0% a 10% | Precisão da leitura direta: ± 0.25% | Capacidade: 7,000 mL | Materiais: Liga de magnésio com componentes de cobre ou aço inoxidável
• Conformidade com os padrões: ASTM C231, AASHTO T152, EN 12350-7, CSA A23.2-4C

Testes de ar comprimido em morteiros: Série ToronMAM

Ao testar argamassas de agregados finos (Tipos S, N e M), compostos de reparo, rejuntes não retráteis ou argamassas especiais de aluminato de cálcio (CA), os recipientes de concreto padrão de 7,000 mL são superdimensionados. Para esses lotes menores, fabricamos a Série ToronMAM, com recipientes dedicados de 1,000 mL (1 litro) projetados especificamente para os procedimentos de método de pressão das normas ASTM C780 Anexo A5 e EN 1015-7. 

Enquanto as normas ASTM C185 e AASHTO T137 definem protocolos gravimétricos utilizando uma medida de 400 mL, onde o ar é calculado a partir da massa e da densidade, nossas unidades de pressão ToronMAM fornecem leituras diretas no local para especificações modernas de alvenaria e pré-fabricados:

• ToronMAM S (Padrão): Unidade de pressão de leitura direta única com faixa de 0% a 20%, precisão escalonada de mais ou menos 0.1% (faixa de 0% a 6%) e mais ou menos 0.2% (faixa de 7% a 20%), e um recipiente selado de 1,000 mL para testes padrão de argamassa.
• ToronMAM P (Precisão): Projetado para durabilidade em campo, com manômetro em aço inoxidável 304 puro, bomba de ar integrada e mecanismo de trava que impede vazamentos de pressão. Oferece uma faixa de medição de 0% a 20% (precisão de ± 0.1% para 0% a 6% e ± 0.2% para 7% a 20%) com um perfil leve de aproximadamente 3.2 kg.
• ToronMAM WR (Ampla Gama): Utiliza tecnologia de sensores alemã e uma fivela de pressão reforçada. Possui um medidor à prova de explosão, poeira e água, com uma ampla faixa de 0% a 100% e um peso total aproximado de 6 kg.
• ToronMAM D (Digital): Medidor de argamassa digital de leitura direta, construído com tecnologia de sensor alemã, tela digital e fecho de pressão. Oferece uma faixa de medição de 0% a 100% com precisão escalonada de ± 0.1% (faixa de 0% a 5%), ± 0.15% (faixa de 6% a 20%) e ± 0.2% (faixa de 21% a 100%), pesando aproximadamente 6.2 kg.

Aprimore a precisão dos testes com a Torontech.

A física dos agregados determina o método de teste: utilize unidades volumétricas ASTM C173 para pedras leves ou porosas e medidores de pressão ASTM C231 Tipo B para cascalho e areia comuns. Como fabricante nos EUA e Canadá, a Torontech fornece equipamentos de teste com excelente custo-benefício, projetados para condições de campo adversas e em conformidade com as rigorosas normas das agências reguladoras.

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