Ana Filipa Russo de Albuquerque Cristino -...
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UNIVERSIDADE DE LISBOA
FACULDADE DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA
INIBIÇÃO DAS REACÇÕES QUÍMICAS EXPANSIVAS INTERNAS N O BETÃO .
CONTROLO DA PENETRAÇÃO DE ÁGUA E MODIFICAÇÃO DAS
PROPRIEDADES EXPANSIVAS DOS PRODUTOS DE REACÇÃO
Ana Filipa Russo de Albuquerque Cristino
MESTRADO EM QUÍMICA ANALÍTICA APLICADA
2008
Dissertação orientada por:
Prof. Doutora Maria da Estrela Melo Jorge
Doutor António Santos Silva
AGRADECIMENTOS
Este trabalho não estaria concluído sem que nele expressasse os meus mais sinceros
agradecimentos e enorme reconhecimento àqueles que de alguma forma colaboraram no
decurso da sua elaboração.
Aos meus orientadores. À professora Doutora Maria Estrela Jorge e ao Doutor António
Santos Silva, quero expressar o meu mais profundo reconhecimento pela amizade, apoio
e estímulo, manifestados desde sempre.
À Eng. Manuela Salta, agradeço a possibilidade de realização deste mestrado e a sua
orientação inicial tão importante para o desenrolar deste trabalho.
À Dona Ludovina devo a orientação, permanente incentivo e apoio concedido, sem não
esquecer o quanto me ensinou não só sobre trabalho, mas também sobre a vida.
Às meninas da sala do fundo, Patrícia Adriano, Daniela Gonçalves, Dora Soares, pela
vossa amizade e apoio, nos bons e maus momentos. A todas um grande obrigado.
Ao Sr. Ramos, pelo trabalho de caroteagem que nunca tinha fim, pelos almoços que
perdeu por minha causa, pela sua atitude incansável de me ajudar, um enormíssimo
obrigado.
À Idalina Silva, Paula Menezes, Luzia Barracha, Susana Couto, Fátima Menezes,
Fátima Forreta, Nuno Garcia, Nuno Silva, um muito obrigado pela ajuda e incentivo.
Ao pessoal do núcleo de betões, um muitíssimo obrigado pela boa disposição de
sempre, pelo enorme carinho com que me trataram e acima de tudo com o carinho que
trataram os meus meninos (betões).
Às empresas que disponibilizaram os materiais, sem os quais não teria sido possível este
estudo, um grande obrigado.
Ao namorado, Bruno Ramos, sem o qual teria sido mais difícil cumprir esta tarefa.
Obrigado pela compreensão, pelo apoio constante, e pelas repreensões nos momentos
certos.
Por fim, mas não menos importante, aos meus pais e irmã, obrigado pela liberdade, pela
compreensão e acima de tudo, pelo vosso amor.
Resumo
A ocorrência nos últimos anos de reacções expansivas internas (reacção álcalis-sílica –
RAS e reacção sulfática interna (RSI) com formação de etringite retardada – DEF), em
várias estruturas de betão a nível internacional e nacional potenciou a necessidade de se
criarem medidas preventivas para a sua inibição, não só nas estruturas afectadas mas
fundamentalmente para as novas estruturas. Uma das medidas de mitigação mais
empregues é a do controlo do ingresso de água no betão. O uso de nitrato lítio tem sido
mencionado como um método alternativo na mitigação da RAS e também, mas só
muito recentemente, da DEF. Contudo em Portugal não existem quaisquer estudos
realizados sobre o emprego de métodos preventivos da RAS ou RSI.
O presente trabalho surge neste contexto e consistiu no emprego de revestimentos por
pintura para o controlo do ingresso de água e de nitrato de lítio para modificação das
propriedades expansivas dos produtos da RAS e/ou da RSI. Para tal utilizaram-se
amostras de betão que se encontravam afectadas por reacções químicas expansivas
internas, tendo-se adoptado uma metodologia de caracterização composta por diferentes
ensaios químicos, físicos e mecânicos para avaliação do desempenho de cada um dos
sistemas empregues.
Os resultados experimentais permitiram evidenciar que a eficácia dos revestimentos por
pintura está grandemente dependente do tipo de sistema empregue e do estado de
degradação do betão. Permitiram igualmente mostrar que as condições de aceleração
utilizadas permitem prever com antecipação o comportamento dos diferentes
revestimentos na inibição das reacções em estudo, enquanto que as condições de
exposição natural, que estão dependentes da cinética lenta destas reacções, permitirão
avaliar a médio/longo prazo o desempenho dos revestimentos por pintura empregues.
O tratamento do betão com nitrato de lítio mostrou, relativamente aos revestimentos por
pintura, ser eficaz na redução da expansão e, de entre os vários métodos empregues para
a introdução do lítio no betão, o método electroquímico foi o mais eficaz.
Abstract
The occurrence of internal expansive reactions (alkali-silica reaction - ASR and internal
sulphatic reaction with delayed etringite formation - DEF), in several international and
national concrete structures, in the last years, has pointed that need for preventive
measures for its inhibition, not only in the affected structures but fundamentally in new
structures. One of the most employed mitigation measures is the control of the water
ingress in concrete. The use of lithium nitrate has been mentioned as an alternative
method in the ASR mitigation and also, but very recently, in the DEF mitigation.
However, in Portugal there are no existing studies on the use of preventive methods of
ASR or DEF.
This work is about the use of concrete coating systems to control the water ingress and
lithium nitrate, for the modification of the expansive properties of the ASR and/or RSI
products. For this purpose samples of concrete affected by internal chemical expansive
reactions were used, and a methodology was adopted for the characterizing, based on
different chemical, physical and mechanical tests to evaluate the performance of each
treatment employed.
The experimental results show that the effectiveness of coating systems are very
dependent on the type of system used and on the state of the concrete degradation. They
also show that the accelerated conditions used allow us to predict, in advance, the
behaviour of the different coatings systems in the inhibition of the reactions in study,
while the conditions of natural exposure, which are dependent on the slow kinetics of
these reactions, permit us to evaluate the medium/long performance of the coating
systems used.
The treatment of concrete with lithium nitrate, showed, compared to the concretes
painted with the coating systems, to be effective in reducing the expansion and, that the
most effective methods employed was the electrochemical method.
i
Índice do Texto
Pág. Capítulo I – Introdução………………………………………………………………...1
1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ...................................................................................... 3
1.2. ENQUADRAMENTO DO TRABALHO PROPOSTO ...................................................... 4
1.3. OBJECTIVOS .......................................................................................................... 5
1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO .............................................................................. 5
Capítulo II – Degradação do betão por reacções químicas expansivas de origem
interna…………………………………………………………………………………...7
2.1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9
2.2. A REACÇÃO ÁLCALIS -SÍLICA ............................................................................... 12
2.2.1. Factores condicionantes da RAS no betão ................................................... 15
2.3. A REACÇÃO SULFÁTICA INTERNA ....................................................................... 16
2.3.1. A etringite primária e secundária.................................................................. 18
2.3.2. Os factores condicionantes da DEF no betão ............................................... 20
2.4. INDÍCIOS DA RAS E DA DEF EM ESTRUTURAS DE BETÃO .................................. 22
2.5. MEDIDAS PREVENTIVAS ...................................................................................... 25
2.5.1. A não utilização de agregados reactivos....................................................... 26
2.5.2. Controlo do teor de álcalis no betão ............................................................. 28
2.5.3. Utilização de adições minerais em substituição do cimento ........................ 29
2.5.4. Controlo da temperatura ............................................................................... 30
2.5.5. Utilização de compostos de lítio................................................................... 30
2.6. MEDIDAS DE MITIGAÇÃO E /OU CONTROLO ........................................................ 31
2.6.1. Controlo do teor de humidade ...................................................................... 31
2.6.2. A utilização de revestimentos impermeabilizantes ...................................... 31
2.6.2.1. Definição das diferentes famílias de revestimentos .............................. 34
2.6.2.2. Selecção do método de protecção.......................................................... 36
2.6.3. Modificação das propriedades expansivas dos produtos de reacção com
recurso a sais de lítio .............................................................................................. 37
2.6.3.1. Mecanismos reaccionais de actuação do lítio........................................ 38
2.6.3.2. Métodos utilizados na aplicação de sais de lítio.................................... 40
ii
Pág.
Capítulo III – Metodologia de ensaio………………………………………………...43
3.1. AMOSTRAGEM ..................................................................................................... 45
3.2. EMPREGO DE REVESTIMENTOS IMPERMEABILIZANTES NO CONTROLO DO
INGRESSO DA ÁGUA .................................................................................................... 46
3.2.1. Método de aplicação..................................................................................... 46
3.2.2. Ambientes de exposição dos provetes .......................................................... 48
3.2.2.1. Exposição em câmara saturada.............................................................. 49
3.2.2.2. Exposição em ambiente de imersão....................................................... 49
3.2.2.3. Exposição natural .................................................................................. 50
3.2.3. Métodos de ensaio e de caracterização......................................................... 50
3.2.3.1. Caracterização dos produtos de revestimento ....................................... 52
3.2.3.2. Caracterização física, química e microestrutural dos betões................. 54
3.2.3.3. Caracterização mecânica ....................................................................... 56
3.3. EMPREGO DE NITRATO DE LITIO NA MODIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES
EXPANSIVAS DOS PRODUTOS DA REACÇÃO................................................................ 57
3.3.1. Introdução do ião lítio no betão por difusão................................................. 58
3.3.1.1. Ensaios de imersão ................................................................................ 59
3.3.1.2. Ciclos de imersão/secagem....................................................................59
3.3.2. Introdução do ião lítio no betão por migração electroquímica..................... 60
3.3.3. Métodos de caracterização e de ensaio......................................................... 63
Capítulo IV – Resultados experimentais e discussão……………………………….65
4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS .................................................................................... 67
4.2. CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS DE REVESTIMENTO ..................................... 67
4.2.1. Ensaios de permeabilidade à água líquida.................................................... 67
4.2.2. Ensaios de crack-bridging ............................................................................ 68
4.3. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA , QUÍMICA E MICROESTRUTURAL DOS BETÕES
REVESTIDOS E NÃO REVESTIDOS................................................................................ 70
4.3.1. Ensaios de expansão ..................................................................................... 70
4.3.2. Evolução do teor de álcalis solúveis............................................................. 81
4.3.3. Evolução da microestrutura e da composição da pasta por MEV/EDS ....... 86
4.4. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS BETÕES EM ESTUDO ................................... 94
iii
Pág. 4.4.1. Resistência à compressão ............................................................................. 94
4.4.2. Módulo de elasticidade em compressão ....................................................... 95
4.5. TRATAMENTO COM NITRATO DE LÍTIO ............................................................. 100
4.5.1. Ensaios de imersão a 20 ºC......................................................................... 100
4.5.2. Ensaios de imersão a 38 ºC......................................................................... 101
4.5.3. Ciclos de imersão/secagem......................................................................... 102
4.5.4. Ensaios de Migração................................................................................... 104
4.5.5. Eficiência do fornecimento de lítio: difusão versus migração ................... 107
4.5.6. Ensaios de expans\ão e de variação de massa ............................................ 108
4.5.7. Evolução da microestrutura e da composição da pasta por MEV/EDS ..... 108
Capítulo V – Conclusões e trabalhos futuros………………………………………115
5.1. CONCLUSÕES..................................................................................................... 117
5.2. TRABALHOS FUTUROS ...................................................................................... 119
Anexos………………………………………………………………………………...117
ANEXO I – Modelos de Expansão dos produtos de reacção da RAS e da DEF... A-1
I.1. MECANISMO DE EXPANSÃO DA RAS................................................................. A-1
I.1.1. MODELO DE DENT-GLASSER E KATAOKA ..................................................... A-1
I.1.2. MODELO DE POOLE ........................................................................................ A-2
I.1.3. MODELO DE CHATTERJI E COLABORADORES ................................................ A-3
I.1.4. MODELO DE WANG E GILLOTT ...................................................................... A-5
I.1.5. MODELO DE DRON.......................................................................................... A-8
I.1.6. MODELO DE MÔNICA PREZZI – TEORIA DA DUPLA CAMADA ELECTRÓNICA A-9
I.2. PRINCIPAIS ASPECTOS DO MECANISMO DA RAS ............................................ A-13
I.3. MECANISMOS DE EXPANSÃO DA DEF .............................................................. A-13
I.3.1. Expansão por absorção de água pela etringite coloidal............................. A-13
I.3.2. Expansão por pressão de cristalização ...................................................... A-14
I.3.3. Expansão produzida pelo fenómeno de dupla camada eléctrica ............... A-14
ANEXO II – Preparação das amostras para os ensaios de caracterização......... A-15
II.1. CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS ...................................................... A-15
II.1.1. Ensaios de permeabilidade à água líquida ............................................... A-15
iv
Pág. II.1.2. Ensaios de Crack-bridging....................................................................... A-17
II.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MICROESTRUTURAL ..................................... A-19
II.2.1. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS NO BETÃO POR EAA.... A-19
II.2.2. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS NO BETÃO POR EAA.... A-23
II.3 – DETERMINAÇÃO DO VOLUME DE SOLUÇÃO DE L INO3 30% A UTILIZAR NOS
ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO PARA O EMPREGO DE NITRATO DE LÍTIO ............ A-23
ANEXO III – Resultados dos ensaios de caracterização para o emprego de
revestimentos............................................................................................................. A-25
III.1. CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS .................................................... A-25
III.1.1. Ensaios de permeabilidade à água.......................................................... A-25
III.1.2. Crack-bridging........................................................................................ A-29
III.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MICROESTRUTURAL DOS BETÕES REVESTIDOS E
NÃO REVESTIDOS .................................................................................................... A-31
III.2.1. Determinação do teor de álcalis solúveis nos betões por EAA .............. A-31
III.2.2. Caracterização da microestrutura por MEV/EDS dos betões da travessa 2,
Ref-P2 e P2......................................................................................................... A-42
III.3. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS BETÕES REVESTIDOS E NÃO REVESTIDOS ..
............................................................................................................... A-48
III.3.1. Resistência à compressão ....................................................................... A-48
III.3.2. Módulo de elasticidade em compressão ................................................. A-48
ANEXO IV – Resultados dos ensaios de caracterização química e microestrutural
dos betões sujeitos ao tratamento com nitrato de lítio .......................................... A-51
IV.1. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS (NA+, K+
E L I+) POR EAA.....
............................................................................................................... A-51
IV.2. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL POR MEV/EDS DOS BETÕES SUJEITOS
AOS ENSAIOS DE DIFUSÃO DO IÃO LÍTIO POR IMERSÃO A 20 ºC ............................ A-54
IV.3. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL POR MEV/EDS DOS BETÕES SUJEITOS
AOS ENSAIOS DE MIGRAÇÃO ................................................................................... A-56
v
Índice das Figuras
Pág. Figura 1 – a) Imagem ao microscópio electrónico de varrimento (MEV) do gel da RAS
e b) análise química por espectroscopia de dispersão de energia (EDS) do gel em a)
[Cristino, 2004]............................................................................................................... 13
Figura 2 – Esquema reaccional apresentado por Dent-Glasser e Kataoka (a): ionização
dos grupos silanol e neutralização pelos iões Na+ e K+; (b): ruptura das pontes siloxano
pelos iões hidroxilo [Dent-Glasser e Kataoka, 1981]..................................................... 13
Figura 3 – Ataque dos álcalis à sílica a) bem cristalizada e b) mal cristalizada. As
estruturas apresentadas são meramente ilustrativas [Dent-Glasser e Kataoka, 1981].... 14
Figura 4 – a) Imagem ao MEV de etringite sobre um agregado e b) respectivo espectro
obtido por EDS [Santos Silva, 2005a]............................................................................ 17
Figura 5 – Fotografias de travessas de betão para caminhos-de-ferro fissuradas em
resultado de DEF. ........................................................................................................... 20
Figura 6 – Degradação de uma ponte em que é visível a fissuração típica das reacções
expansivas internas. ........................................................................................................ 23
Figura 7 – Exemplos da degradação excessiva em que a fissuração tende a alinhar--se
com as armaduras principais da estrutura e com exsudação de gel e destacamento de
material. .......................................................................................................................... 23
Figura 8 – Evidência de zonas húmidas e poros, parcialmente ou totalmente preenchidos
com produtos da reacção, numa carote de betão retirada de uma estrutura afectada por
reacções químicas expansivas internas........................................................................... 24
Figura 9 – Imagens ao MEV de produtos da RAS presentes em interfaces
agregado/pasta, nas formas semi-cristalizada (à esquerda) e amorfa (à direita). ........... 24
Figura 10 – Formação de DEF numa interface agregado/pasta, sendo visível em maior
ampliação o aspecto compactado dos cristais, e a sua composição característica no
espectro EDS. ................................................................................................................. 25
Figura 11 – Comportamento péssimo para uma argamassa com teor em álcalis de 6
kg/m3 e razões água/cimento e agregado/cimento de 0,4 e 2,75, respectivamente
[Hobbs, 1988]. ................................................................................................................ 27
Figura 12 – Desenho esquemático típico de um impregnante hidrófobo [EN 1504,
2004]............................................................................................................................... 35
Figura 13 – Desenho esquemático típico de um impregnante [EN 1504, 2004]............ 35
vi
Pág.
Figura 14 – Desenho esquemático típico de um revestimento de superfície [EN 1504,
2004]............................................................................................................................... 35
Figura 15 – Selecção dos produtos e sistemas de protecção superficial do betão
consoante os objectivos pretendidos [Rodrigues, 2003]. ............................................... 36
Figura 16 – Esquema da migração do lítio durante o tratamento electroquímico
[Whitmore, D. e Abbott, S., 2000]. ................................................................................ 42
Figura 17 – Extracção por carotagem das amostras das travessas de betão e aspecto
duma travessa após a operação de carotagem. ............................................................... 45
Figura 18 – Imagens da aplicação de dois dos revestimentos à trincha. ........................ 48
Figura 19 – Aspecto dos provetes de betão conservados em câmara saturada (T=20 ºC e
uma HR > 95 %)............................................................................................................. 49
Figura 20 – Contentor plástico para condicionamento dos provetes de betão em imersão
a 20 ºC. ........................................................................................................................... 50
Figura 21 – Fotos dos provetes de betão conservados em exposição natural na estação
experimental do LNEC................................................................................................... 50
Figura 22 – Diagrama esquemático dum provete para ensaio de crack-bridging. ......... 54
Figura 23 – Marcação das geratrizes de um provete cilíndrico e colagem dos pernos: (a)
representação esquemática de um provete equipado com três séries de pernos colados
longitudinalmente ao longo de três geratrizes espaçadas de 120º; (b) marcação das
geratrizes com recurso a um molde plástico perfurado; c) colagem e ajuste da distância
entre pernos ao longo de uma das geratrizes. ................................................................. 55
Figura 24 – Equipamento para determinação da resistência em compressão do Núcleo
de Betões do LNEC, I.P.. ............................................................................................... 56
Figura 25 – Equipamento para determinação do módulo de elasticidade em compressão
do Núcleo de Betões do LNEC, I.P.. .............................................................................. 57
Figura 26 – Provete de betão em imersão na solução de 30% de LiNO3. ...................... 59
Figura 27 – Aplicação tópica de uma solução de lítio numa via degradada, a) Aspecto
do estado de degradação da via; b) Aplicação em progresso [Folliard, et al., 2003]..... 60
Figura 28 – Representação esquemática da montagem efectuada para o estudo das
condições de aplicação da migração do ião lítio. ........................................................... 61
Figura 29 – Representação esquemática da montagem para o ensaio de migração a 60 V
em provetes de betão com 160 mm de altura. ................................................................ 62
vii
Pág. Figura 30 – Aspectos da montagem final para o ensaio de migração do ião lítio em
provetes de betão com 160 mm de altura. ...................................................................... 62
Figura 31 – Curvas de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para os
vários revestimentos. ...................................................................................................... 67
Figura 32 – Fotografia dos provetes revestidos com o sistema P5 (em cima à esquerda) e
P6 (em baixo à esquerda), que fissuraram após aplicação da tensão e pormenor da
fissuração (à direita). ...................................................................................................... 69
Figura 33 – Gráfico de expansão dos provetes de betão não revestidos (referência) em
câmara saturada a 20 ºC.................................................................................................. 71
Figura 34 – Gráfico de variação de massa dos provetes de betão não revestidos
(referência) em câmara saturada a 20 ºC. ....................................................................... 71
Figura 35 – Gráficos de expansão (esquerda) e de variação de massa (direita) dos
provetes de betão não revestidos (referência) e revestidos em câmara saturada a 20 ºC.
........................................................................................................................................ 73
Figura 36 – Aspecto com 28 dias dum provete revestido com o sistema P4. É evidente o
fraco poder de cobertura deste revestimento. ................................................................. 75
Figura 37 – Gráfico de expansão dos provetes de betão não revestidos (referência) em
imersão a 20 ºC............................................................................................................... 76
Figura 38 – Gráfico de variação de massa dos provetes de betão não revestidos
(referência) em imersão a 20 ºC ..................................................................................... 77
Figura 39 – Gráficos de expansão (esquerda) e de variação de massa (direita) dos
provetes de betão não revestidos (referência) e revestidos em imersão a 20 ºC. ........... 78
Figura 40 – Gráfico de expansão de provetes de betão não revestidos (referência) em
ambiente natural. ............................................................................................................ 79
Figura 41 – Gráfico de variação de massa de provetes de betão não revestidos
(referência) em ambiente natural. ................................................................................... 80
Figura 42 – Gráfico de expansão de provetes de betão revestidos em ambiente natural.
........................................................................................................................................ 80
Figura 43 – Gráfico de variação de massa de provetes de betão revestidos em ambiente
natural. ............................................................................................................................ 81
Figura 44 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) aos 0 e 180 dias para os provetes não
revestidos (referência) nos três ambientes de exposição. ............................................... 82
viii
Pág. Figura 45 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) ao longo do tempo para os provetes
revestidos em câmara saturada. ...................................................................................... 83
Figura 46 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) ao longo do tempo para os provetes
com os sistemas P2, P5 e P7 em imersão. ...................................................................... 84
Figura 47 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) ao longo do tempo para os provetes
revestidos em exposição natural. .................................................................................... 85
Figura 48 – Representação da variação do consumo de Na2Oeq a 180 dias, para os vários
provetes de betão revestidos e em função do tipo de exposição. ................................... 86
Figura 49 – Observação ao MEV/EDS do betão não revestido Ref-P2 em câmara
saturada que evidencia a presença de produtos RAS (a) semi-cristalizados e (c) amorfos
em interfaces agregado/pasta, e respectivos espectros EDS (b) e (d). ........................... 87
Figura 50 – Observação ao MEV/EDS do betão não revestido Ref-P2 em câmara
saturada de etringite na forma massiva (esquerda) e acicular (direita) e espectro EDS
característico da etringite................................................................................................ 88
Figura 51 – Observação ao MEV/EDS do betão revestido P2 em câmara saturada de
etringite na forma massiva (esquerda) e gel da RAS (direita)........................................ 89
Figura 52 – Observação ao MEV do betão de Ref-P2, de produtos amorfos da RAS (a)
em poros e de zona afectada por etringite (c), onde é evidente, em maior ampliação, a
maior espessura do gel (b) e a grande quantidade de etringite (d). ................................ 89
Figura 53 – Observação ao MEV da pasta do betão não revestido Ref-P2 conservado em
câmara saturada (a) e imersão (b) e respectivos espectros EDS..................................... 90
Figura 54 – Razão atómica Ca/Si do gel CSH para os betões de referência aos 0 e 180
dias em câmara saturada (CS) e em imersão. ................................................................. 92
Figura 55 – Teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para os betões de referência
aos 0 e 180 dias em câmara saturada (CS) e em imersão. .............................................. 92
Figura 56 – Razão atómica Ca/Si do gel CSH para os betões revestidos com 0 e 180 dias
em câmara saturada (CS) e em imersão.......................................................................... 93
Figura 57 – Teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para os betões revestidos aos
0 e 180 dias em câmara saturada (CS) e em imersão. ....................................................93
Figura 58 – Evolução da resistência à compressão para os vários betões em câmara
saturada a 20 ºC. ............................................................................................................ 94
Figura 59 – Evolução da resistência à compressão para os betões em ambiente de
imersão a 20 ºC............................................................................................................... 95
ix
Pág. Figura 60 – Evolução da resistência à compressão para os betões em ambiente natural.
........................................................................................................................................ 95
Figura 61 – Evolução do módulo de elasticidade para os vários provetes de betão de
referência em câmara saturada a 20 ºC........................................................................... 96
Figura 62 – Evolução do módulo de elasticidade para os provetes de betão revestidos
em câmara saturada a 20 ºC............................................................................................ 97
Figura 63 – Evolução do módulo de elasticidade para os betões de referência em
imersão a 20 ºC............................................................................................................... 97
Figura 64 – Evolução do módulo de elasticidade para os betões com revestimento em
imersão a 20 ºC............................................................................................................... 98
Figura 65 – Evolução do módulo de elasticidade para os provetes de betão de referência
em exposição natural. ..................................................................................................... 99
Figura 66 – Evolução do módulo de elasticidade para os provetes de betão revestidos
em exposição natural. ..................................................................................................... 99
Figura 67 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtidos por EAA) para o betão imerso a 20 ºC. 100
Figura 68 – Perfil do teor de lítio (obtido por EAA) no betão imerso a 20 ºC............. 101
Figura 69 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtido por EAA) no betão imerso a 38 ºC........ 102
Figura 70 – Perfil de penetração do ião lítio (obtido por EAA) para o betão imerso a 38
ºC. ................................................................................................................................. 102
Figura 71 – Perfil do teor de Na2Oeq obtido por EAA para o betão com ciclos de
imersão/secagem a 20º C.............................................................................................. 103
Figura 72 – Perfil do teor de lítio obtido por EAA para o betão com ciclos de
imersão/secagem a 20º C.............................................................................................. 103
Figura 73 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtido por EAA) para os ensaios de migração
água/água no betão de controlo para diferentes voltagens. .......................................... 104
Figura 74 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtido por EAA) para os ensaios de migração
lítio/água no betão ensaiado para as diferentes voltagens. ........................................... 105
Figura 75 – Perfil do teor de lítio (obtido por EAA) para os ensaios de migração
lítio/água. ...................................................................................................................... 106
Figura 76 – Relação conceptual entre a deterioração do betão devida à RAS e a
resistência do betão à penetração do lítio [adaptado de Johnston et al., 2000]. ........... 107
x
Pág. Figura 77 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões retrodifundidos da
microestrutura da pasta de cimento para o betão de referência sujeito aos ensaios de
migração água/água: a) 20 V; b) 40 V; c) 60 V............................................................ 109
Figura 78 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões retrodifundidos da
microstrutura da pasta de cimento para os betões sujeitos aos ensaios de migração
lítio/água; a) 20 V; b)40 V; c) 60 V. ............................................................................ 110
Figura 79 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões secundários de aspectos
do gel da RAS dos betões dos ensaios de migração lítio/água a 20 V sendo evidente a
passagem do gel de um aspecto compacto (a) a alveolar (c)........................................ 111
Figura 80 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões secundários de aspectos
do gel da RAS e de etringite em interfaces agregado/pasta dos betões dos ensaios de
migração lítio/água a 40 V a) produtos RAS amorfos; b) produtos semi-cristalizados da
RAS; c) espectro EDS da RAS; d) etringite. ................................................................ 112
Figura 81 – a) Observação ao MEV em modo de electrões secundários de produtos
semi-cristalizados da RAS; b) Observação ao MEV em modo de electrões
retrodifundidos do gel da RAS num poro de grandes dimensões em betões dos ensaios
de migração lítio/água a 60 V....................................................................................... 112
Figura 82 – Razão atómica Ca/Si e teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para
os betões de referência sujeitos aos ensaios de migração água/água. .......................... 113
Figura 83 – Razão atómica Ca/Si e teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para
os betões sujeitos aos ensaios de migração lítio/água. ................................................. 114
Figura 84 – Representações esquemáticas da quebra da estrutura de materiais siliciosos
reactivos hidratados com formação de um gel álcalis-sílica como resultado do ataque de
hidróxidos de Na+ e K+ em solução [Poole, A.B., 1992].............................................. A-3
Figura 85 – Esquema da estrutura superficial da Opala [Wang e Gillot, 1991]........... A-5
Figura 86 – Trocas protónicas entre os grupos silanol e os catiões K+, Na+ e Ca2+[ Wang
e Gillot, 1991]............................................................................................................... A-5
Figura 87 – Ataque dos iões hidroxilo nas pontes siloxano internas Si-O-Si [Wang e
Gillot, 1991]. ................................................................................................................ A-6
Figura 88 – Trocas protónicas entre os grupos silanol internos e os iões Na+ e K+
(formação de um gel expansivo) [Wang e Gillot, 1991]. ............................................. A-6
Figura 89 – Trocas catiónicas entre os iões Na+ e K+ e os iões Ca2+ [Wang e Gillot,
1991]............................................................................................................................. A-7
xi
Pág. Figura 90 – Solubilidade do hidróxido de cálcio em solução alcalina [Greenberg, S.A.,
1956]............................................................................................................................. A-8
Figura 91 – Representação esquemática da estrutura da sílica não hidratada [Powers,
T.C. e Steinour, H., 1955a]......................................................................................... A-10
Figura 92 – Representação esquemática da estrutura da sílica hidratada [Powers, T.C. e
Steinour, H., 1955a].................................................................................................... A-10
Figura 93 – Esquema das etapas envolvidas na transição de gel a colóide [Prezzi, M. et
al., 1997]. .................................................................................................................... A-13
Figura 94 – Provete de tijolo utilizado nos ensaios de permeabilidade à água, onde é
evidente o revestimento em avaliação no topo........................................................... A-15
Figura 95 – Provetes de tijolo em ensaios de permeabilidade à água líquida. ........... A-16
Figura 96 – Equipamento de ensaio de crack-bridging do Núcleo de Materiais Plásticos
e Compósitos do LNEC, I.P., em que é visível a aplicação da tensão até à fractura do
provete. ....................................................................................................................... A-17
Figura 97 – Procedimento de aplicação de tensão nas duas extremidades do provete de
betão para avaliação da capacidade de crack-bridging do revestimento. ................... A-18
Figura 98 – Equipamento de ensaio de crack-bridging do Núcleo de Materiais Plásticos
e Compósitos do LNEC, I.P., em que é visível a aplicação de uma força de extensão até
à rotura do revestimento. ............................................................................................ A-18
Figura 99 – Equipamento utilizado para a britagem das amostras de betão do LNEC,
I.P................................................................................................................................ A-19
Figura 100 – Moagem das amostras para s ensaios químicos: à esquerda o moinho de
bolas; no centro o pote de porcelana para uso na moagem da amostra; e à direita o
peneiro de malha < 160 µm........................................................................................ A-20
Figura 101 – Secagem das amostras de betão com granulometria < 160 µm numa estufa
a 105 ºC. ..................................................................................................................... A-20
Figura 102 – Espectrofotómetro de absorção atómica “Shimadzu AA-6300” do Núcleo
de Materiais Metálicos do LNEC, I.P......................................................................... A-21
Figura 103 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz
quadrada do tempo para o sistema P1, e respectiva curva de ajuste linear. ............... A-26
Figura 104 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz
quadrada do tempo para o sistema P2, e respectiva curva de ajuste linear. ............... A-26
xii
Pág. Figura 105 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz
quadrada do tempo para o sistema P4, e respectiva curva de ajuste linear. ............... A-27
Figura 106 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz
quadrada do tempo para o sistema P5, e respectiva curva de ajuste linear. ............... A-27
Figura 107 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz
quadrada do tempo para o sistema P6, e respectiva curva de ajuste linear. ............... A-28
Figura 108 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz
quadrada do tempo para o sistema P7, e respectiva curva de ajuste linear. ............... A-28
Figura 109 – Variação da extensão com a força aplicada para os provetes revestidos
com o sistema P2. ....................................................................................................... A-29
Figura 110 Variação da extensão com a força aplicada para os provetes revestidos com
o sistema P4................................................................................................................ A-30
Figura 111 Variação da extensão com a força aplicada para os provetes revestidos com
o sistema P7................................................................................................................ A-30
Figura 112 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência
conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias. .............................................. A-34
Figura 113 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência
conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias. .............................................. A-35
Figura 114 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos
conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias. .............................................. A-35
Figura 115 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos
conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias. .............................................. A-36
Figura 116 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência
conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias. ........................................................... A-36
Figura 117 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência
conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias. ........................................................... A-37
Figura 118 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos
conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias. ........................................................... A-37
Figura 119 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos
conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias. ........................................................... A-38
Figura 120 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência
conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias............................................. A-38
xiii
Pág. Figura 121 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência
conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias............................................. A-39
Figura 122 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos
conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias............................................. A-39
Figura 123 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos
conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias............................................. A-40
Figura 124 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do
betão inicial da travessa 2 antes de ser ensaiado, a) e b) aspectos geral da amostra onde é
visível a disseminação da etringite e da RAS na amostra de betão; c) pormenor de
produtos semi-cristalizados da RAS em zona de interface agregado/pasta; d) gel da RAS
em zona de interface agregado/pasta; e)gel da RAS e respectivo espectro EDS. ...... A-42
Figura 125 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do
betão Ref-P2 conservado em câmara saturada, a) poro preenchido com etringite; b) a d)
pormenores em maiores ampliações de etringite na forma acicular; e) forma massiva de
etringite em cima de um agregado; f) produtos da RAS semi-cristalizados. ............. A-43
Figura 126 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do
betão Ref-P2 conservado em imersão, a) aspecto geral da amostra onde é visível a
disseminação da etringite na amostra de betão; b) pormenores de etringite na forma
acicular; c) poro de grandes dimensões onde é visível em maior ampliação o
preenchimento com produtos da RAS (d). ................................................................. A-44
Figura 127 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do
betão P2 conservado em câmara saturada, a) aspectos geral da amostra; b) interface
agregado/pasta afectado por produtos da RAS c) coexistência da forma de gel amorfo e
de produtos semicristalizados; d) produtos da RAS semi-cristalizados em pormenor. .....
.................................................................................................................................... A-45
Figura 128 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do
betão P2 conservado em imersão, a) aspectos geral da amostra onde é evidente poros
preenchidos com gel da RAS e interfaces com produtos semi-cristalizados (b); c)
agregado afectado por RAS; d) interface agregado/pasta com produtos da RAS...... A-46
Figura 129 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos
ensaios de imersão em água a 20 ºC, a) imagem geral da amostra onde é visível a
disseminação da etringite na forma massiva; b) etringite acicular numa interface; c) e d)
gel da RAS em interfaces agregado/pasta. ................................................................. A-54
xiv
Pág.
Figura 130 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos
ensaios de imersão em lítio a 20 ºC, a) imagem geral da amostra onde é visível a
disseminação da etringite na forma massiva; b) ampliação da imagem anterior; c)
aspecto de uma interface agregado/pasta afectado por um gel da RAS com uma
morfologia ligeiramente diferente da forma compacta habitual; d) zonas com gel de
aspecto compacto........................................................................................................ A-55
Figura 131 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos
ensaios de migração a 20 V, a) imagem geral da amostra onde é visível formação de gel;
b) ampliação da imagem anterior; c) aspecto de uma agregado silícioso afectado pela
RAS; d) a f) zonas com gel sendo visível o aspecto ligeiramente alveolar................ A-56
Figura 132 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos
ensaios de migração a 40 V, a) de um agregado onde é visível em ampliação b) a
coexistência de RAS e etringite; c) gel da RAS; d) etringite na sua forma massiva.. A-57
Figura 133 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos
ensaios de migração a 60 V de uma zona de interface onde é visível em maior
ampliação um agregado afectado por RAS. ...............................................................A-57
xv
Índice das Tabelas
Pág. Tabela 1 – Factores de degradação e o efeito sobre o desempenho. Adaptado a partir de
[Ferreira, 2000]............................................................................................................... 10
Tabela 2 – Dosagens mínimas duma solução a 30 % de nitrato de lítio [LNEC E 461,
2004]............................................................................................................................... 30
Tabela 3 – Tipo de revestimentos e sua eficácia no controlo da expansão por RAS no
betão [Cristino, 2005]. .................................................................................................... 33
Tabela 4 – Revestimentos utilizados para o estudo do controlo do ingresso de água no
betão. .............................................................................................................................. 47
Tabela 5 – Distribuição dos diferentes provetes de betão consoante os ensaios a que se
destinam.......................................................................................................................... 47
Tabela 6 – Metodologia utilizada e calendarização para o estudo da eficácia do emprego
de revestimentos impermeabilizantes no controlo da RAS e DEF................................. 52
Tabela 7 – Plano da aplicação da metodologia de avaliação da eficácia do nitrato de lítio
na modificação das propriedades expansivas dos produtos da RAS e DEF................... 63
Tabela 8 – A velocidade de transmissão de água líquida, w, para os vários sistemas de
protecção......................................................................................................................... 68
Tabela 9 – Resultados dos ensaios de tracção nos ensaios de crack-bridging. .............. 69
Tabela 10 – Resultados dos ensaios de expansão e respectivos valores de eficácia aos
180 dias para os betões conservados em câmara saturada.............................................. 73
Tabela 11 – Resultados dos ensaios de expansão e respectivos valores de eficácia aos
180 dias para os betões conservados em imersão........................................................... 78
Tabela 12 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) dos produtos de revestimento P2 e P5.
........................................................................................................................................ 84
Tabela 13 – Teor em lítio (obtido por EAA) antes e após tratamento electroquímico de
um tabuleiro duma ponte [Whitmore e Abbot, 2000]. ................................................. 106
Tabela 14 – Valores obtidos de ião lítio e de Na2Oeq no primeiro centímetro por EAA
para os betões tratados com nitrato de lítio pelos ensaios de difusão e migração. ....... 107
Tabela 15 – Eficácia dos tratamentos com nitrato de lítio versus sistema P2 na redução
da expansão para provetes de betão em câmara saturada a 20º C. ............................... 108
Tabela 16 – Solubilidade dos hidróxidos alcalinos e de cálcio em água [Greenberg,
S.A., 1956].................................................................................................................... A-7
xvi
Pág.
Tabela 17 – Raio hidráulico dos iões K+, Na+ e Ca2+ e energia electrostática [Greenberg,
S.A., 1956].................................................................................................................... A-8
Tabela 18 – Classificação quanto à velocidade de transmissão da água líquida de acordo
com a norma NP EN 1062-3 [NP EN 1062-3, 2001]. ................................................ A-17
Tabela 19 – Valores de absorção capilar ao longo da raiz quadrada do tempo para os
vários sistemas de revestimento. ................................................................................ A-25
Tabela 20 – Condições de ensaio seguidas nos ensaios de crack-bridging. ............... A-29
Tabela 21 – Valores de carga máxima e da extensão à carga máxima para os provetes
revestidos com o sistema P2....................................................................................... A-29
Tabela 22 – Valores de carga máxima e da extensão à carga máxima para os provetes
revestidos com o sistema P4....................................................................................... A-30
Tabela 23 – Valores de carga máxima e da extensão à carga máxima para os provetes
revestidos com o sistema P7....................................................................................... A-31
Tabela 24 – Percentagem de Na2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos
betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em câmara
saturada....................................................................................................................... A-31
Tabela 25 – Percentagem de K2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos
betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em câmara
saturada....................................................................................................................... A-32
Tabela 26 – Percentagem de Na2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos
betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em imersão. ......
.................................................................................................................................... A-32
Tabela 27 – Percentagem de K2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos
betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em imersão. ......
.................................................................................................................................... A-33
Tabela 28 – Percentagem de Na2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos
betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em ambiente
natural. ........................................................................................................................ A-33
Tabela 29 – Percentagem de K2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos
betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em ambiente
natural. ........................................................................................................................ A-34
xvii
Pág. Tabela 30 – Percentagem de Na2Oeq (obtida por EAA) para os betões de referência e
revestidos ao longo do tempo, conservados em câmara saturada............................... A-40
Tabela 31 – Percentagem de Na2Oeq (obtida por EAA) para os betões de referência e
revestidos ao longo do tempo, conservados em imersão............................................ A-41
Tabela 32 – Percentagem de Na2Oeq (obtida por EAA) para os betões de referência e
revestidos ao longo do tempo, conservados em exposição natural. ........................... A-41
Tabela 33 – Razão atómica Ca/Si e percentagem atómica de Na2Oeq (obtidas por EDS)
da pasta de cimento aos 180 dias dos diferentes betões revestidos e respectivas
referências conservados em câmara saturada a 20 ºC................................................ A-47
Tabela 34 – Razão atómica Ca/Si e percentagem atómica de Na2Oeq (obtidas por EDS)
da pasta de cimento aos 180 dias dos diferentes betões revestidos e respectivas
referências conservados em imersão a 20 ºC.............................................................. A-47
Tabela 35 – Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos provetes de
referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento para os três ambientes de
exposição aos 0 (inicial) e 180 dias de ensaio. ........................................................... A-48
Tabela 36 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade em compressão dos
provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento conservados
em câmara saturada aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio.............................................. A-48
Tabela 37 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade em compressão dos
provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento conservados
em ambiente de imersão aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio....................................... A-48
Tabela 38 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade em compressão dos
provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento conservados
em ambiente de exposição natural aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio. ...................... A-49
Tabela 39 – Percentagem de Na2Oeq e lítio (obtidas por EAA) existente nos vários
centímetros dos betões referentes aos ensaios de imersão a 20 ºC............................. A-51
Tabela 40 – Percentagem de Na2Oeq e lítio (obtidas por EAA) existente nos vários
centímetros dos betões referentes aos ensaios de imersão a 38 ºC............................. A-52
Tabela 41 – Percentagem de lítio e Na2Oeq (obtidas por EAA) existente nos vários
centímetros dos betões referentes aos ciclos de imersão/secagem. ............................ A-52
Tabela 42 – Percentagem de lítio e Na2Oeq (obtidas por EAA) existente nos vários
centímetros dos betões referentes aos ensaios de migração água/água a 20, 40 e 60 V.....
.................................................................................................................................... A-53
xviii
Pág.
Tabela 43 – Percentagem de lítio e Na2Oeq (obtidas por EAA) existente nos vários
centímetros dos betões referentes aos ensaios de migração lítio/água a 20, 40 e 60 V......
.................................................................................................................................... A-53
Tabela 44 – Análise semi-quantitativa EDS dos elementos da pasta de cimento do
primeiro centímetro dos betões sujeitos aos ensaios de migração em comparação com os
valores para o betão inicial. ........................................................................................ A-58
Capítulo Um Introdução
Pág. 1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ...................................................................................... 3
1.2. ENQUADRAMENTO DO TRABALHO PROPOSTO ...................................................... 4
1.3. OBJECTIVOS .......................................................................................................... 5
1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO .............................................................................. 5
3
1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
“O betão é um material constituído pela mistura, devidamente proporcional, de pedras
e areia, com um ligante hidráulico1, água e, eventualmente, adjuvantes. A propriedade
que os produtos da reacção do ligante com a água têm de endurecer, confere à mistura
uma coesão e resistência que lhe permite servir como material de construção.”
A. de Sousa Coutinho em (Coutinho, 2006)
Nos países industrializados o betão tornou-se o material de construção mais utilizado.
Esta posição privilegiada provém das aplicações diversas que o betão conheceu nas
últimas décadas. A razão para este desenvolvimento advém de vários factores, entre os
quais, da facilidade do seu fabrico, da sua existência ilimitada, da sua presença
constante, e da sua grande durabilidade.
Um betão durável pode ser definido como sendo aquele que mantém a sua integridade
estrutural, capacidade protectora e qualidade estética ao longo de determinado período
de tempo, quando exposto ao meio ambiente. A durabilidade não é uma propriedade
intrínseca dos materiais, mas sim uma função relacionada com o desempenho do
material durante a sua vida de serviço sob determinadas condições ambientais [Ferreira,
2000]
No passado o betão era considerado como um material isento de manutenção. Isto
porque a sua aptidão para responder estruturalmente às funções para as quais havia sido
projectado parecia ser isenta de preocupações. Esta presunção levou a que houvesse
alguma falta de rigor e controlo na sua aplicação tendo surgido nos últimos anos cada
vez mais casos de deterioração precoce do betão.
1 Os ligantes hidráulicos são constituídos por pós muito finos que, amassados com água, formam uma pasta cujo endurecimento se dá apenas pela reacção química entre o pó e a água. A designação de ligantes deve-se à propriedade que têm de poder aglomerar uma proporção elevada de agregados, como areias, godos, pedra britada, etc., conferindo ao conjunto grande coesão e resistência. Consideram-se hidráulicos porque, além de endurecerem ao ar, são capazes de adquirir elevadas resistências debaixo de água, suportando perfeitamente a sua acção [Coutinho, 2006].
4
A deterioração do betão pode ocorrer essencialmente pelos seguintes processos [Sousa
Coutinho, 1998]:
� Mecânicos e físicos: por exemplo por impactos, sobrecargas, assentamentos,
deformações, gradientes térmicos, por ciclos gelo/degelo, erosão, abrasão, etc.
� Químicos: por reacções químicas expansivas de origem interna e externa, etc.
� Biológicos: por ataque de líquenes, bacilos, etc..
As reacções químicas expansivas de origem interna mais comuns, e tema de estudo
deste trabalho, são a reacção álcalis-silica (RAS) e a reacção sulfática de origem interna
(RSI). A descoberta destas reacções e das suas consequências é relativamente recente:
1940 para a RAS nos Estados Unidos e 1986 para a RSI na Alemanha [Godart, B. et al.,
2004].
O diagnóstico e o prognóstico destas reacções são questões essenciais que necessitam
de uma resposta rigorosa, para se poder programar uma intervenção de mitigação ou
reparação destas patologias [Godart, B. et al, 2004]. No entanto, a determinação da
causa principal da degradação de uma estrutura de betão na presença simultânea da RSI
e da RAS continua a ser muito controversa. Alguns autores acreditam que a DEF tem
sido a causa de graves danos (fissuração) em elementos de betão curados a elevadas
temperaturas enquanto outros atribuem esses danos à RAS [Shayan et al., 1996].
1.2. ENQUADRAMENTO DO TRABALHO PROPOSTO
Este trabalho foi realizado no Núcleo de Materiais Metálicos do Departamento de
Materiais do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, I. P. (LNEC, I.P.) e inseriu-se
no estudo “Reacções expansivas internas no betão. Prevenção e mitigação dos seus
efeitos”, Procº 0204/11/16170 do projecto de investigação programada do LNEC, I. P.,
para o quadriénio 2005-2008, “Qualidade na construção, risco e segurança”. Este
trabalho teve como finalidade dotar o país do conhecimento necessário nesta área de
forma a se poderem elaborar recomendações que possam minimizar a progressão desta
forma de degradação do betão.
5
1.3. OBJECTIVOS
Os principais objectivos a atingir com este trabalho foram:
- Desenvolvimento duma metodologia de ensaio que permitisse avaliar duma
forma acelerada a eficácia duma determinada solução de tratamento, em termos da
inibição da progressão de humidade, numa estrutura de betão afectada por RAS ou RSI;
- Estudo do efeito dos sais de lítio na inibição da RAS e da RSI em estruturas
afectadas por estas reacções;
- Elaborar conclusões a partir dos resultados acima referidos que sirvam de
suporte ao estabelecimento de recomendações para a prevenção e tratamento das
reacções expansivas internas no betão.
1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Para além deste capítulo introdutório, esta tese está organizada em mais quatro
capítulos. No segundo capítulo são apresentadas as reacções químicas expansivas de
origem interna em estudo, bem como os principais métodos para a inibição/mitigação
destas reacções no betão.
No capítulo três é apresentada a metodologia de ensaio utilizada no presente trabalho
para a avaliação da eficácia dos tratamentos aplicados, sendo descritas as várias etapas
que a compõem. O capítulo quatro é dedicado à apresentação e discussão dos resultados
obtidos.
No capítulo cinco são apresentadas as conclusões deste trabalho.
Capítulo Dois Degradação do betão por reacções químicas expansivas de origem interna
Pág. 2.1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9
2.2. A REACÇÃO ÁLCALIS -SÍLICA ............................................................................... 12
2.2.1. Factores condicionantes da RAS no betão ................................................... 15
2.3. A REACÇÃO SULFÁTICA INTERNA ....................................................................... 16
2.3.1. A etringite primária e secundária.................................................................. 18
2.3.2. Os factores condicionantes da DEF no betão ............................................... 20
2.4. INDÍCIOS DA RAS E DA DEF EM ESTRUTURAS DE BETÃO .................................. 22
2.5. MEDIDAS PREVENTIVAS ...................................................................................... 25
2.5.1. A não utilização de agregados reactivos....................................................... 26
2.5.2. Controlo do teor de álcalis no betão ............................................................. 28
2.5.3. Utilização de adições minerais em substituição do cimento ........................ 29
2.5.4. Controlo da temperatura ............................................................................... 30
2.5.5. Utilização de compostos de lítio................................................................... 30
2.6. MEDIDAS DE MITIGAÇÃO E /OU CONTROLO ........................................................ 31
2.6.1. Controlo do teor de humidade ...................................................................... 31
2.6.2. A utilização de revestimentos impermeabilizantes ...................................... 31
2.6.2.1. Definição das diferentes famílias de revestimentos .............................. 34
2.6.2.2. Selecção do método de protecção.......................................................... 36
2.6.3. Modificação das propriedades expansivas dos produtos de reacção com
recurso a sais de lítio .............................................................................................. 37
2.6.3.1. Mecanismos reaccionais de actuação do lítio........................................ 38
2.6.3.2. Métodos utilizados na aplicação de sais de lítio.................................... 40
9
2.1. INTRODUÇÃO
A degradação do betão resulta de uma alteração das propriedades mecânicas, físicas e
químicas, tanto na superfície do betão como no seu interior, geralmente devido à
alteração dos seus componentes. Os efeitos da degradação nem sempre se manifestam
visualmente, mas quando isso acontece existem três sintomas básicos de degradação do
betão numa estrutura: a fendilhação, o destacamento e a desagregação. Cada um destes
sintomas é facilmente identificável, podendo todavia manifestar-se de várias formas
[Ferreira, 2000].
A degradação das propriedades do betão resulta quase sempre de uma acção conjunta de
factores externos e internos. É um processo complexo, largamente determinado pelas
propriedades físico-químicas do betão (interno) e da forma como está exposto (externo).
Os factores internos do material estão relacionados com a sua qualidade, i.e., a forma
como é misturado, colocado e curado, enquanto que os externos, tais como a retracção,
a fluência, o efeito térmico, dependem de elementos exteriores. Na tabela 1 apresenta-se
uma lista dos factores de degradação e o seu efeito sobre o desempenho do material,
componente ou sistema. De entre estes factores de degradação, os químicos revelam
uma importância especial.
A degradação do betão por acções químicas é um fenómeno extremamente complexo,
pondo em jogo muitos parâmetros, nem sempre fáceis de separar, e que actuam em
diferentes graus de acordo com a composição do betão (natureza e proporção dos
diferentes constituintes) e com as condições a que está exposto [Braga Reis e Santos
Silva, 1997]. As formas mais comuns deste tipo de degradação são as reacções
expansivas internas. Sob a designação de reacções expansivas internas, englobam-se as
reacções álcalis-agregado (RAA) e as reacções sulfáticas internas (RSI). Estas reacções
caracterizam-se pela formação de compostos expansivos no betão endurecido, com
consequente fissuração da estrutura e, em casos mais severos, de desagregação de
material.
10
Tabela 1 – Factores de degradação e o efeito sobre o desempenho. Adaptado a partir de [Ferreira, 2000]
Factor de degradação Processo Efeito
Mecânicos
Carregamentos Deformação, Fadiga Deflexão, fendilhação, rotura,
vibração
Biológicos
Microorganismos, Bactérias Produção de ácidos Lixiviação
Químicos
Água pura Lixiviação Desagregação do betão
Ácido Lixiviação Desagregação do betão
Ácido e gases ácidos Neutralização Despassivação do aço
Dióxido de carbono Carbonatação Despassivação do aço
Cloretos Penetração, destruição de
camada de passivação
Despassivação do aço
Despassivação do aço + H2O
+ O2
Corrosão Expansão do aço, perda do
diâmetro e de aderência
Tensão+cloretos Corrosão do aço Rotura dos tendões de pré-
esforço
Sulfatos Pressão dos cristais, reacção
sulfática
Expansão, desagregação
Agregado (sílica)+álcalis Reacção álcalis-sílica Expansão, desagregação
Agregado (carbonato)+álcalis Reacção álcalis-carbonato Expansão, desagregação
Físicos
Variação da temperatura Expansão/contracção Deformação restringida
Variação de humidade Retracção e expansão Deformação restringida
Baixa temperatura+água Formação de gelo Desagregação
Sal descongelante+geada Transferência de calor Destacamento
Gelo Abrasão Destacamento, fendilhação
Trânsito Abrasão Desgaste, rotura
Água corrente Erosão Danos superficiais
Água turbulenta Cavitação Cavidades
Electromagnéticos
Electricidade, magnetismo Corrosão Expansão do aço, perda do
diâmetro e de aderência
11
As reacções álcalis-agregado, identificadas desde 1940, são reacções químicas que se
desenvolvem entre os constituintes reactivos dos agregados e os iões alcalinos e
hidroxilos presentes na solução intersticial do betão. Em particular, as reacções álcalis-
sílica (RAS), que envolvem rochas e minerais contendo formas reactivas de sílica, são
consideradas actualmente como a causa de deterioração precoce dum número cada vez
maior de estruturas de betão. Em Portugal, os casos de estruturas afectadas por RAS são
já suficientemente importantes e afectam, essencialmente, barragens e pontes, tendo
havido alguns casos (ex.: Barragem de Pracana e Viaduto Duarte Pacheco em Lisboa)
que exigiram vultuosas intervenções de reabilitação [Santos Silva, 2005b].
A RSI, identificada pela 1º vez na Alemanha em 1987, e em que a origem da expansão é
atribuída à formação de etringite expansiva, tem afectado betões que estiveram sujeitos
a temperaturas relativamente elevadas (> 65 ºC), quer por via de tratamentos térmicos,
quer pelo desenvolvimento de elevadas temperaturas em betões em massa ou pelo uso
de elevadas dosagens em cimento. No nosso País, a degradação por RSI foi
recentemente diagnosticada em travessas de betão para caminhos-de-ferro. Esta reacção
crê-se que possa vir a ser descoberta em várias estruturas de betão dada a evolução
verificada nos últimos anos nos materiais e nas técnicas de construção, que tem
originado um aumento das temperaturas do betão nas primeiras idades.
A nível internacional têm vindo a ser realizados esforços consideráveis no
desenvolvimento de metodologias que previnam o aparecimento futuro destas reacções
no betão. Porém, os trabalhos realizados a nível da reparação de estruturas degradadas
por reacções expansivas internas são escassos e baseiam-se, essencialmente, no estudo
da eficácia de barreiras contra o ingresso de água no betão. Também, aqui, há uma
grande diversidade de resultados, por vezes contraditórios, que dificultam uma opção.,
Nos últimos anos têm vindo a ser referidos os métodos baseados na modificação das
propriedades expansivas dos produtos de reacção formados, essencialmente para a RAS,
e mais recentemente também para a RSI, com recurso a sais de lítio.
12
2.2. A REACÇÃO ÁLCALIS -SÍLICA
Entre 1920 e 1930 registou-se no estado da Califórnia nos Estados Unidos da América
(EUA) o aparecimento dum grande número de estruturas com fissuras. Dado que a
qualidade da construção, projecto e materiais empregues foi considerada satisfatória,
não foi encontrada uma explicação plausível para os fenómenos observados. Só em
1940 é que a expansão e fissuração detectada no betão é atribuída por Thomas Stanton,
um engenheiro de materiais, à reactividade química dos agregados utilizados [Stanton,
1940]. Após vários anos de intensa investigação, Stanton e colaboradores apresentaram
as bases para o conhecimento da RAS, que, muito embora tenham avançado nos últimos
anos, muitas delas são ainda consideradas válidas [ACI Committee 221, 1998; Santos
Silva, 2005a].
Após as descobertas nos EUA muitos outros países se seguiram. Em Portugal, tudo
aponta para que tenham sido os estudos realizados para a Barragem de Pracana que
tenham identificado, pela primeira vez, o fenómeno no País. No entanto, não existe
consenso quanto ao autor e ao ano em que este fenómeno tenha sido descoberto.
Não existindo ainda um consenso e conhecimento completo do mecanismo da RAS
(ANEXOS I.1. e I.2.), é contudo conhecido que a RAS corresponde, essencialmente, a
um ataque dos iões alcalinos2 e hidroxilos (OH-), presentes na solução intersticial do
betão, a certas formas de sílica reactiva, com uma estrutura mais ou menos desordenada,
e por isso instável num meio de elevado pH3. A reacção origina um gel higroscópico
alcalino (figura 1) que absorve água e expande, originando tensões internas no betão
que provocam a sua fissuração.
2 No contexto da reacção álcalis-sílica, por iões alcalinos entendem-se os iões sódio e potássio. 3 Dois tipos de reacções podem contribuir para o aumento de pH: a hidrólise de aniões de ácidos fracos (p.e. silicatos): Xn- + H2O → HX(n-1)- + OH-; a formação de sais insolúveis de hidróxido de cálcio: 2/n Xn- + Ca(OH)2 → CaX2/n + 2 OH-
13
a) b)
Figura 1 – a) Imagem ao microscópio electrónico de varrimento (MEV) do gel da RAS e b) análise química por espectroscopia de dispersão de energia (EDS) do gel em a) [Cristino, 2004].
Esquematicamente a RAS pode representar-se pela reacção de neutralização dos grupos
silanol ácidos (≡Si–OH) pelos iões hidroxilos e álcalis, seguida da ruptura das pontes
siloxano (≡Si–O–Si≡) – figura 2:
≡Si–OH + OH- + X+ → ≡Si–O–X + H2O [Equação 1]
em que X representa os iões Na+ ou K+.
≡Si–O–Si≡ + 2OH- → ≡Si–O- + -O– Si≡ + H2O [Equação 2]
(a) (b)
Figura 2 – Esquema reaccional apresentado por Dent-Glasser e Kataoka (a): ionização dos grupos silanol e neutralização pelos iões Na+ e K+; (b): ruptura das pontes siloxano pelos iões hidroxilo [Dent-Glasser e Kataoka, 1981].
A velocidade do ataque dependerá da concentração dos hidróxidos alcalinos na solução
intersticial e da estrutura da sílica. O quartzo “bem cristalizado” é geralmente
14
considerado como não reactivo em solução alcalina. De facto, quando grãos de quartzo
são colocados na solução intersticial do betão, o ataque pelos hidróxidos alcalinos
ocorre essencialmente à sua superfície (figura 3) de acordo com as equações 1 e 2. A
velocidade de penetração dos hidróxidos alcalinos na estrutura bem cristalizada do
quartzo é baixa devido à sua pequena área superficial interna, enquanto que no quartzo
criptocristalino já é maior devido ao aumento da área superficial. O mesmo
comportamento é observado em grãos de grandes dimensões de quartzo que tenham
defeitos ou estejam deformados. Esta situação sugere que nenhum agregado silicioso
possa ser considerado à partida “inerte” no que se refere à RAS [Fournier e Bérubé,
1993; Broekmans, 2004; Santos Silva, 2005a].
a) b)
Figura 3 – Ataque dos álcalis à sílica a) bem cristalizada e b) mal cristalizada. As estruturas apresentadas são meramente ilustrativas [Dent-Glasser e Kataoka, 1981].
Os iões cálcio (Ca2+), cuja principal fonte é a portlandite (hidróxido de cálcio) formada
pelas reacções de hidratação do cimento, penetram rapidamente no gel, originando-se
assim no betão, em torno dos agregados, geles de silicatos de cálcio, sódio e potássio de
composição variável. Estes geles são capazes de absorver moléculas de água e expandir,
gerando forças expansivas. São estas forças que originam tensões de tracção dentro do
betão ou da argamassa e vão causar fissuração. A intensidade da força expansiva varia
com a composição do gel, dum modo ainda não bem compreendido, e com a quantidade
total de gel formado. É hoje geralmente aceite que o hidróxido de cálcio tem um papel
15
importante no desenvolvimento da RAS e consequente expansão, como fonte de iões
hidroxilos, permitindo a reacção dos sais alcalinos com a sílica reactiva, e intervindo no
desenvolvimento das forças expansivas [Santos Silva, 2005a].
2.2.1. Factores condicionantes da RAS no betão
Tal como já foi anteriormente referido, a RAS ocorre entre os iões hidroxilo, os álcalis
da solução intersticial do betão e certas formas de sílica, ocasionalmente presentes no
agregado. Esta reacção necessita da presença em simultâneo das seguintes condições
para se desenrolar:
� teor de álcalis em quantidade suficiente;
� agregados reactivos aos álcalis;
� humidade elevada.
Normalmente para que a expansão e a fissuração resultem da RAS, é necessário haver
uma fonte externa de humidade [Bensted, J. e Barnes, P., 2002].
Se a reacção for de intensidade suficiente para induzir expansão, e o betão estiver
húmido, a velocidade de expansão é controlada pela velocidade de formação do gel da
RAS. A expansão cessa quando a reacção se encontra completa ou quando é
estabelecido um equilíbrio físico. Se o betão não for mantido húmido, a velocidade de
expansão e o tempo necessário para que a expansão termine são controlados pela
velocidade à qual o vapor de água se difunde pelo betão e/ou pela velocidade de
transporte de água por acção capilar.
Outro factor determinante para o desenvolvimento da RAS é a presença de agregados
reactivos aos álcalis. Estes são assim denominados por conterem quantidade suficiente
de sílica reactiva para induzir a fissuração do betão [Bensted, J. e Barnes, P., 2002].
Um grande número de formas de sílica reactiva tem sido implicado em casos de RAS
em todo o mundo. Normalmente, estas formas são fases microcristalinas e
criptocristalinas da sílica, presentes nos agregados [CMCD, 1991]. No entanto, a
16
presença de constituintes reactivos num agregado não permite que sejam feitas
previsões sobre o possível comportamento desse agregado no betão. Para fazer esta
previsão, é necessário um julgamento baseado no desempenho em campo e/ou baseado
em testes petrográficos ou de expansão em laboratório.
Em adição às formas de sílica reactivas aos álcalis há ainda a considerar que existem
agregados com álcalis na sua composição, que contribuem também para o aumento da
alcalinidade da solução contida nos poros do betão, e consequente desenvolvimento da
RAS [CMCD, 1991]. O próprio cimento, ou as adições do tipo pozolânicas, podem
também contribuir com álcalis para o sistema. Por esta razão, as normas destes produtos
especificam valores limite para o teor em álcalis.
Existe um grande número de fontes externas de álcalis que podem potencialmente
aumentar a alcalinidade da solução contida nos poros na matriz do betão, são elas
[CMCD, 1991]:
� Água do mar, que contém, maioritariamente, sais de sódio mas também
pequenas quantidades de sais de potássio.
� Sais de degelo (cloreto de sódio), usado em estradas, passeios, e outras
superfícies durante condições de congelamento. No entanto, o principal
problema criado por estes sais é a corrosão das armaduras de aço pelo ingresso
de iões cloreto.
� Compostos de sódio e potássio de efluentes industriais e agrícolas, ou de
contaminações, que podem atingir a solução contida nos poros do betão.
2.3. A REACÇÃO SULFÁTICA INTERNA
A degradação do betão pelos sulfatos é conhecida desde há cerca de um século. Poderia
pensar-se que este tipo de patologia no betão estaria em regressão graças a uma
adequada selecção dos materiais, nomeadamente pelo tipo de cimento a utilizar. No
entanto, estruturas e peças de betão ainda são afectadas por uma actividade sulfática,
cuja origem é, por vezes, atribuída aos constituintes usados no fabrico do betão. Esta
patologia é, por isso, denominada por reacção sulfática de origem interna.
17
Ao contrário das reacções sulfáticas mais clássicas, onde os sulfatos atacam o betão a
partir do exterior (reacção sulfática de origem externa – RSE), provocando uma
degradação progressiva desde a superfície para o interior da peça, a reacção sulfática de
origem interna (RSI) afecta o conjunto do betão sem ter necessidade de uma fonte
externa de sulfatos. A RSI pode, assim, ser definida como uma reacção química que
ocorre entre os compostos do cimento, contendo alumina, e outros constituintes do
betão, contendo sulfatos, ou outros compostos que, por alteração, possam originar
sulfatos ou aluminatos com formação de etringite4 numa fase endurecida do betão
[LNEC E461, 2004]. Esta reacção provoca a expansão do material, originando a nível
macroscópico a fissuração da estrutura. A origem da expansão é atribuída à formação de
etringite secundária (figura 4) que apresenta, sob certas condições termodinâmicas,
propriedades expansivas [Santos Silva, A., 2005b].
a)
b)
Figura 4 – a) Imagem ao MEV de etringite sobre um agregado e b) respectivo espectro obtido por EDS [Santos Silva, 2005a].
As fontes de sulfatos são múltiplas, podendo ser de origem externa ou interna ao betão.
No caso das reacções sulfáticas de origem interna as fontes de sulfatos são resultantes
nomeadamente: da libertação tardia dos sulfatos do clínquer, da dissolução seguida de
4 A etringite é o composto trisulfoaluminato de cálcio hidratado de fórmula química: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O. Existem duas formas de etringite que se diferenciam pelo momento da sua cristalização. A etringite primária que se forma nas primeiras idades de hidratação do cimento, e que não constitui nenhum "perigo" para a estrutura dado que ela se desenvolve durante a fase fluida do betão. A etringite dita secundária é aquela a que está associado um efeito nocivo, desenvolve-se nos betões depois de endurecidos. Uma das formas de etringite secundária é a denominada de etringite retardada a qual está associada a betões que estiveram sujeitos a temperaturas elevadas durante o período de cura do betão. Esta etringite neoformada pode provocar a expansão e consequente desagregação do material [Santos Silva e Gonçalves, 2006].
18
reprecipitação da etringite resultante da hidratação normal dos cimentos e da formação
de etringite secundária e retardada devida ao efeito da temperatura.
2.3.1. A etringite primária e secundária
Durante a hidratação do cimento Portland5, os silicatos tricálcicos solubilizam-se
originando iões H2SiO42-, OH- e Ca2+ [Santos Silva, A., 2005b].
2Ca3SiO5 + 6H2O → 6Ca2+ + 8OH- + 2H2SiO42- [Equação 3]
Em paralelo, ocorre a solubilização do gesso6 (equação 4) e dos aluminatos tricálcicos
(equação 5) que vão formar a etringite (equação 6).
CaSO4.2H2O → Ca2+ + SO42- + 2H2O [Equação 4]
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3Ca2+ + 2Al(OH)4- + 4OH- [Equação 5]
3SO42- + 6Ca2+ + 2Al(OH)4
- + 4OH- + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
[Equação 6]
A formação de etringite não está associada à degradação do material nesta fase. De
facto, o crescimento dos cristais neste período, quando o material ainda está num estado
fresco, não encontra nenhum obstáculo, o crescimento ocorre livremente e sem
produção de tensões [Brunetaud, 2005].
Uma das possíveis causas para a RSI com formação de etringite retardada (ou DEF da
designação anglo-saxónica delayed ettringite formation) é com frequência atribuída aos
sulfatos do cimento que não tiveram condições para reagirem completamente durante a
fase de hidratação. Este fenómeno tem vindo a ser crescentemente referido em vários
países (Estados Unidos da América, Canadá, Reino Unido, Bélgica, França, Itália,
Alemanha, etc.) e tem sido relacionado essencialmente com betões que sofreram
tratamentos térmicos, ou betões em que se desenvolvem temperaturas elevadas devido à
5 Os principais constituintes do cimento Portland que vão intervir nas reacções de hidratação com a água são o clinquer (composto pelos silicatos tricálcicos C3S, bicálcicos C2S, os aluminatos tricálcicos C3A, os ferroaluminatos de cálcio C4AF), e o sulfato de cálcio (na forma de gesso bihidratado: CaSO4.2H2O, hemihidratado CaSO4.½H2O e anidro CaSO4). 6 O gesso (sulfato de cálcio) é intencionalmente misturado com o clinquer para dar lugar a esta reacção e evitar o fenómeno de endurecimento rápido do C3A.
19
utilização de cimentos de alta resistência (teores de C3S e C3A elevados) que apresentam
elevado calor de hidratação.
Os estudos relacionados com o mecanismo da formação da etringite retardada apontam
para que a solubilidade dos sulfatos de cálcio diminua com o aumento da temperatura,
de forma que o C3A não se combine completamente para formar a etringite primária.
Ocorre ainda que para temperaturas acima dos 60-70 ºC, a etringite primária é instável e
perde a maior parte da água que contém, podendo passar mesmo a um estado amorfo.
Estas razões justificam pois o facto dos sulfatos poderem permanecer na solução
intersticial sem reagirem.
Várias explicações têm sido também propostas para explicar como é que estes sulfatos
vão depois tardiamente formar a DEF expansiva. Os principais mecanismos propostos
baseiam-se numa adsorção dos sulfatos pelos silicatos de cálcio hidratados (CSH), que é
reversível em condições de humidade suficientemente elevadas, e que é favorecida
nomeadamente quando existe também RAS. A formação de etringite retardada pode
ocorrer também quando os betões foram sujeitos a temperaturas elevadas durante o
período inicial da hidratação, ficando os sulfatos retidos no CSH na forma de
monosulfoaluminato de cálcio hidratado, composto que é metaestável abaixo de 40 º C
podendo transformar-se de novo em etringite. Dado que o betão endurecido não é mais
capaz de compensar a expansão que resulta destas reacções, haverá o desenvolvimento
de importantes tensões internas que provocarão a microfissuração do betão e, no final, a
sua expansão a nível macroscópico.
Tal como se sucede para a RAS, actualmente para a DEF ainda não é conhecido o
mecanismo que está na base da expansão, existindo várias teorias diferentes que
procuram explicar a expansão da etringite (ANEXO I.3.).
20
2.3.2. Os factores condicionantes da DEF no betão
A principal causa da DEF é uma elevação de temperatura (> 70 ºC) durante a presa7 do
betão. Por esta razão, entre os casos de betões afectados pela DEF estão,
principalmente, os betões pré-fabricados, curados em estufa, e as partes maciças de
obras expostas a um ambiente húmido como, por exemplo, travessas de betão para
caminhos-de-ferro (figura 5) e estruturas maciças de betão nas quais são atingidas
elevadas temperaturas (> 70 ºC) em resultado de elevadas dosagens de cimento [Simões
e Santos Silva, 2003; Santos Silva, A., 2005b].
Figura 5 – Fotografias de travessas de betão para caminhos-de-ferro fissuradas em resultado de DEF.
Uma segunda causa é um forte teor em álcalis do cimento (Na+ e K+), cujo efeito é
similar ao efeito da temperatura, aumentando a solubilidade da etringite. Embora
tenham a sua fonte principal no cimento, os álcalis podem provir de outras fontes,
nomeadamente, água de amassadura, adições, e dos próprios agregados [Bérubé et al.,
2002]. A presença destes iões em solução, em elevada quantidade, tende a aumentar o
pH da solução intersticial do betão, sendo que o pH normal deste ronda os 13,3. A este
valor de pH, à temperatura ambiente e para concentrações de álcalis baixas, a etringite
permanece estável. No entanto, tal como já foi referido, quando se regista um aumento
7 No decorrer da presa, as reacções aceleram para formar muitos hidratos de portlandite (hidróxido de cálcio) e C-S-H. Estes hidratos preenchem os poros rapidamente oferecendo um efeito de dureza à matriz formada. É o C-S-H que constitui o meio de adesão do betão.
21
de temperatura ou da concentração de álcalis, a etringite decompõe-se rapidamente
prevalecendo o monosulfoaluminato8 como a forma mais estável.
Nestas condições, sulfatos livres podem acumular-se em solução e dar lugar, a mais ou
menos longo prazo, e quando as condições termodinâmicas o permitirem, à
recristalização da etringite potencialmente expansiva [Divet, 2001; Simões e Santos
Silva, 2003].
Igualmente, a DEF só ocorre no betão se o cimento utilizado apresentar teores
suficientemente elevados de C3A, de sulfatos e se houver elevada humidade. A maior
parte dos casos de expansões e de deteriorações observadas em estruturas ou em
laboratório, referem-se a cimentos cujo teor é superior a 8 % em C3A e 2,6 % em
sulfatos. A água por outro lado é o meio reaccional necessário ao desenrolar da reacção,
uma vez que intervém tanto nos processos de transferência como na formação dos
produtos de reacção. Os movimentos da água são condições indispensáveis para
favorecer a transferência dos sulfatos livres contidos, quer na solução intersticial do
betão, quer fisicamente fixados nos C-S-H, para os locais reaccionais [Divet, 2001;
Santos Silva, A., 2005b].
O hidróxido de cálcio é um dos produtos principais formados durante a hidratação do
cimento Portland, podendo, no entanto, possuir um efeito adverso na durabilidade
química. Isto porque a DEF com carácter expansivo só se forma em soluções saturadas
deste composto [Santos Silva, 2005b], sendo o seu teor um factor extremamente
importante a ter em conta no betão.
Outro factor que parece desempenhar um papel importante no desenvolvimento deste
tipo de reacção é a natureza mineralógica dos agregados. Existem dados que indicam
que os agregados calcários limitam, ou mesmo impedem, a expansão devido a uma
maior afinidade química com a pasta de cimento. Pelo contrário, os agregados
siliciosos, e em especial do tipo quartzoso, geram uma expansão mais significativa no
material. As razões que parecem estar na origem deste comportamento são as alterações
introduzidas ao nível da interface pasta de cimento/agregados. Na vizinhança desta
8 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O
22
interface, as condições locais de hidratação do cimento são alteradas pela presença de
um excesso de água devido, quer ao efeito de parede quer ao de exsudação. Isto provoca
um aumento local do volume dos poros nos quais o gel CSH pode desenvolver-se. A
estrutura da pasta de cimento é assim alterada ao longo de algumas dezenas de
micrómetros. O facto desta zona ter uma porosidade mais elevada vai acelerar o
transporte dos iões, pelo que a DEF tem tendência a formar-se, preferencialmente,
nestas zonas [Simões e Santos Silva, 2003].
Esta zona de interface, influenciada pela presença dos agregados, é denominada zona de
transição. Em função da natureza mineralógica dos agregados (siliciosos ou calcários), a
microestrutura da zona de transição será diferente. Com efeito, a dissolução parcial, em
meio alcalino, dos agregados calcários aumenta a rugosidade da sua superfície, o que
favorece uma maior adesão mecânica dos produtos de hidratação. Além disso, existem
forças do tipo químico que asseguram a coesão do cimento hidratado com os agregados
calcários. Esta ligação química far-se-á por combinações de iões provenientes dos
agregados e iões provenientes da pasta de cimento hidratada. A zona de transição será
constituída por uma solução sólida C-S-H dopada com iões Ca2+ e CO32-, libertados pela
calcite (CaCO3) [Simões e Santos Silva, 2003].
2.4. INDÍCIOS DA RAS E DA DEF EM ESTRUTURAS DE BETÃO
Para se entender a grandeza dos problemas associados à deterioração do betão por via
da RAS e da DEF, é necessário conhecer os sintomas que estas reacções apresentam no
betão tanto a nível macroscópico como microscópico.
Numa estrutura, a manifestação macroscópica dos danos provocados pela RAS e pela
DEF varia, dependendo da severidade do ataque, condições de exposição, tipo de
estrutura, quantidade e proveniência das tensões (interna ou externa) entre outros
factores. Provavelmente, o factor mais importante na determinação da manifestação
física das reacções químicas expansivas internas é o papel das tensões criadas no padrão
de fissuração. A tensão pode ser originada por fontes externas, como elementos
estruturais adjacentes ou cargas aplicadas, ou por fontes internas, tais como o aço. A
figura 6 mostra os danos típicos de uma estrutura afectada por reacções químicas
23
expansivas de origem interna, que se traduzem por uma malha mais ou menos aleatória
de fissuras.
Figura 6 – Degradação de uma ponte em que é visível a fissuração típica das reacções expansivas internas.
Quando as estruturas sofrem de uma expansão excessiva, podem acontecer exsudação
de gel, desalinhamentos e perdas de material. Na figura 7 são apresentadas exemplos de
imagens de estruturas que revelam estas manifestações excessivas.
Figura 7 – Exemplos da degradação excessiva em que a fissuração tende a alinhar--se com as armaduras principais da estrutura e com exsudação de gel e destacamento de material.
Dado que os sintomas macroscópicos da RAS e da DEF são semelhantes é sempre
necessário a realização de ensaios em laboratório para se diagnosticar correctamente
qual a causa da degradação da estrutura. Para tal é necessário a extracção de amostras de
betão em zonas sãs e zonas fissuradas. Um dos sintomas da RAS e/ou da DEF é também
24
a presença de zonas húmidas e orlas em redor de agregados e poros parcialmente ou
totalmente preenchidos com produtos da reacção (figura 8).
Figura 8 – Evidência de zonas húmidas e poros, parcialmente ou totalmente preenchidos com produtos da reacção, numa carote de betão retirada de uma estrutura afectada por reacções químicas expansivas internas.
Ao nível microscópio, petrografia ou microscopia electrónica de varrimento, é possível
a observação do aspecto do produto da reacção, normalmente, presente em interfaces
agregado/pasta de cimento e em poros e que se estende, por vezes, pela pasta de
cimento. A sua aparência dá-nos indicação do tipo de produto que se trata, e em caso de
dúvida a análise química por EDS permite obter a composição química dos produtos
observados (figuras 9 e 10).
Figura 9 – Imagens ao MEV de produtos da RAS presentes em interfaces agregado/pasta, nas formas semi-cristalizada (à esquerda) e amorfa (à direita).
25
Figura 10 – Formação de DEF numa interface agregado/pasta, sendo visível em maior ampliação o aspecto compactado dos cristais, e a sua composição característica no espectro EDS.
2.5. MEDIDAS PREVENTIVAS
A prevenção da RAS depende de vários factores, que devem ser tidos em conta antes da
fabricação do betão. Essas medidas passam pelo controlo dos três parâmetros essenciais
ao seu desenvolvimento:
� Humidade;
� Álcalis;
� Agregados reactivos.
bastando a exclusão de um deles para evitar a deterioração por RAS [Braga Reis e
Santos Silva, 1997; CMCD, 1991].
No caso da DEF, a sua formação no betão está dependente de diversos factores que
influenciam não só o início da sua formação, mas também a sua progressão com o
decorrer do tempo. As medidas preventivas da RSI assentam, tal como para a RAS, no
pressuposto da necessidade de se eliminar pelo menos um dos factores necessários para
que a reacção não ocorra. Essas medidas consistem em [Santos Silva, A., 2005b]:
� Controlar a humidade e manter o betão num estado relativamente seco;
� Controlar o teor de álcalis do betão e de aluminatos e sulfatos do ligante;
� Controlar o teor de hidróxido de cálcio do betão;
� Controlar a temperatura máxima do betão.
26
Comparando os factores necessários às duas reacções constata-se que alguns são
comuns a ambas.
2.5.1. A não utilização de agregados reactivos
O principal factor a ter em consideração para a prevenção da RAS é a correcta selecção
dos agregados. Os agregados utilizados no betão provêem de rochas que sofreram uma
evolução lenta, que passou por alterações químicas e ambientais até atingir um
equilíbrio. Quando subitamente são colocadas num meio de pH, aproximadamente, de
12,6 (aumentando em solução até 13,6) como ocorre na solução intersticial do betão, os
constituintes minerais destas rochas vão evoluir, novamente, na tentativa de atingir um
novo equilíbrio. Esta nova fase de alteração leva ao aparecimento de uma solução que
tende a formar um gel expansivo [ICOLD, 1991].
A reactividade dos agregados depende, parcialmente, dos minerais que os constituem,
sendo que esta será tanto maior quanto mais finos forem os minerais e quanto mais
desordenada for a sua estrutura cristalina. Assim, os minerais e rochas mais vulgarmente
considerados como reactivos, e que conduzem a uma expansão do betão, devido ao
desenvolvimento de produtos da RAS, incluem (Braga e Santos Silva, 1997):
- minerais como opala, calcedónia, cherte9 e quartzo tectonizado10;
- rochas contendo quartzo, altamente tectonizado, tais como granitos, arenitos,
xistos, etc.;
- certos vidros artificiais, etc.
Outro dos factores que determina a reactividade dos agregados é a proporção da sílica
reactiva acessível presente no agregado. Verifica-se que, para uma dada quantidade de
álcalis disponível e em condições ambientais específicas, parece haver um teor mais
desfavorável ou crítico que conduz a uma expansão máxima [Braga e Santos Silva,
1997]. A relação entre a expansão máxima e o teor em sílica reactiva é conhecido como
comportamento “péssimo” (figura 11).
9Uma variedade de quartzo extremamente dividida em pequenos grãos associada com o calcário. 10 Sujeito a grandes forças de compressão.
27
Quando a proporção da sílica reactiva na amostra total de agregado é pequena, a sílica
reactiva, se acessível, vai ser consumida rapidamente pela reacção sem formar
suficiente quantidade de gel para causar danos subconsequentes. Por outro lado, quando
a proporção da sílica reactiva é grande, a concentração de iões dos álcalis na água dos
poros é reduzida para um nível abaixo do nível limite durante a formação e
endurecimento do betão e, consequentemente, o volume de gel formado não produz
danos por expansão. Entre estes extremos pode existir uma proporção de sílica reactiva
crítica ou “péssima” à qual a expansão máxima do betão ocorre (ICOLD, 1991).
Figura 11 – Comportamento péssimo para uma argamassa com teor em álcalis de 6 kg/m3 e razões água/cimento e agregado/cimento de 0,4 e 2,75, respectivamente [Hobbs, 1988].
A não utilização de agregados reactivos é um método viável para prevenir o
aparecimento da RAS. No entanto, para utilizar esta abordagem, tem de existir um
elevado nível de confiança no agregado em questão, considerado como não reactivo.
Para confirmar a sua não reactividade, os agregados devem ser testados em laboratório
ou, preferencialmente, a partir do seu desempenho no betão. Se as condições acima
descritas forem cumpridas, esse agregado pode ser utilizado sem quaisquer cuidados
especiais [Folliard et al., 2003].
Teor em agregados reactivos: % em massa total de agregado
Teor em sílica reactiva: % em massa total de agregado
Expansão
Região Efeito A, D B C
Reacção, sem fissuração. Reacção, fissuração, excesso de álcalis. Reacção, fissuração, excesso de sílica reactiva.
28
2.5.2. Controlo do teor de álcalis no betão
Em consequência da hidratação do cimento Portland resulta uma solução intersticial no
betão contendo, essencialmente, hidróxidos de cálcio, sódio e potássio. A concentração
dos iões Na+, K+ e OH- será dependente, principalmente, do teor de álcalis no cimento
anidro.
Embora os álcalis solúveis provenham, essencialmente, do cimento, deve atender-se que
os álcalis de outras fontes, nomeadamente, águas de amassadura, adições (cinzas
volantes, escórias granuladas de alto-forno, sílica de fumo, pozolanas naturais), agentes
descongelantes, podem contribuir para o aumento da alcalinidade da solução intersticial.
Os próprios agregados, contendo minerais ricos em álcalis, como por exemplo, os
feldspatos poderão por lixiviação contribuir para um aumento do teor de álcalis solúveis
no betão [Braga e Santos Silva, 1997].
Para estruturas que não estejam em contacto com fontes exteriores de sais alcalinos, ou
onde não haja migração interna de álcalis que possam originar concentrações locais de
álcalis, têm sido consideradas, em geral, suficientes as seguintes recomendações, no que
diz respeito à limitação de álcalis [Braga e Santos Silva, 1997; Thomas et al., 1997;
Hill, 1996; Powers e Steinour, 1955]:
- utilizar um cimento com um teor de Na2O equivalente ≤ 0,6 %;
- limitar o teor total de álcalis solúvel no betão a 3,0 kg/m3 de Na2O
equivalente.
No caso da DEF, os valores limites para sulfatos (na forma de SO3) e C3A são, em
percentagem do ligante, os seguintes:
� SO3 ≤ 3,5 % se C3A ≤ 3 %
� SO3 ≤ 2,5 % se 3 % ≤ C3A ≤ 5 %.
O controlo de hidróxido de cálcio, pode ser feito por meio da utilização de adições
minerais, estas vão reagir com o hidróxido de cálcio livre, diminuindo a sua
concentração na solução intersticial do betão. Deste modo, tanto a RAS como a etringite
não terão condições para se formarem, diminuindo a possibilidade de ocorrerem
reacções expansivas nestes meios sub-saturados.
29
No entanto, para certos autores, estas precauções não são só por si suficientes, pelo que
outra das recomendações é o uso de materiais com características cimentícias em
substituição de parte do cimento. No entanto, não existe um consenso generalizado
sobre o teor a empregar na substituição [Thomas et al., 1997].
2.5.3. Utilização de adições minerais em substituição do cimento
Quando o uso de agregados, potencialmente reactivos, não pode ser evitado, a
substituição de uma parte do cimento Portland por adições minerais11 tem sido aceite
como um método possível para controlar a expansão devido à RAS, através de reacções
que ocorrem entre as fases reactivas da adição, hidróxido de cálcio e água. Na solução
intersticial do betão, as fases que contêm sílica, ou silicatos das adições, reagem com o
hidróxido de cálcio, na presença de água, para formar silicatos de cálcio hidratados do
tipo CSH, aluminatos de cálcio hidratados (C4AH13, mais ou menos carbonatado) e
alumínosilicatos de cálcio hidratados ou gelenite (C2ASH8) que se formam na ausência
de Ca(OH)2 [Bensted, J. e Barnes, P., 2002].
A acção pela qual estes materiais actuam no mecanismo da RAS é controversa,
considerando-se que a supressão da RAS pode ser devida [Bensted, J. e Barnes, P.,
2002; Arano, N. e Kawamura, M., 2000]:
� à redução da alcalinidade, por consumo dos álcalis, com formação de
produtos de hidratação do tipo CSH;
� ao consumo de Ca(OH)2 da hidratação do cimento, por efeito da reacção
pozolânica;
� à redução da permeabilidade e melhoria da microestrutura.
11 Materiais que quando usados em conjunto com o cimento Portland, contribuem para as propriedades do betão endurecido através de actividade hidráulica, pozolânica ou ambas.
30
2.5.4. Controlo da temperatura
O controlo da temperatura pode ser feito actuando na composição do betão, durante e
após a sua colocação. No primeiro caso, pode utilizar-se um cimento de baixo calor de
hidratação, limitar a dosagem do cimento ou utilizar adições pozolânicas. No segundo
caso, pode promover-se o arrefecimento do betão durante o fabrico (obtidos por ex. com
adição de nitrogénio líquido, de gelo na betoneira, arrefecendo previamente os
agregados), durante e após a colocação (obtidos por ex. fazendo circular água fria em
condutas) ou realizar as betonagens fora dos períodos de maior calor [Santos Silva,
2004].
2.5.5. Utilização de compostos de lítio
A utilização de adições de sais de lítio, em particular de LiNO3, é um método viável
para o controlo dos danos provocados pela RAS. De facto, uma quantidade considerável
de literatura, começando com o trabalho clássico de McCoy e Caldwell (1951), sugere
que os compostos de lítio podem ser úteis na diminuição da expansão devida à RAS.
Um relatório da Federal Highway Administration dos Estados Unidos da América,
sobre a utilização do lítio na prevenção ou mitigação da RAS no betão, apresenta um
estado da arte sobre a utilização deste produto no betão [Folliard et al., 2003], onde é
feita referência a uma recomendação elaborada em 2002, pelo Building Research
Establishment do Reino Unido, que apresenta as dosagens mínimas de sais de lítio a
utilizar no betão com agregados reactivos. O nitrato de lítio é o sal recomendado, e a sua
dosagem está dependente da reactividade dos agregados – tabela 2. Estas mesmas
dosagens foram transcritas pela RILEM [Nixon et al., 2004] e incluídas na
Especificação LNEC E 461 [LNEC E 461, 2004; Santos Silva, 2005a].
Tabela 2 – Dosagens mínimas duma solução a 30 % de nitrato de lítio [LNEC E 461, 2004].
Classe de reactividade dos agregados
Dosagem (kg) de LiNO3 (a 30 %) por kg de Na2Oeq no betão
Classe III 5,95 Classe II 3,75
31
2.6. MEDIDAS DE MITIGAÇÃO E /OU CONTROLO
2.6.1. Controlo do teor de humidade
A água desempenha um papel muito importante na degradação das estruturas de betão
em geral, e também nas afectadas pela RAS e pela DEF, devido à capacidade que os
produtos desta reacção têm para embeberem água. Quanto maior a quantidade de água a
que o betão está exposto mais severa será a degradação por RAS e DEF. Por exemplo
para a RAS está estabelecido que abaixo de um limite de 80 % de humidade e a 20 ºC a
expansão cessará [Larive et al., 2000].
Fontes externas de água afectam irreversivelmente as estruturas de betão, uma vez que
essas fontes estão muito dependentes da humidade relativa do ar, consoante a estação do
ano assim esse valor será maior ou menor. De facto, tem sido evidenciado que ciclos
alternados de elevada humidade seguidos por um ciclo de pouca humidade afectam
muito mais as estruturas, do que um ambiente saturado ou quase saturado, pois levam
mais rapidamente à fissuração do material (ICOLD, 1991).
Todas as estruturas de betão, devem ser consideradas susceptíveis à RAS e à DEF, com
excepção dos betões que, por si mesmos, conseguem regular a humidade interna para
um valor inferior a 80 %, ou que estão permanentemente protegidos das condições
atmosféricas e de outras fontes de humidade, tais como elevada condensação, humidade
capilar e água do mar (ICOLD, 1991).
A melhoria das condições de drenagem é uma das hipóteses para o controlo do teor de
humidade no betão. No entanto, uma das medidas consideradas como uma das mais
eficazes é a utilização de revestimentos impermeabilizantes. A forma de actuação destes
revestimentos no controlo do ingresso da água é descrita na secção seguinte.
2.6.2. A utilização de revestimentos impermeabilizantes
Conforme referido, um dos métodos mais eficazes no controlo do ingresso da água
numa estrutura de betão é a aplicação de revestimentos impermeabilizantes.
32
Mesmo sob condições aceleradas na presença de um ambiente saturado em humidade, o
tratamento de superfície do betão com materiais altamente impermeáveis oferece um
efeito importante na redução da expansão devida à RAS e/ou à DEF. Os materiais
considerados efectivos como revestimento são (Godart, B. et al., 1996):
� Revestimentos de superfície hidrofóbicos (silanos e siloxanos);
� Produtos para pintar e tintas usadas nos edifícios (acrílicos, poliuretanos,
poliéster e resinas epoxi);
� Argamassas de cimento com polímeros.
Vários autores têm avaliado a eficácia de vários tipos de revestimentos como solução
para o tratamento de betões afectados por RAS (tabela 3). Já relativamente à DEF não
existem dados na bibliografia que indiquem da sua eficácia para o controlo desta
reacção.
Apesar de alguns resultados serem controversos, todos os autores são unânimes em
considerarem que os revestimentos para serem efectivos devem preencher três requisitos
básicos. Em primeiro lugar, devem prevenir a intrusão no betão de agentes agressivos,
tais como água ou iões cloreto. Em segundo lugar, devem possuir a capacidade de
permitirem a evaporação da humidade do interior do betão. Por último, devem possuir
elasticidade, e uma estabilidade térmica suficiente para suportarem ambientes com
temperaturas elevadas assim como variações de temperatura, mantendo as suas
características de elasticidade e de deformação (Editorial, 2005; Swamy et al., 1998;
Godart, B. et al., 1996).
33
Tabela 3 – Tipo de revestimentos e sua eficácia no controlo da expansão por RAS no betão [Cristino, 2005].
Revestimentos
hidrofóbicos Revestimentos por pintura
Referências
Silano Silicone Poliuretano Resina epoxi
Poliéster Acrílico
Argamassa de cimento
com polímeros
Sais de
lítio
Ono, Koichi, 1989 × × √
Ohno et al., 1989 ×
Koike et al., 1989
Moriya et al., 1989 × × × × √
Katawaki, 1989 Fujii et al.,
1989 × × √
Sakaguchi, M., et al., 1989 √
Kojima et al., 1992 ×
Swamy et al., 1992 √ × ×
Diamond, e Ong, 1992 √
Miyagawa et al., 1996 √ √
Wakasugi et al., 1996 ×
Bérubé et al., 1996 √ ×
Diamond, 1999 √ Kubo et al.,
2000 ×
Johnston, D.P., et al., 2000 √
Whitnore, e Abbott, 2000 √
Thomas, M., e Stokes, D.,
2004 √
Jean-Baptist, D. et al., 2004 √ √
Hamada, H. et al., 2004 √
Jensen, V., 2004 √
Lee, D. et al., 2004 √
Boudreau, R., et al., 2006 √
Kaneyoshi, A., et al., 2006 √
Ekolu, S.O., et al., 2007 √
Nomenclatura: × – tratamentos não eficazes; √ – tratamentos eficazes.
34
A vida útil dos revestimentos por pintura, definida pelo fabricante, está relacionada com
níveis de desempenho. Em condições de exposição normais e, quando correctamente
aplicados, estes revestimentos podem manter-se inalterados de cinco a dez anos. No
entanto, a constante exposição dos revestimentos aos agentes atmosféricos e poluentes,
aliada ao seu envelhecimento natural e, eventualmente, a opções de projecto
desajustadas, pela indicação de revestimentos inadequados à sua utilização, originam a
degradação do revestimento e o aparecimento de anomalias, que afectam
negativamente, o desempenho a nível estético e de protecção.
2.6.2.1. Definição das diferentes famílias de revestimentos
Dada a enorme variedade de produtos de protecção e de materiais de reparação
comercializados com um leque de propriedades muito alargado, é importante dispor de
meios de selecção que facilitem a tomada de decisões sobre qual o produto de protecção
ou a técnica de reparação a usar, num tipo particular de betão e ambiente de exposição.
Até há alguns anos essa tarefa era difícil, por não haver normalização adequada que
fornecesse, de modo objectivo e uniforme, as bases técnicas dessa selecção. A série de
normas EN 1504 (2004) referente a “Produtos e sistemas para a protecção e reparação
de estruturas de betão”, vem colmatar essas dificuldades, propondo vários métodos de
protecção e reparação e definindo os respectivos requisitos de desempenho [Rodrigues,
2003]. Segundo esta norma existem 3 famílias de revestimentos:
� Impregnantes hidrófobos;
� Impregnantes;
� Revestimentos de superfície.
Impregnantes hidrófobos Este tipo de revestimento, por ser frequentemente transparente e por não formar
película, torna a superfície de aparência inalterada (figura 12). Reduz a penetração de
água não impedindo a secagem do betão. A sua base assenta em solventes orgânicos.
35
Como exemplos, temos os silanos e siloxanos, abordados frequentemente na literatura,
como eficazes no controlo do ingresso da água.
Figura 12 – Desenho esquemático típico de um impregnante hidrófobo [EN 1504, 2004].
Impregnantes Este tipo de revestimento forma uma película descontínua à superfície, uma vez que
preenche parcial ou totalmente os poros (figura 13).
Ao empregar estes produtos para além de se reduzir a porosidade superficial, aumenta-
-se a resistência física/mecânica da superfície. Exemplos destes revestimentos são as
resinas acrílicas e as epoxídicas.
Figura 13 – Desenho esquemático típico de um impregnante [EN 1504, 2004].
Revestimentos de superfície Os revestimentos de superfície formam películas contínuas (figura 14) de espessuras
variáveis (0,1 mm a 5,0 mm ou mais). Como exemplos, temos
• Tintas
• Vernizes
• Membranas
• Argamassas especiais (com polímeros)
Figura 14 – Desenho esquemático típico de um revestimento de superfície [EN 1504, 2004].
36
2.6.2.2. Selecção do método de protecção
A selecção do método de protecção a adoptar (H, I ou C) depende do objectivo
pretendido com a sua aplicação no betão, o qual é determinado pelo tipo de solicitações
a que os sistemas de protecção vão estar sujeitas, nomeadamente, as condições
ambientais e possíveis acções físicas ou químicas [Rodrigues, 2003].
Assim, se se pretender controlar ou restringir a penetração de agentes que afectem
adversamente uma estrutura de betão, como por exemplo a água, pode optar-se pela
aplicação de um revestimento por pintura com propriedades de “barreira” contra estes
agentes. Se o objectivo for proteger a superfície do betão relativamente a acções
químicas, deverá optar-se por um revestimento com resistência a sais e outros químicos.
O risco de degradação, associado a estas solicitações, está directamente relacionado
com o princípio básico de protecção segundo o qual deve actuar o método a seleccionar.
O tipo e grau dessas solicitações determinam os requisitos de desempenho a exigir do
método. Na figura 15 apresentam-se alguns exemplos de estratégia que pode ser seguida
na selecção dum método de protecção.
Figura 15 – Selecção dos produtos e sistemas de protecção superficial do betão consoante os objectivos pretendidos [Rodrigues, 2003].
Aumento da resistividade
OBJECTIVO
Reduzir ou prevenir a penetração de agentes adversos (água líquida ou vapor, gases, outros líquidos)
Protecção contra o ingresso
EX. DE “MÉTODO” DE PROTECÇÃO A
USAR
EX.DE RISCO DE DEGRADAÇÃO
Corrosão das armaduras por Cl-
Controlo de humidade
Resistência física
Resistência química
Corrosão das armaduras por carbonatação
Ajustar e manter o teor de humidade dentro de determinada gama
Fissuração do betão por acção gelo-
Controlo de reacção “alcalis-sílica”
Revestimento de Superficie (RS)
Impregnação (I)
Impregn. hidrófoba (H)
Aumentar resistência a acções físicas ou mecânicas
Erosão/ desgaste
Aumentar resistência do betão a ataque químico
Reacções químicas
Aumentar resistividade do betão limitando o teor de humidade Condução eléctrica
“PRÍNCIPIO” ACTIVO
37
2.6.3. Modificação das propriedades expansivas dos produtos de reacção com
recurso a sais de lítio
A modificação das propriedades expansivas dos produtos de reacção pelo emprego de
sais de lítio tem sido uma das medidas mais abordadas como forma de supressão da
RAS e, mais recentemente, da DEF em estruturas de betão já afectadas por esta
patologia. Apesar dos parâmetros que afectam a eficiência de compostos de lítio, como
por exemplo, a sua adição na amassadura do betão para controlar a expansão devida à
RAS, esteja bem estabelecida por estudos efectuados em laboratório e confirmados com
estudos em campo, a eficácia destes produtos em termos de tratamento de betões já
afectadas por estas reacções não é conhecida. É do consenso geral que tratar pequenas
amostras em laboratório com lítio reduz eficazmente a expansão, no entanto, existe uma
falta de informação da sua eficiência em campo.
A utilização de compostos de lítio no controlo da expansão de reacções químicas
expansivas começou com o trabalho clássico de McCoy e Caldwell (1951). Neste
estudo, mais de 100 compostos foram testados, incluindo sais metálicos, ácidos, óleos,
químicos orgânicos, proteínas e outras adições. Estes investigadores chegaram à
conclusão que os compostos mais eficazes na inibição da expansão, devida à RAS, eram
os compostos de lítio (LiCl, Li2CO3, LiF, silicato de lítio (LiSiO3), LiNO3 e sulfato de
lítio (Li 2SO4)).
Durante algumas décadas após a publicação deste trabalho, foram poucas as
investigações publicadas nesta área. No entanto nos últimos anos, o interesse por este
tema ressurgiu levando, novamente, a publicações sobre a eficácia do lítio na inibição
da RAS. Uma grande variedade de compostos de lítio tem sido estudada para a inibição
da RAS. No entanto, desses todos o nitrato de lítio tem sido apontado como o mais
promissor e mais eficaz para esse objectivo. Enquanto o hidróxido de lítio e outros
compostos aumentam a quantidade de iões OH- em solução, aumentando o risco do
desenvolvimento da RAS, o LiNO3 parece não afectar a alcalinidade da solução
intersticial do betão [Diamond e Ong, 1992; Diamond, 1999; Boudreau, 2006]. Outros
sais de lítio, tais como LiF e Li2CO3, são fracamente solúveis e geram LiOH em
solução, tornando-os menos adequados para uso como adição. Por outro lado o LiNO3 é
38
totalmente solúvel e neutro [Diamond, 1999; Boudreau, 2006], sendo o composto de
lítio mais comercializado como adição para controlo da expansão devida à RAS.
Recentemente, Ekolu e colaboradores [Ekolu et al., 2007] estudaram a eficácia do lítio
no controlo quer da RAS quer da DEF. Estes investigadores observaram que, ao
adicionar lítio ao betão aquando do seu fabrico, este seria capaz não só de reduzir a
expansão devida à RAS mas também teria a capacidade de diminuir a ocorrência da
DEF. Analisando a lixiviação do lítio e dos outros álcalis durante o tratamento, Ekolu e
colaboradores observaram que uma quantidade substancial de lítio fora retida pela pasta
cimentícia na forma de um composto solúvel, e que este seria responsável pela
diminuição da ocorrência da DEF.
2.6.3.1. Mecanismos reaccionais de actuação do lítio
Apesar de se ter conhecimento de que adicionar compostos de lítio ao betão reduz
eficazmente a expansão causada por RAS e possivelmente por DEF, o mecanismo ou
mecanismos pelos quais estes aditivos reduzem a expansão não são totalmente
compreendidos. Existem vários mecanismos que têm sido descritos na literatura como
sendo responsáveis pelo seu desempenho na RAS, nomeadamente [Folliard K. et al.,
2003]:
� O lítio pode alterar a composição do produto resultante da RAS, originando um
produto menos expansivo;
� O lítio pode reduzir a dissolução da sílica;
� O lítio pode reduzir a repolimerização da sílica e silicatos;
� O lítio pode reduzir as forças repulsivas entre partículas coloidais de gel da
RAS,
Alguns investigadores afirmam que na presença de lítio o produto formado pela RAS
pode-se tornar menos expansivo, e que na presença de uma concentração suficiente de
lítio, se forma um silicato de lítio alcalino (sódio, potássio e, possivelmente cálcio) que
possui pouca ou nenhuma capacidade para expandir. Para a formação deste composto
uma quantidade mínima de lítio seria necessária para se sobrepor às quantidades de
sódio e potássio de modo a formar um produto não expansivo, reduzindo eficazmente
39
ou eliminando o efeito expansivo [Stark, 1992]. Similarmente, Diamond e Ong (1992)
mostraram que, à medida que a quantidade de lítio presente no gel aumentava
proporcionalmente diminuía a quantidade de sódio e potássio presentes, e
consequentemente a expansão diminuía confirmando assim o trabalho de Stark.
Medindo as concentrações de álcalis nas soluções intersticiais do betão, Sakaguchi e
colaboradores [Sakaguchi et al., 1989] descobriu que a concentração de lítio diminuía
ao longo do tempo, enquanto as concentrações dos restantes álcalis permaneciam
constantes. Na ausência de lítio a concentração dos álcalis diminuía ao longo do tempo
sugerindo que a reacção lítio-sílica seria predominante às reacções sódio-sílica ou
potássio-silica. De acordo com esta teoria, a formação de um produto não expansivo de
lítio, seria favorecida à formação de um produto mais expansivo contendo maiores
concentrações de sódio e potássio.
Lawrence e Vivian (1961) observaram que a dada altura o lítio não tendia a reagir com a
sílica, levando os autores a crer que se pudesse formar uma camada insolúvel de silicato
de lítio e não expansiva, protegendo assim a sílica do ataque dos outros álcalis
[Lawrence e Vivian, 1961]. Estes resultados sugerem que o lítio pode diminuir a
velocidade de dissolução da sílica, o que limitaria a velocidade de formação do produto
da reacção e, consequentemente, a potencial expansão.
Kurtis e colaboradores [Kurtis et al., 1998] sugeriram que, em adição à diminuição da
velocidade de dissolução de sílica, o lítio pode limitar a repolimerização das espécies de
sílica dissolvidas no gel, reduzindo efectivamente o potencial para expansão. Estes
autores observaram que a repulsão na rede entre as partículas de silício permanecia
elevada na presença de lítio. Como resultado, é sugerido que quando o lítio se encontra
presente em concentrações suficientes, a repolimerização para um gel potencialmente
expansivo não ocorre.
Prezzi (1997) utilizou a teoria da dupla camada para explicar a expansão do gel da RAS,
e a sua teoria foi alargada ao mecanismo pelo qual os aditivos químicos, incluindo os
sais de lítio, inibem a expansão. Aplicando estes princípios, o gel da RAS é assumido
como um colóide composto por partículas carregadas negativamente. De acordo com
esta teoria, a expansão do gel é atribuída aos efeitos de repulsão da dupla camada entre
40
as partículas coloidais. De acordo com a teoria da dupla camada eléctrica, a valência e o
raio de hidratação dos catiões no colóide são factores importantes na determinação da
expansão do gel. Esta teoria prevê que um gel da RAS que contém concentrações
elevadas de catiões com grande valência vão exibir menos expansão. O trabalho de
Rodrigues et al. (2001) mostrou que num sistema onde os iões sódio e lítio estão
presentes, a densidade de carga superficial da opala e do gel da RAS diminuiu na
presença de LiCl, quando comparado com NaCl. Uma diminuição nas forças repulsivas
entre as partículas coloidais do gel da RAS na presença do lítio parece reduzir a pressão
gerada pela expansão do gel.
2.6.3.2. Métodos utilizados na aplicação de sais de lítio
Aplicação tópica
A aplicação tópica é um dos métodos mais simples de aplicar lítio, utilizado por alguns
países no tratamento de estruturas afectadas por RAS. No entanto, apesar da
simplicidade deste tipo de tratamento, este possui uma grande desvantagem que é a de
ser apenas possível aplicar em estruturas planas, como por exemplo, pavimentos e
tabuleiros de pontes, sendo influenciado por uma série de parâmetros, nomeadamente:
� Tipo de composto de lítio a ser utilizado;
� Velocidade de aplicação tópica;
� Número de tratamentos;
� Temperatura e teor de humidade do betão a tratar;
� Qualidade do betão (p.e. permeabilidade);
� Espessura do elemento a ser tratado;
� Extensão da deterioração na altura do tratamento;
� Presença de outro tipo de deterioração.
Muitos destes factores influenciam não só a quantidade de lítio que se infiltra no betão,
mas também a profundidade de penetração do lítio.
41
Migração electroquímica
O conceito de utilizar a migração electroquímica para fazer migrar lítio para o interior
do betão foi desenvolvida por Page [Page, Yu, 1995]. Desde então, esta técnica tem sido
muito estudada como uma possível via de tratamento de estruturas afectadas por RAS.
O princípio básico da técnica assenta no método electroquímico de extracção de cloretos
(Electrochemical Chloride Extraction – ECE). Este método tem como objectivo a
remoção de cloretos de uma estrutura de betão por aplicação de corrente eléctrica.
A técnica electroquímica de extracção de cloretos representa a aplicação directa de
corrente entre a armadura, que funciona como cátodo, e um ânodo colocado
temporariamente na superfície exterior do betão. O ânodo é preferencialmente uma rede
de titânio envolvida por um electrólito, que é uma solução básica. Uma vez que os iões
carregados negativamente (Cl-) migram da armadura para o ânodo carregado
positivamente, grandes quantidades de iões cloreto podem ser removidas de uma
estrutura, em relativamente pouco tempo (6 a 10 semanas) [Vennesland, 1998].
Através da adaptação desta técnica vários autores [Page, Yu, 1995; Whitmore, D. e
Abbott, S., 2000; Lee, C. et al., 2004] estudaram a eficácia da migração de lítio numa
estrutura. Neste caso, o cátodo (armadura) é ligado ao terminal negativo, enquanto que o
ânodo funciona como o eléctrodo positivo. Uma vez que o lítio é um ião de carga
positiva, migrará do ânodo para a armadura, fazendo o percurso inverso dos cloretos
(figura 16). Uma vez que este sistema opera a 40 V DC12, considerada baixa voltagem, é
um método seguro e eficaz no tratamento de 100 m2 por cada fonte de alimentação
[Whitmore, D. e Abbott, S., 2000].
12 Corrente contínua (CC) da designação anglo-saxónica direct current (DC)
42
Figura 16 – Esquema da migração do lítio durante o tratamento electroquímico [Whitmore, D. e Abbott, S., 2000].
Injecção sob pressão
Os métodos convencionais de reparação utilizam o lítio misturando-o no fabrico do
betão ou impregnando a superfície com ele, ou seja fazendo uso do fenómeno da
capilaridade e gradiente de concentração. Apesar da intenção ser a de reparação, a
profundidade de penetração não é mais do que alguns centímetros. As técnicas de
injecção sob pressão são frequentemente utilizadas quando se pretende uma maior
penetração do ião lítio [Folliard, 2003]. Kaneyoshi e colaboradores [Kaneyoshi et al.
2006] desenvolveram um método que se baseia em injectar sob pressão uma solução de
40 % de LiNO3 num furo feito para o interior do betão de maneira a inibir a reacção.
Este método tem como objectivo inibir a expansão do betão do interior que é difícil
apenas por aplicação de métodos convencionais. No entanto, o seu uso não é
frequentemente aconselhado em estruturas muito afectadas por reacções químicas
expansivas internas, pois as pressões internas podem conduzir à falha da estrutura de
betão [Folliard, 2003].
Li+ Li+
Li+ Li+
Li+ Li+
Betão
Meio condutor Ânodo temporário
Armadura
Corrente DC
Capítulo Três Metodologia de ensaio
Pág.
3.1. AMOSTRAGEM ..................................................................................................... 45
3.2. EMPREGO DE REVESTIMENTOS IMPERMEABILIZANTES NO CONTROLO DO
INGRESSO DA ÁGUA .................................................................................................... 46
3.2.1. Método de aplicação..................................................................................... 46
3.2.2. Ambientes de exposição dos provetes .......................................................... 48
3.2.2.1. Exposição em câmara saturada.............................................................. 49
3.2.2.2. Exposição em ambiente de imersão....................................................... 49
3.2.2.3. Exposição natural .................................................................................. 50
3.2.3. Métodos de ensaio e de caracterização......................................................... 50
3.2.3.1. Caracterização dos produtos de revestimento ....................................... 52
3.2.3.2. Caracterização física, química e microestrutural dos betões................. 54
3.2.3.3. Caracterização mecânica ....................................................................... 56
3.3. EMPREGO DE NITRATO DE LITIO NA MODIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES
EXPANSIVAS DOS PRODUTOS DA REACÇÃO................................................................ 57
3.3.1. Introdução do ião lítio no betão por difusão................................................. 58
3.3.1.1. Ensaios de imersão ................................................................................ 59
3.3.1.2. Ciclos de imersão/secagem....................................................................59
3.3.2. Introdução do ião lítio no betão por migração electroquímica..................... 60
3.3.3. Métodos de caracterização e de ensaio......................................................... 63
45
3.1. AMOSTRAGEM
Este trabalho teve como objectivo o estudo da inibição/prevenção de reacções químicas
expansivas de origem interna em betões afectados por RAS e DEF. Para este objectivo
avaliou-se a eficácia de dois tipos de tratamento nomeadamente:
� revestimentos impermeabilizantes;
� nitrato de lítio.
No seguimento dum estudo efectuado em 2005 pelo Laboratório Nacional de
Engenharia Civil, I.P., em que havia sido diagnosticada a degradação por RAS e DEF
de travessas de betão para caminho de ferro, utilizaram-se 7 travessas provenientes dum
único lote de fabrico. De referir que destas 7 travessas, 2 estiveram em serviço durante
10 anos (travessas 1 e 3) e as 5 restantes estiveram armazenadas em estaleiro.
De cada uma das travessas extraíram-se amostras por carotagem, diâmetro de 74 mm e
comprimentos variáveis em função da altura da travessa, num total de 17 a 21 carotes
por travessa (figura 17). As carotes depois de extraídas foram mantidas em saco plástico
fechado e colocadas em câmara saturada (humidade relativa (HR) > 95% e temperatura
de 20º C), até à aplicação de cada um dos diferentes tratamentos.
Figura 17 – Extracção por carotagem das amostras das travessas de betão e aspecto duma travessa após a operação de carotagem.
46
3.2. EMPREGO DE REVESTIMENTOS IMPERMEABILIZANTES NO CONTROLO DO
INGRESSO DA ÁGUA
3.2.1. Método de aplicação
Tendo como referência o estudo bibliográfico apresentado no capítulo 2 (tabela 3),
foram seleccionados para este trabalho produtos pertencentes a duas famílias de
revestimentos: impregnantes hidrófobos e revestimentos de superfície, de acordo com a
classificação da norma europeia EN 1504 [EN 1504, 2004]. Na tabela 4 apresentam-se
os vários revestimentos empregues, a família a que pertencem e as suas principais
características.
Antes da aplicação de cada um dos revestimentos, cada uma das carotes foi cortada e os
topos rectificados para uma altura entre 30 e 170 mm consoante o tipo de ensaios a que
se destinavam. Na tabela 5 apresentam-se as dimensões dos provetes para os diferentes
ensaios de caracterização seleccionados.
Após rectificação, todos os provetes foram sujeitos a uma preparação da superfície por
abrasão com jacto de água e areia, conforme a metodologia recomendada na norma
europeia EN 1504 [EN 1504, 2004]. Esta aplicação visava não só a remoção de
gorduras e/ou poeiras que os provetes pudessem conter, mas também tornar a superfície
do suporte mais rugosa para uma melhor aderência do revestimento. Após este
procedimento, todos os provetes foram sujeitos a secagem a 40 ºC em estufa até
atingirem uma humidade relativa superficial < 5 %.
Cada conjunto de carotes retiradas de cada uma das travessas foi utilizado num único
revestimento (p.e., à travessa 1 foi atribuído o produto P1, à travessa 2 o P2 e assim
sucessivamente). Esta metodologia visava minimizar os efeitos de heterogeneidade da
composição e as condições de exposição a que cada travessa de betão esteve sujeita,
apesar do betão ter sido fabricado no mesmo dia embora, possivelmente, a horas
diferentes.
47
Tabela 4 – Revestimentos utilizados para o estudo do controlo do ingresso de água no betão.
Família Identificação Sistema Características Impregnante
hidrofugo P1 Hidrofugante • Impermeável à água • Elevada capacidade de penetração • Resistente à acção de sais solúveis
P2 Argamassa de cimento com
polímeros
• Revestimento à base dispersão líquida sintética (componente I) e argamassa seca (componente II).
• Impermeável à água • Endurecimento sem fissuração. • Excelente aderência. • Não necessita de ponte de união. • Elástico e flexível. • Resistente ao congelamento e à intempérie
P3
Argamassa de reparação
+ Tinta acrílica com
solventes (P6)
Argamassa: • Barramento fino à espátula, de presa
normal, com ligante de cimento melhorada com epoxi, em três componentes.
• Alta protecção contra a infiltração de agentes agressivos.
• Aplicação fácil e não prejudicial para os aplicadores.
• Boa resistência química. • Repintável após 2 a 4 horas. • Altamente resistente a ciclos de
gelo/degelo.
P4 Tinta acrílica sem
solventes
• Pintura de protecção plástico-elástica na base duma dispersão acrílica com a propriedade de recobrir fissuras com uma camada que se mantém elástica, mesmo a temperaturas negativas.
• Ponte elástica de fissuras. • Alta resistência à difusão de CO2. • Permeável ao vapor de água. • Excelente resistência à intempérie e ao
envelhecimento. • Aquoso (sem solventes). • Não agressivo para o ambiente.
P5 Argamassa de
cimento branco com polímeros
• Impermeabilizante em pó apropriado para selar, revestir e proteger todas as superfícies expostas a agressividade das águas e humidade.
P6 Tinta acrílica com
solventes
• Revestimento acrílico • Resistência à carbonatação, intempérie e
agentes agressivos. • Permeável ao vapor de água
Revestimentos de superfície
P7 Resina epoxi
• Revestimento epoxidico curado com polimeros
• Revestimento de alta durabilidade com alguma elasticidade
Tabela 5 – Distribuição dos diferentes provetes de betão consoante os ensaios a que se destinam.
Ensaios
Expansão e variação de
massa
Químicos e microestruturais
Módulo de elasticidade
Resistência à compressão
Diâmetro 74 mm Altura 160 mm 30 mm 160 mm 170 mm
48
A aplicação dos revestimentos foi feita em sala condicionada (T=20 ºC), seguindo as
recomendações especificadas nas fichas de cada produto. Dado o tamanho das amostras
todos os revestimentos foram aplicados à trincha (figura 18). Os provetes foram sujeitos
a diferentes tempos de secagem em sala condicionada a 20 ºC, o qual variou entre 1 e 7
dias consoante o tempo de cura de cada revestimento.
Figura 18 – Imagens da aplicação de dois dos revestimentos à trincha.
De cada travessa foram separados dois provetes aos quais não se aplicou o respectivo
revestimento, mas que permaneceram sempre nas mesmas condições que os revestidos,
e que serviram como referência para cada um dos produtos.
3.2.2. Ambientes de exposição dos provetes
Não existindo normas específicas para exposição de provetes de betão com RAS e DEF
após aplicação de revestimentos de superfície, utilizaram-se condições de exposição que
traduzissem possíveis condições extremas de humidade, portanto facilitadoras do
prosseguimento daquelas reacções, mas que, simultaneamente, pudessem ocorrer em
determinadas condições naturalmente numa estrutura de betão. Assim, seleccionaram-se
3 condições, respectivamente:
� Câmara saturada – exposição a T = 20º C e HR > 95%; condição possível de
ocorrer em zonas aéreas duma estrutura (p.e., tabuleiro, vigas, pilares, etc. numa
ponte);
49
� Imersão – exposição a T = 20 ºC e imersão em água; situação que ocorre em
zonas imersas duma estrutura (p.e., maciços, pilares duma ponte, paramento de
montante de uma barragem, etc.);
� Exposição natural em ambiente urbano.
De seguida descrevem-se em pormenor as condições empregues em cada um dos
ensaios.
3.2.2.1. Exposição em câmara saturada
As condições utilizadas nestes ensaios foram: temperatura 20 ºC e HR > a 95 %. Os
provetes cilíndricos, depois de devidamente identificados, foram colocados sobre um
suporte em plástico e cobertos com um plástico, para se minimizar a lixiviação do betão
(figura 19).
Figura 19 – Aspecto dos provetes de betão conservados em câmara saturada (T=20 ºC e uma HR > 95 %).
3.2.2.2. Exposição em ambiente de imersão
As condições de imersão utilizadas nestes ensaios foram imersão em água potável à
temperatura de 20 ºC.
Os provetes cilíndricos foram colocados num contentor plástico, com capacidade para
vários provetes, e cobertos com água até 10 mm da altura do provete mais alto. O
50
contentor foi tapado, tendo-se o cuidado de o manter totalmente selado. O contentor foi
armazenado na câmara saturada a 20º C (figura 20).
Figura 20 – Contentor plástico para condicionamento dos provetes de betão em imersão a 20 ºC.
3.2.2.3. Exposição natural
De forma a avaliar o comportamento a longo prazo da eficácia dos revestimentos no
controlo do ingresso da água no betão, colocaram-se provetes em exposição natural
numa estação experimental situada nas instalações do LNEC, I.P., equipada com
registadores de temperatura, humidade e pluviosidade – figura 21.
Figura 21 – Fotos dos provetes de betão conservados em exposição natural na estação experimental do LNEC.
3.2.3. Métodos de ensaio e de caracterização
A selecção dos ensaios a realizar foi feita visando obter diferentes tipos de informação
que permitissem relacionar o controlo do ingresso da água no betão com a inibição do
51
desenvolvimento da RAS e, eventualmente, da DEF. Desta forma, foram seleccionados
ensaios de caracterização:
� Física – ensaios de expansão e de variação de massa. Estes ensaios tal como o
nome indica permitem avaliar a expansão do betão devida aos produtos de
reacção formados, que através da sua capacidade de embeberem água, geram
grandes tensões no betão, avaliadas pela expansão do material e pelo seu
aumento de massa.
� Química – determinação do teor em álcalis solúveis. Uma das condições
necessárias ao desenvolvimento da RAS é a presença de iões alcalinos no betão.
Os iões sódio e potássio, existentes na forma solúvel na pasta de cimento, isto é
não combinados, que vão estar disponíveis para a formação dos produtos da
reacção. A determinação do seu teor dá indicação para a maior ou menor
probabilidade de virem a participar na formação dos produtos da RAS. Quanto
ao desenvolvimento da DEF, sabe-se que a forte alcalinidade do betão é uma
condição propícia ao seu desenvolvimento, pelo que a análise dos álcalis
solúveis também trará informações sobre o possível desenvolvimento destes
produtos de reacção.
� Microestrutural – observações ao microscópio electrónico de varrimento
acoplado a um espectrómetro de dispersão de energia (MEV/EDS). O MEV
representa um meio de diagnóstico no que se refere à caracterização do estado
de avanço das reacções de degradação, no tipo de produtos existentes, na sua
morfologia e disseminação na amostra. A ferramenta EDS permite obter
informações semi-quantitativas acerca da composição dos produtos dos teores
elementares.
� Mecânica – ensaios de resistência à compressão e de módulo de elasticidade em
compressão. As propriedades mais importantes susceptíveis de serem afectadas
por reacções químicas expansivas são as propriedades mecânicas, mais
concretamente a resistência e o módulo de elasticidade do betão. Desta forma,
através da sua caracterização obtemos informação sobre a influência que estas
reacções exercem na durabilidade do betão.
Cada revestimento impermeabilizante foi aplicado numa vasta série de provetes de
betão, de uma única travessa, de acordo com o plano experimental apresentado na tabela
52
6. Os ensaios seleccionados foram repetidos para cada condição de exposição (secção
3.2.2).
Procedeu-se ainda à caracterização prévia dos produtos de revestimento, através de
ensaios de permeabilidade à água líquida e de “crack-bridging”, de modo a avaliarem-se
as capacidades impermeabilizantes e elásticas dos vários produtos de revestimento.
Tabela 6 – Metodologia utilizada e calendarização para o estudo da eficácia do emprego de revestimentos impermeabilizantes no controlo da RAS e DEF.
Tempo de
exposição (dias)
7 14 21 28 42 56 70 90 104 118 132 146 160 180
Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp RC RC ME ME ME AQ AQ AQ
Ensaios efectuados
MEV
Notação dos ensaios: Exp – expansão e variação de massa; RC – resistência à compressão; ME – módulo de elasticidade; AQ – análise química; MEV – microscopia electrónica de varrimento.
As secções a seguir apresentam duma forma resumida os diferentes procedimentos dos
ensaios aplicados e no ANEXO II são referidos pormenores sobre a preparação prévia
das amostras para os ensaios de caracterização efectuados ao longo deste projecto de
trabalho.
3.2.3.1. Caracterização dos produtos de revestimento
Ensaio de permeabilidade à água liquida
Nos ensaios de permeabilidade à água líquida, a grandeza medida é a velocidade de
transmissão da água líquida através de um revestimento por pintura ou de um substrato
que dependem da absorção de água e da permeabilidade dos mesmos.
Neste ensaio, os provetes são imersos em água, sob condições controladas, e pesados a
intervalos de tempo adequados. A velocidade de transmissão da água líquida é
53
determinada a partir da variação da massa quando esta se torna directamente
proporcional à raiz quadrada do tempo.
Nos ensaios de permeabilidade à água líquida foram utilizados provetes de material
cerâmico (tijolos) de dimensões aproximadas de 110 mm × 110 mm × 30 mm
(comprimento × largura × altura). Este ensaio foi efectuado de acordo com a norma NP
EN 1062-3 [NP EN 1062, 2001], à excepção do tempo de ensaio, que é de 24 horas, que
neste caso foi prolongado até aos 7 dias. O procedimento experimental utilizado é
descrito no ANEXO II.1.1..
Ensaio de crack-bridging
O ensaio de crack-bridging consiste na aplicação de um revestimento ou esquema de
pintura num substrato fissurado de modo a medir a capacidade de fazer ligação do
revestimento, ou seja as suas propriedades elásticas. A tensão mecânica aplicada ao
revestimento pode seguir dois métodos:
- Método A – A largura da fissura aumenta continuamente a uma determinada
velocidade. A medida é feita quando ocorre a falha do revestimento ou quando
se atinge a largura da fissura pretendida.
- Método B – a largura da fissura varia periodicamente com limites definidos. A
medida é feita quando ocorre a falha do revestimento ou quando se completa um
ciclo dinâmico.
Nos ensaios de crack-bridging foram utilizados provetes de dimensões de 75 mm ×50
mm × 20 mm (comprimento × largura × altura) com um corte de 15 mm de altura e 2 a
3 mm de largura conforme evidencia a figura 22. A resistência do revestimento, que foi
aplicado nestes provetes, foi medida de acordo com a norma EN 1062-7 [EN 1062-7,
2004], método A, sendo a fissura aberta utilizando uma velocidade constante de 0,5
mm/min com T=23 ºC. O procedimento experimental encontra-se descrito no ANEXO
II.1.2..
54
Figura 22 – Diagrama esquemático dum provete para ensaio de crack-bridging.
3.2.3.2. Caracterização física, química e microestrutural dos betões
No ANEXO II.2 são referidos pormenores sobre a preparação prévia das amostras para
os ensaios de caracterização química e microestrutural.
Ensaios de expansão e de variação de massa
Às idades definidas e para cada tipo de exposição avaliou-se a expansão do betão e a
sua variação de massa. A avaliação da expansão foi realizada de acordo com a
metodologia do ensaio francês para a avaliação da DEF no betão [Pavoine et al., 2006].
A expansão é obtida pela média da deformação medida entre três séries de pernos
metálicos que se colaram lateralmente em três geratrizes, equidistantes de 120º, de um
cilindro (figura 23). Os pernos foram colados em cada um dos três eixos, com um
espaçamento de 100 mm, entre si, e a meia altura do provete.
50 mm
2 a 3 mm
75 mm
20 mm 5 mm
15 mm
55
Figura 23 – Marcação das geratrizes de um provete cilíndrico e colagem dos pernos: (a) representação esquemática de um provete equipado com três séries de pernos colados longitudinalmente ao longo de três geratrizes espaçadas de 120º; (b) marcação das geratrizes com recurso a um molde plástico perfurado; c) colagem e ajuste da distância entre pernos ao longo de uma das geratrizes.
Determinação do teor de álcalis solúveis
Para a análise do teor de álcalis solúveis no betão foi utilizado um protocolo de ensaio
desenvolvido no Canadá [Bérubé et al., 2000]. Este protocolo veio a mostrar-se
revolucionário, na medida em que utilizando apenas água quente permite captar apenas
os álcalis solúveis que se encontram no betão, tornando possível a sua quantificação.
A determinação do teor de sódio e potássio foi efectuada em separado num
espectrofotómetro de absorção atómica (EAA). O procedimento experimental utilizado
é descrito no ANEXO II.2.1..
A B
C
56
Observação da microestrutura e análise da composição da pasta por MEV/EDS
Ao impedir a entrada de água no betão, os revestimentos permitem eliminar um dos
reagentes das reacções químicas expansivas, controlando deste modo a formação de
produtos de reacção. A microestrutura da pasta de cimento de um betão afectado por
RAS e DEF, quando comparada com um betão que teve um revestimento, deverá ser
diferente. As observações por MEV, complementadas com a informação da composição
química por EDS, são muito úteis porque além das morfologias dos produtos formados
permitem avaliar a extensão das reacções. O procedimento utilizado nesta técnica
encontra-se descrito no ANEXO II.2.2..
3.2.3.3. Caracterização mecânica
Resistência à compressão
A determinação da resistência à compressão uniaxial (figura 24) foi realizada em
provetes cilíndricos com altura igual ao diâmetro (74 mm × 74 mm) de acordo com a
Especificação LNEC E 226 [LNEC E 226, 1968]. Antes do ensaio, os provetes,
provenientes dos três ambientes de exposição, foram imersos em água, de forma a
homogeneizar as condições de temperatura e humidade.
Figura 24 – Equipamento para determinação da resistência em compressão do Núcleo de Betões do LNEC, I.P..
57
Módulo de elasticidade em compressão
A determinação do módulo de elasticidade em compressão foi realizada em provetes
cilíndricos, com 74 mm de diâmetro e 160 mm de altura, de acordo com a Especificação
LNEC E 397 [LNEC E 397, 1993] (figura 25). De forma a homogeneizar as condições
de temperatura e humidade, os provetes, provenientes dos três ambientes de exposição,
foram colocados na sala de ensaio (T=20º C ± 2º C e HR = 50% ± 5%) 24 horas antes
do ensaio.
Figura 25 – Equipamento para determinação do módulo de elasticidade em compressão do Núcleo de Betões do LNEC, I.P..
3.3. EMPREGO DE NITRATO DE LITIO NA MODIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES
EXPANSIVAS DOS PRODUTOS DA REACÇÃO
A maior ou menor penetração de iões lítio no betão é determinante para a sua eficácia
no controlo da RAS e da DEF. A pesquisa bibliográfica realizada não permitiu obter um
esclarecimento completo sobre qual o método mais eficiente para a sua aplicação no
betão depois de endurecido. Neste contexto, o presente trabalho teve, numa fase
58
preliminar, que avaliar de entre os métodos disponíveis, difusão e migração, qual o mais
indicado para essa aplicação.
No caso da difusão foram testadas três condições de ensaio:
� imersão a 20 ºC
� imersão a 38 ºC;
� ciclos de imersão/secagem a 20 ºC.
Para o método de migração foi utilizada uma adaptação do método electroquímico de
extracção de cloretos ECE. Esta adaptação, apresentada em detalhe na secção 3.3.2.,
tem como objectivo a introdução de iões lítio numa estrutura de betão por aplicação de
corrente eléctrica.
Antes da aplicação do ião lítio as amostras de betão sofreram um pré-tratamento, de
acordo no geral com a norma ASTM C 1202-05 [ASTM C 1202-05], e que incluiu:
� Exposição ao ar durante uma hora e depois selados lateralmente com fita
adesiva;
� Colocação em contentor de plástico e mantidos em câmara de vácuo (< 50 mm
Hg) durante três horas com as faces superior e inferior expostas;
� Sob vácuo, imersão em água, previamente fervida, durante uma hora;
� Retirados do vácuo e mantidos em repouso durante 18±2 h.
3.3.1. Introdução do ião lítio no betão por difusão
De modo a se utilizar a quantidade de lítio necessária para modificar as propriedades
expansivas dos produtos da RAS, foram seguidas as recomendações da especificação
LNEC E 461 [LNEC E 461, 2004]. Segundo esta especificação é necessária a inclusão
de nitrato de lítio na água da amassadura nas seguintes dosagens mínimas:
� Com agregados de classe II: 3,75 kg de uma solução a 30% de LiNO3 por kg de
Na2Oeq no betão;
� Com agregados de classe III: 5,95 kg de uma solução a 30% de LiNO3 por kg de
Na2Oeq no betão;
59
Uma vez que os agregados presentes nas amostras de betão das travessas eram
pertencentes à classe III, a solução de nitrato de lítio adicionada foi calculada com base
na segunda dosagem – 5,95 kg de uma solução de nitrato de lítio a 30% por kg de
Na2Oeq no betão. Desta forma, para cada um dos provetes foi adicionada uma solução
cuja concentração foi calculada com base na equação 21 presente no ANEXO II.3..
3.3.1.1. Ensaios de imersão
Utilizaram-se provetes cilíndricos, 74 mm de diâmetro e 50 mm de altura, selados
lateralmente com fita adesiva e com uma das faces em contacto com uma solução
nitrato de lítio (figura 26), cuja concentração foi calculada com base na explicação
fornecida em 3.3.1., durante 4 semanas. Os provetes imersos foram mantidos a duas
temperaturas distintas, 20 e 38º C, respectivamente, de forma a se poder avaliar da
influência da temperatura na cinética da difusão do ião lítio no betão.
Figura 26 – Provete de betão em imersão na solução de 30% de LiNO3.
3.3.1.2. Ciclos de imersão/secagem
Os ciclos de imersão/secagem são a forma de introdução de lítio no betão mais próxima
da realidade. Em estruturas planas tais como tabuleiros de pontes, estradas, etc., a
aplicação tópica é uma forma simples de tratamento (figura 27). Estes tratamentos
feitos, geralmente, mais do que uma vez poderão se traduzir numa realidade laboratorial
60
parecida com a de um ciclo, em que o betão está em contacto com a solução durante um
determinado tempo e só passado alguns dias o tratamento se repete.
Figura 27 – Aplicação tópica de uma solução de lítio numa via degradada, a) Aspecto do estado de degradação da via; b) Aplicação em progresso [Folliard, et al., 2003].
Nos ensaios de imersão/secagem foram utilizados cilindros com as mesmas dimensões,
e um teor de nitrato de lítio calculado como em 3.3.1. Os provetes foram imersos
durante 24 horas na solução de lítio seguida da sua secagem durante 6 dias em sala
condicionada a 20 ºC. O ciclo foi repetido 4 vezes.
3.3.2. Introdução do ião lítio no betão por migração electroquímica
Os dados relativos à introdução de iões por métodos electroquímicos não são muito
explícitos quanto às condições de ensaio, nomeadamente no que se refere às condições a
usar de voltagem e tempo de aplicação. Desta forma, houve que realizar uma avaliação
prévia das condições experimentais a aplicar para a migração do ião lítio por via
electroquímica. Para tal empregaram-se provetes, com as mesmas dimensões e
preparação que os usados nos ensaios de difusão, que foram montados como se ilustra
na figura 28.
Uma das faces do provete de betão foi posta em contacto com água, enquanto que na
outra face foi colado um reservatório, feito a partir de um tubo de PVC, onde se colocou
a solução de 30 % de nitrato de lítio. Em ambas as soluções, foi colocada, uma rede de
titânio, que foi ligada por terminais a uma fonte DC. Ao fazer passar potencial entre o
ânodo (na solução de lítio) e o cátodo (na água) os iões lítio são conduzidos por
A B
61
migração no sentido descendente forçando a sua entrada no betão. Foram utilizadas três
voltagens: 20, 40 e 60 V, respectivamente, durante uma semana.
Tendo-se verificado que a voltagem de 60 V era a que conduzia a melhores resultados
em termos da difusão do ião lítio, e de modo a se comparar a eficácia deste tratamento
face ao dos revestimentos, um novo esquema de montagem foi adoptado e aplicado em
provetes de betão com 160 mm de altura, que foram preparados como descrito em 3.3.
Figura 28 – Representação esquemática da montagem efectuada para o estudo das condições de aplicação da migração do ião lítio.
Para esta montagem cortou-se uma placa de prespex, com abertura para se poder adaptar
ao provete de betão segundo a sua linha central – figura 29. Nesta placa, depois de
colada ao betão, foram colados dois semicilindros em PVC que funcionariam como os
reservatórios das soluções electrolíticas.
Fonte DC
Li+ Li+
Li+ Li+
Ânodo
Meio condutor
Betão Água Cátodo
Li+
62
Figura 29 – Representação esquemática da montagem para o ensaio de migração a 60 V em provetes de betão com 160 mm de altura.
A montagem foi muito bem isolada de modo a que os dois reservatórios não
contactassem entre si tendo-se num dos lados colocado água e no outro a solução de
nitrato de lítio (concentração calculada como em 3.3.1.). Foi aplicado um potencial DC
de 60 V durante 1 semana. A figura 30 ilustra aspectos da montagem final.
Figura 30 – Aspectos da montagem final para o ensaio de migração do ião lítio em provetes de betão com 160 mm de altura.
LiNO3 H2O
63
3.3.3. Métodos de caracterização e de ensaio
De forma análoga à do estudo dos revestimentos por pintura, foi adoptado um plano
experimental – tabela 7 – com os diferentes tipos de ensaios a realizar a várias idades.
Os perfis dos teores de sódio, potássio e lítio, obtidos a partir da análise química por
EAA, foram realizados entre 10 e 40 mm de profundidade. As observações ao MEV
foram realizadas apenas em provetes de betão provenientes do primeiro centímetro.
Os ensaios de caracterização foram efectuados segundo a metodologia descrita em
3.2.3.2. e ANEXO II.2..
Tabela 7 – Plano da aplicação da metodologia de avaliação da eficácia do nitrato de lítio na modificação das propriedades expansivas dos produtos da RAS e DEF.
Tempo de
exposição (dias)
7 14 21 28 42 56 70 90 104 118 132 146 160 180
AQ AQ AQ AQ
Ensaios de difusão do
Li + no betão
provetes c/ h=50mm
MEV MEV MEV MEV
AQ AQ AQ AQ
Ensaios de migração
provetes c/ h=50mm
MEV MEV MEV MEV
Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp Exp
Ensaios de migração
provetes c/ h=160mm
Notação dos ensaios: Exp – expansão e variação de massa; AQ – análise química; MEV – microscopia electrónica de varrimento.
Capítulo Quatro Resultados experimentais e discussão
Pág. 4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS .................................................................................... 67
4.2. CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS DE REVESTIMENTO ..................................... 67
4.2.1. Ensaios de permeabilidade à água líquida.................................................... 67
4.2.2. Ensaios de crack-bridging ............................................................................ 68
4.3. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA , QUÍMICA E MICROESTRUTURAL DOS BETÕES
REVESTIDOS E NÃO REVESTIDOS................................................................................ 70
4.3.1. Ensaios de expansão ..................................................................................... 70
4.3.2. Evolução do teor de álcalis solúveis............................................................. 81
4.3.3. Evolução da microestrutura e da composição da pasta por MEV/EDS ....... 86
4.4. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS BETÕES EM ESTUDO ................................... 94
4.4.1. Resistência à compressão ............................................................................. 94
4.4.2. Módulo de elasticidade em compressão ....................................................... 95
4.5. TRATAMENTO COM NITRATO DE LÍTIO ............................................................. 100
4.5.1. Ensaios de imersão a 20 ºC......................................................................... 100
4.5.2. Ensaios de imersão a 38 ºC......................................................................... 101
4.5.3. Ciclos de imersão/secagem......................................................................... 102
4.5.4. Ensaios de Migração................................................................................... 104
4.5.5. Eficiência do fornecimento de lítio: difusão versus migração ................... 107
4.5.6. Ensaios de expans\ão e de variação de massa ............................................ 108
4.5.7. Evolução da microestrutura e da composição da pasta por MEV/EDS ..... 108
67
4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados experimentais obtidos
relativos:
� ao comportamento dos revestimentos impermeabilizantes no controlo do
ingresso da água e sua influência no desenvolvimento da RAS e DEF.
� à eficácia dos métodos de difusão e migração para introdução do ião lítio no
betão;
� à eficácia do tratamento com lítio vs revestimento impermeabilizante na
inibição da RAS e DEF.
4.2. CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS DE REVESTIMENTO
4.2.1. Ensaios de permeabilidade à água líquida
A absorção de água por capilaridade está relacionada com a permeabilidade do material
à água líquida. Sendo a água um dos factores condicionantes da RAS e da DEF, quanto
menor a permeabilidade do revestimento melhor será a protecção que o mesmo
oferecerá contra o ingresso de água. Dado que o produto P6 foi também empregue no
sistema misto P3, apenas se apresenta o resultado de P6. Os resultados experimentais
apresentam-se no ANEXO III.1.1. e de forma gráfica na figura 31.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
0 2 4 6 8 10 12
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g/m
2 )
P1
P2
P4
P5
P6
P7
Figura 31 – Curvas de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para os vários revestimentos.
68
De forma a analisar a permeabilidade à água líquida de cada um dos revestimentos,
calculou-se a velocidade de transmissão de água líquida, w, a partir do declive da zona
linear das curvas, que se obtém em geral após 1 h de ensaio, os quais se apresentam na
tabela 8.
Tabela 8 – A velocidade de transmissão de água líquida, w, para os vários sistemas de protecção.
Sistema de protecção
w (kg/m2h1/2)
P1 0,007 P2 0,006 P4 0,007 P5 0,696
P3/P6 0,004 P7 0,002
Verifica-se que todos os sistemas. à excepção do sistema P5, pertencem à Classe III, de
acordo com a classificação quanto à velocidade de transmissão da água líquida segundo
a norma EN 1062-3 [EN 1062-3, 2001]. O sistema P5 pertencerá à Classe I, não sendo
impermeável à água.
4.2.2. Ensaios de crack-bridging
Se um revestimento for aplicado numa estrutura de betão com tendência para fissurar,
ou com fissuras em desenvolvimento, o revestimento tenderá também a fissurar com a
estrutura. A elasticidade do revestimento e a capacidade para fazer a ponte das fissuras
são portanto características muito importantes sendo avaliadas por meio de ensaios de
crack-bridging.
A capacidade elástica do revestimento depende de vários parâmetros intrínsecos
(estrutura do revestimento; propriedades mecânicas; espessura, etc.) e extrínsecos
(adesão do revestimento ao substrato; velocidade de propagação da fissura, etc.). Em
adição a estes problemas outras dificuldades práticas afectam este tipo de ensaios que
visam analisar essa propriedade elástica. O maior problema associado ao ensaio de
crack-bridging é a dificuldade da obtenção de espécimes perfeitos, uma vez que defeitos
69
na pintura afectam severamente a repetibilidade e a exactidão dos resultados [Delucchi,
2002].
Foram avaliados os sistemas pertencentes à família dos revestimentos de superfície P2 e
P4 a P7. Após a aplicação da tensão os revestimentos P5 e P6 fissuraram (figura 32),
enquanto que os revestimentos P2, P4 e P7 não. Estes três revestimentos foram
posteriormente sujeitos ao ensaio de tracção para avaliar a sua elasticidade por meio da
obtenção da extensão à carga máxima. Os resultados obtidos nos ensaios de tracção
apresentam-se no ANEXO III.1.2. e estão resumidos na tabela 9.
Figura 32 – Fotografia dos provetes revestidos com o sistema P5 (em cima à esquerda) e P6 (em baixo à esquerda), que fissuraram após aplicação da tensão e pormenor da fissuração (à direita).
Tabela 9 – Resultados dos ensaios de tracção nos ensaios de crack-bridging.
Sistema Extensão máxima (mm)
P2 0,125 ± 0,078
P4 0,155 ± 0,120
P7 0,158 ± 0,066
Os resultados obtidos fornecem-nos informação sobre a capacidade de recobrimento de
uma fissura. O sistema P7 foi o sistema que revelou maior capacidade elástica. No
70
entanto, convém referir que de acordo com os fabricantes dos sistemas P4 e P6, as tintas
acrílicas teriam um poder de recobrimento muito superior que não foi confirmado nestes
ensaios. Com base nestes resultados obtidos podemos verificar que a capacidade elástica
dos revestimentos diminui pela seguinte ordem:
P2<P4<P7
Estes resultados confirmam a necessidade de realização de ensaios prévios de
verificação das características dos produtos.
4.3. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA , QUÍMICA E MICROESTRUTURAL DOS BETÕES
REVESTIDOS E NÃO REVESTIDOS
4.3.1. Ensaios de expansão
Nas figuras 33 e 34 apresentam-se os resultados obtidos para os provetes não revestidos,
conservados em câmara saturada a 20 ºC. Cada valor no gráfico corresponde à média de
dois provetes. Verifica-se que os provetes que mais expandiram provêm das travessas 1
e 3 (Ref-P1 e Ref-P3), enquanto que os provetes das travessas 2, 6 e 7 (Ref-P2, Ref-P6
e Ref-P7) foram os que menos expandiram. Convém salientar que vários factores
podem contribuir para a expansão dos provetes nas condições de ensaio utilizadas:
estado inicial de degradação do betão, teor de cimento por hidratar, tensões a que o
betão esteve sujeito, teor de agregados reactivos, etc.. Os resultados da variação de
massa não permitem esclarecer todas as hipóteses, nomeadamente verifica-se que os
provetes das travessas 1 e 3 (Ref-P1 e Ref-P3), que tinham tido a maior expansão,
foram os que registaram a menor variação de massa. No entanto, verifica-se que há, até
cerca de 28 dias, um aumento de massa que tende depois a estabilizar, isto poderá
indiciar que essa variação é sobretudo decorrente da hidratação do cimento anidro.
Há ainda a salientar que a expansão por RAS está normalmente dependente da
temperatura a que o betão está sujeito, aumentando com o aumento da temperatura. Os
resultados de expansão que se apresentam aos 180 dias, podem considerar-se como
estando ainda dentro da fase de iniciação do processo expansivo, pelo que as diferenças
obtidas nestas condições de ensaio não são muito significativas em termos da RAS.
71
Relativamente à DEF, a maior expansão do provete Ref-P3 pode ser interpretada como
sendo a travessa que terá maior potencialidade expansiva.
0,00
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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (dias)
Exp
ans
ão
(%) .
Ref-P1 Ref-P2
Ref-P3 Ref-P4
Ref-P5 Ref-P6
Ref-P7
Figura 33 – Gráfico de expansão dos provetes de betão não revestidos (referência) em câmara saturada a 20 ºC.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (dias)
Va
ria
ção
de
ma
ssa
(%) .
Ref-P1 Ref-P2
Ref-P3 Ref-P4
Ref-P5 Ref-P6
Ref-P7
Figura 34 – Gráfico de variação de massa dos provetes de betão não revestidos (referência) em câmara saturada a 20 ºC.
Na figura 35 apresentam-se, de modo comparativo, os resultados de expansão e de
variação de massa para os provetes revestidos e não revestidos conservados em câmara
saturada, e na tabela 10 apresentam-se, em resumo, os resultados de expansão aos 180
72
dias para estes provetes. Nesta tabela apresentam-se ainda os valores referentes à
eficácia de redução da expansão de cada sistema calculada a partir da equação:
100(%)
(%)(%)(%)
Re
Re ×−
=−
−
nf
Pnnf
E
EEEficácia [Equação 7]
onde ERef-n representa o valor da expansão aos 180 dias para a referência n e EPn o valor
de expansão aos 180 dias para o sistema Pn. Os valores da eficácia de cada sistema
permitem-nos obter uma relação entre todos os sistemas, e definir se o sistema é mais
ou menos efectivo na inibição da expansão por meio do controlo do ingresso da água.
0,00
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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Tempo (dias)
Exp
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) . Ref-P1
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Exp
an
são
(%
) . Ref-P2
P2
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0,0
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3,0
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Exp
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Tempo (dias)
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%) . Ref-P4
P4
continua na página seguinte
73
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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Tempo (dias)
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Tempo (dias)V
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) . Ref-P6
P6
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Tempo (dias)
Exp
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o (%
) . Ref-P7
P7
-1,0
0,0
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3,0
4,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (dias)
Va
riaçã
o d
e m
ass
a (
%) . Ref-P7
P7
Figura 35 – Gráficos de expansão (esquerda) e de variação de massa (direita) dos provetes de betão não revestidos (referência) e revestidos em câmara saturada a 20 ºC.
Tabela 10 – Resultados dos ensaios de expansão e respectivos valores de eficácia aos 180 dias para os betões conservados em câmara saturada.
Expansão (%) Travessa Ref-Pn Sistema Pn
Eficácia (%)
1 0,134 0,097 28 2 0,073 0,044 40 3 0,138 0,101 27 4 0,088 0,103 -17 5 0,082 0,060 27 6 0,060 0,082 -37 7 0,046 0,030 35
Como é dado a observar da figura 35 e da tabela 10, os sistemas mais efectivos neste
controlo são o P2 e o P7, uma argamassa de cimento com polímeros e uma resina epoxi
respectivamente. Se relativamente ao sistema P2 estes resultados confirmam o que
74
outros estudos também referem (tabela 3 na secção 2.5.2.), o mesmo já não se pode
dizer para a resina epoxi que nestas condições mostrou ser também eficaz.
As resinas epoxi são materiais que são muito utilizados no tratamento deste tipo de
patologias devido à sua propriedade estanque. As primeiras tentativas de tratar fissuras
numa estrutura de betão, passaram pela injecção destes materiais. No entanto, as
fissuras reabriam ou apareciam novas fissuras junto às fissuras tratadas. Em alguns
casos, o facto de se tratar apenas as fissuras e não a estrutura completa, permitia que a
água não entrasse pelas fissuras, mas todas as faces expostas estavam sujeitas à sua
entrada. No entanto, os factores principais responsáveis pela ineficácia das resinas
epoxi, são a sua capacidade estanque que não permite que a água aprisionada dentro do
betão evapore, tornando-se assim uma fonte de reagente (ainda que limitado pelo teor da
estrutura) para a progressão da reacção, e a sua não elasticidade. De facto, o produto P7
foi o que apresentou um dos menores valores de velocidade de transmissão de água,
possuindo uma capacidade quase estanque No entanto, este produto apresentou
propriedades elásticas o que pode justificar o seu bom desempenho, nestas condições.
Ao contrário do esperado, o produto hidrofugante P1, obteve uma baixa eficácia
entrando em desacordo com os resultados de outros estudos. No entanto, de acordo com
os resultados de Miyagawa e colaboradores [Miyagawa, et al., 1996], estes produtos à
base de silanos não são eficazes no controlo da expansão a longo prazo. Este facto está
associado a um compromisso que existe entre a massa molecular do silano, que quanto
menor, maior será a permeabilidade ao vapor de água do revestimento, mas terá menor
eficácia no controlo do ingresso da água. Segundo Kubo e colaboradores [Kubo, et al.,
2000] a eficácia dos silanos é também reduzida quando há formação de fissuras, uma
vez que estes revestimentos não formam uma película contínua protectora e elástica
como outros revestimentos. No entanto, nos provetes alvo do presente estudo não foi
observado o aparecimento de fissuras.
Sendo a elasticidade do revestimento um factor importante, que permitiu que os
sistemas P2 e P7 fossem eficazes, deveriam os sistemas P4 e P6 ter obtido resultados
semelhantes face aos elementos fornecidos nas fichas desses sistemas. No entanto, o
sistema P6 desenvolveu alguma fissuração e destacamento de material, resultado não só
da sua baixa elasticidade mas também do fraco poder de cobertura.
75
Similarmente, o sistema P4 mostrou também fraco poder de cobertura, permitindo que
poros ficassem por recobrir representando um caminho para o ingresso da água – figura
36, explicando assim a sua baixa eficácia.
Figura 36 – Aspecto com 28 dias dum provete revestido com o sistema P4. É evidente o fraco poder de cobertura deste revestimento.
De modo a tentar melhorar o poder de cobertura do sistema P6, realizou-se a aplicação
duma segunda camada mas, só depois da aplicação duma argamassa hidráulica que teve
como finalidade a prévia cobertura dos poros existentes no betão. Este sistema constitui
o sistema P3. O resultado da eficácia deste sistema misto foi muito superior à do P6,
+27 % em vez de -37 %.
Numa câmara saturada, os provetes são conservados num ambiente saturado em
humidade. Este ambiente testa a capacidade dos sistemas empregues em proteger o
provete da entrada da água no seu estado gasoso. Uma vez que todos os revestimentos
foram escolhidos para serem impermeáveis à água no estado líquido e permeáveis à
água no seu estado vapor, torna-se evidente que estes não seriam totalmente efectivos
nesse controlo naquelas condições. No entanto, em condições reais esta exposição não
acontece continuamente, já que as estruturas de betão não se encontram sempre em
contacto com um ambiente saturado de humidade.
Para analisar a capacidade dos sistemas de revestimento de serem totalmente
impermeáveis à água, foram testados os sistemas P2, P5 e P7, os únicos que de acordo
76
com os fabricantes teriam características (em particular de durabilidade) de serem
efectivos num ambiente de imersão.
Com base nos resultados obtidos em condições de imersão, figuras 37 e 38, verifica-se
que nestas condições foram os provetes da travessa 2 que mais expandiram. Este
resultado salienta a importância das condições de exposição na expansão por RAS e
DEF. Convém, nesta fase referir que o betão em estudo apresentava uma reactividade
residual à RSI que era bastante superior à da RAS [Santos Silva e Gonçalves, 2006].
Também é importante salientar que as condições de imersão são especialmente
favoráveis à RSI e pouco favoráveis à RAS devido à forte lixiviação de álcalis que
ocorre nestas condições. Em conclusão, estes resultados parecem apontar para que as
condições de saturação sejam mais adequadas à análise da expansibilidade residual
devida à RAS+DEF e as de imersão apenas para a DEF, sendo esta última a principal
responsável pela expansão obtida.
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Figura 37 – Gráfico de expansão dos provetes de betão não revestidos (referência) em imersão a 20 ºC.
77
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(%) .
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Ref-P7
Figura 38 – Gráfico de variação de massa dos provetes de betão não revestidos (referência) em imersão a 20 ºC
A figura 39 ilustra a comparação dos resultados de expansão e de variação de massa
para os provetes revestidos e não revestidos conservados em imersão. Na tabela 11
apresentam-se os resultados de expansão aos 180 dias destes provetes, assim como os
valores da eficácia de redução dessa expansão, estimado, do mesmo modo, a partir da
equação 7.
78
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Tempo (dias)
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0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (dias)
Exp
ans
ão (
%) . Ref-P7
P7
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (dias)
Va
riaçã
o d
e m
ass
a (%
)
Ref-P7
P7
Figura 39 – Gráficos de expansão (esquerda) e de variação de massa (direita) dos provetes de betão não revestidos (referência) e revestidos em imersão a 20 ºC.
Tabela 11 – Resultados dos ensaios de expansão e respectivos valores de eficácia aos 180 dias para os betões conservados em imersão.
Expansão (%) Travessa Ref-Pn Sistema Pn
Eficácia (%)
2 0,292 0,068 77 5 0,067 0,087 -30 7 0,067 0,033 51
Como se pode observar a partir da figura 39 e da tabela 11, os sistemas P2 e P7
continuam a ser os mais efectivos, sendo que a sua eficácia é melhor nas condições de
imersão do que em ambiente saturado. Quanto ao sistema P5 a sua eficácia foi menor,
como aliás seria de prever tendo em consideração os valores de velocidade de
transmissão de água líquida (tabela 8), nos ensaios de permeabilidade.
79
Tal como já foi referido, uma estrutura de betão não se encontra em contacto
permanente com ambientes saturados em humidade ou em permanente imersão (à
excepção de barragens e pilares de pontes permanentemente submersos, ou outras zonas
de uma estrutura). Por este facto todos os revestimentos impermeabilizantes foram
também ensaiados em condições de exposição natural.
A vida útil dos revestimentos por pintura, definida pelo fabricante, está relacionada com
níveis de desempenho. Em condições de exposição normais e, quando correctamente
aplicados, estes revestimentos podem manter-se inalterados entre cinco a dez anos. Uma
vez que o período de ensaio foi apenas de 180 dias, torna-se portanto evidente que seria
necessário mais tempo de ensaio para avaliar a real eficácia destes revestimentos em
ambiente natural. Este facto pode ser observado nas figuras 40 a 43, que apresentam os
valores de expansão e de variação de massa para os provetes de betão não revestidos
(referência) e revestidos em ambiente natural.
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
Mar-06 Mai-06 Jul-06 Ago-06 Out-06 Nov-06 Jan-07 Mar-07 Abr-07 Jun-07
Tempo (meses)
Exp
ans
ão
(%)
.
Ref-P1 Ref-P2Ref-P3 Ref-P4
Ref-P5 Ref-P6Ref-P7
Figura 40 – Gráfico de expansão de provetes de betão não revestidos (referência) em ambiente natural.
80
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
Mar-06 Mai-06 Jul-06 Ago-06 Out-06 Nov-06 Jan-07 Mar-07 Abr-07 Jun-07
Tempo (meses)
Va
ria
ção
de
ma
ssa
(%) .
Ref-P1 Ref-P2Ref-P3 Ref-P4
Ref-P5 Ref-P6Ref-P7
Figura 41 – Gráfico de variação de massa de provetes de betão não revestidos (referência) em ambiente natural.
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
Mar-06 Mai-06 Jun-06 Ago-06 Set-06 Nov-06 Jan-07 Fev-07 Abr-07 Jun-07
Tempo (meses)
Exp
ans
ão
(%) .
P1P2P3P4P5P6P7
Figura 42 – Gráfico de expansão de provetes de betão revestidos em ambiente natural.
81
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Mar-06 Mai-06 Jun-06 Ago-06 Set-06 Nov-06 Jan-07 Fev-07 Abr-07 Jun-07
Tempo (meses)
Va
ria
ção
de
ma
ssa
(%)
P1P2P3P4P5P6P7
Figura 43 – Gráfico de variação de massa de provetes de betão revestidos em ambiente natural.
A análise das figuras 40 a 43, permite observar que, tanto os provetes não revestidos
(referências) como os revestidos não apresentam valores de expansão e de variação de
massa significativos. Este facto é mais visível para os provetes revestidos, uma vez que
estes não apresentam quaisquer variações. Estes baixos valores estão relacionados, com
o tempo decorrido de ensaio, com a disponibilidade de água de acordo com a época do
ano a que estiveram expostos e com a cinética lenta da RAS e da DEF nessas condições.
Tendo em consideração os resultados obtidos não se justifica o cálculo da eficácia de
cada revestimento nestas condições. Estes ensaios têm, no entanto, o interesse de
verificar a médio/longo prazo a eficácia dos vários sistemas testados, e portanto a sua
avaliação sai do âmbito deste trabalho.
4.3.2. Evolução do teor de álcalis solúveis
Como já foi referido anteriormente, uma das condições necessárias ao desenvolvimento
da RAS e da DEF, é a forte alcalinidade do betão. No caso da RAS, quanto maior for o
seu desenvolvimento menor será a concentração de álcalis em solução e,
consequentemente, menor será o potencial para a continuação da reacção. Similarmente,
quanto maior for o teor de álcalis no betão maior será a probabilidade da etringite
primária se dissolver e poder recristalizar na forma de DEF expansiva.
82
A medida do teor de álcalis “livres” (ou solúveis) existente na solução intersticial do
betão é um método que permite avaliar a maior ou menor propensão para o
desenvolvimento da RAS ou da DEF.
Os teores obtidos de álcalis solúveis ou efectivos no betão apresentam-se no ANEXO
III.2.1. e de forma gráfica nas figuras 44 a 47.
Na figura 44 são apresentados os resultados dos teores de Na2Oeq aos 0 e 180 dias para
os provetes de referência nos três ambientes de exposição. De uma forma geral, no que
respeita ao tipo de exposição, observa-se que não existem diferenças significativas entre
os vários resultados dos teores de álcalis, à excepção do betão pertencente à travessa 2,
que apresenta um teor de Na2Oeq aos 180 dias superior nas condições de imersão
relativamente às condições de saturação. Este dado está de acordo com o maior valor de
expansão obtido pelo betão desta travessa (figura 35) e está muito provavelmente
relacionado com a expansão por DEF.
Tendo em conta os resultados dos ensaios de expansão para os provetes Ref-P1 e Ref-
P3 conservados em câmara saturada, que apresentaram os valores de expansão mais
elevados, verifica-se que são os que apresentam maiores valores de álcalis. Este facto
sugere que os valores de expansão destes betões sejam também atribuídos à DEF e não
à RAS.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-1 Ref-2 Ref-3 Ref-4 Ref-5 Ref-6 Ref-7
Na
2 Oe
q (%
) ao
s 1
80
dia
s
0 dias de ensaio
Exp. Natural
Câmara Saturada
Imersão
Figura 44 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) aos 0 e 180 dias para os provetes não revestidos (referência) nos três ambientes de exposição.
Ref-P1 Ref-P2 Ref-P3 Ref-P4 Ref-P5 Ref-P6 Ref-P7
83
Nas figuras 45 a 47 são apresentados os gráficos dos teores de Na2Oeq para os provetes
revestidos com os diferentes sistemas de protecção nos três tipos de exposição. De uma
forma global, os sistemas de revestimento permitiram um maior controlo na diminuição
do teor de álcalis, quer pelo menor ingresso da água que estimula o seu consumo, quer
pela menor lixiviação.
Nos provetes que estiveram em câmara saturada verifica-se, com excepção de P2 e P5,
uma tendência para a diminuição do teor em Na2Oeq ao longo do tempo – figura 45. Esta
diminuição foi mais acentuada com os sistemas P4 e P6 que foram os que apresentaram
menor eficácia na redução da expansão. A diferença de comportamento dos sistemas P2
e P5 poderá estar relacionada com a disponibilização de álcalis por parte destes
sistemas, uma vez que ambos têm como base argamassas de cimento, com teores de
álcalis não desprezáveis (tabela 12).
Nos provetes conservados em imersão (figura 46), o teor de Na2Oeq, diminui sempre ao
longo do tempo, sendo essa diminuição mais acentuada dos 0 aos 90 dias. A diminuição
registada não poderá ser atribuída, apenas à lixiviação que ocorre em condições de
imersão, estando relacionada com a absorção dos álcalis pelos produtos de hidratação
ou geles da RAS.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Na
2 Oe
q (%
) 0 dias
90 dias
180 dias
Figura 45 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) ao longo do tempo para os provetes revestidos em câmara saturada.
84
Tabela 12 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) dos produtos de revestimento P2 e P5.
Sistema de protecção Na2Oeq (%) P2 0,237±0,003 P5 0,272±0,008
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P2 P5 P7
Na
2 Oe
q (%
) 0 dias
90 dias
180 dias
Figura 46 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) ao longo do tempo para os provetes com os sistemas P2, P5 e P7 em imersão.
Os resultados obtidos para os provetes em exposição natural (figura 47) apresentaram
um comportamento semelhante ao observado para os provetes em câmara saturada.
85
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Na
2 Oe
q (%
) 0 dias
90 dias
180 dias
Figura 47 – Teores de Na2Oeq (obtidos por EAA) ao longo do tempo para os provetes revestidos em exposição natural.
Tal como já foi referido, quanto maior for o desenvolvimento da RAS menor será a
concentração de álcalis em solução, e para este desenvolvimento acontecer um dos
factores indispensáveis é o ingresso da água no betão. Quanto mais eficaz for a
protecção oferecida pelos revestimentos, menor será o ingresso da água, e portanto a
reacção terá tendência para terminar por ausência de um dos reagentes.
De modo a avaliar a evolução dos teores de álcalis para todos os sistemas com o tipo de
exposição a que estiveram sujeitos e a sua eficácia no controlo do ingresso da água no
betão, calculou-se a variação do consumo de álcalis tendo em conta o valor inicial (0
dias) para cada betão e o valor obtido dos 180 dias – equação 8:
100%Na
%Na%Na(%)__
02
180202 ×−
=−
−−
diaseq
diaseqdiaseq
O
OOálcalisdeConsumo [Equação 8]
Os valores da percentagem de consumo são apresentados graficamente na figura 48.
86
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Va
ria
ção
do
co
nsum
o d
e N
a
2 O
e q (
%)
Exp. Natural
Câmara Saturada
Imersão
Figura 48 – Representação da variação do consumo de Na2Oeq a 180 dias, para os vários provetes de betão revestidos e em função do tipo de exposição.
Com base nos resultados do gráfico da figura 48 constata-se que os betões conservados
em imersão são os que apresentam maiores consumos de álcalis, facto relacionado com
a lixiviação e provável adsorção nos compostos hidratados da pasta de cimento.
Globalmente observa-se que os sistemas P4 e P6 apresentaram o maior consumo, quer
em exposição em câmara saturada quer em exposição natural, que está de acordo com a
menor eficácia destes revestimentos na redução da expansão.
4.3.3. Evolução da microestrutura e da composição da pasta por MEV/EDS
Uma vez que os ensaios de expansão em exposição natural não revelaram evolução
significativa da expansão, decidiu-se apenas observar os provetes de betão que
estiveram em câmara saturada e em imersão. Destes, apenas são apresentados os
resultados aos 180 dias referentes a provetes revestidos com o sistema mais eficaz no
controlo do ingresso da água (P2) e a respectiva referência (Ref-P2).
Os aspectos evidenciados da observação da microestrutura ao MEV, no modo de
electrões secundários, dos diferentes provetes nos dois tipos de exposição apresentam-se
no ANEXO III.2.2. e de forma sintetizada nas figuras 49 a 52.
87
As observações realizadas aos 180 dias de exposição em câmara saturada, confirmaram
a existência, nos provetes revestidos e não revestidos (referência), de morfologias
típicas de produtos RAS, geles e formas semi-cristalinas, na pasta, em poros e em
interfaces agregado/pasta, embora estes existam em maior abundância nos provetes de
referência. A técnica EDS indica que todos estes produtos correspondem a silicatos
hidratados de cálcio e álcalis, essencialmente potássio (o sódio aparece, em geral, em
proporção mais diminuta).
Na figura 49, são apresentadas imagens típicas dos produtos da RAS: amorfos e semi-
cristalinos, para os provetes de referência (Ref-P2) em câmara saturada.
Figura 49 – Observação ao MEV/EDS do betão não revestido Ref-P2 em câmara saturada que evidencia a presença de produtos RAS (a) semi-cristalizados e (c) amorfos em interfaces agregado/pasta, e respectivos espectros EDS (b) e (d).
Pela análise da figura 49, é evidente a diferença na morfologia dos produtos, o que é
confirmado pela análise EDS. De facto, verifica-se que a partir destes espectros os geles
RAS são mais ricos em cálcio do que as formas semi-cristalizadas, confirmando dum
modo geral, o que é referido na literatura para a composição destes produtos. Os geles
A
C
B
D
88
são também indicados como sendo os principais produtos expansivos destas reacções,
originando o desenvolvimento de importantes tensões internas no betão com
consequente expansão das estruturas afectadas por RAS.
Os produtos da RAS semicristalizados foram encontrados fundamentalmente sobre
grãos de agregado, enquanto que nas zonas de interface agregado/pasta, zonas húmidas
e poros predominam os aspectos característicos do gel fissurado. Estas observações
evidenciaram o carácter de “transmigração” do gel da RAS, descrito por alguns autores
[Way e Shayan, 1993; Dron e Brivot, 1996; Santos Silva, 2005b].
Para além de compostos decorrentes da RAS, foi detectada igualmente nos betões a
presença de forte actividade sulfática, pela ocorrência de etringite, na forma de cristais
aciculares ou na forma massiva, disseminada pela pasta e preenchendo vazios,
interfaces agregado/pasta e microfissuras (figura 50). Embora a formação de etringite
esteja frequentemente associada à RAS no betão, a frequência com que ocorre e o
aspecto morfológico predominante que foi observado, do tipo massivo ou comprimido,
são indicativos dum ataque por sulfatos de origem interna (RSI).
Figura 50 – Observação ao MEV/EDS do betão não revestido Ref-P2 em câmara saturada de etringite na forma massiva (esquerda) e acicular (direita) e espectro EDS característico da etringite.
As observações do betão revestido com o sistema P2 revelaram, de uma forma global,
menor incidência dos produtos da RAS e da DEF relativamente ao betão de referência
(Ref-P2), tal como se pode observar comparando a figura 51 com as figuras 49 e 50.
89
Figura 51 – Observação ao MEV/EDS do betão revestido P2 em câmara saturada de etringite na forma massiva (esquerda) e gel da RAS (direita).
Os provetes de betão não revestidos e revestidos (Ref-P2 e P2), conservados em
imersão, apresentaram as mesmas formas de RAS e DEF. No entanto, constatou-se que
a espessura do gel da RAS era superior e a forma massiva da DEF encontrava-se em
maior abundância, o que pode justificar a maior expansão registada nestas condições de
exposição. A figura 52 ilustra estas observações para o caso da Ref-P2.
Figura 52 – Observação ao MEV do betão de Ref-P2, de produtos amorfos da RAS (a) em poros e de zona afectada por etringite (c), onde é evidente, em maior ampliação, a maior espessura do gel (b) e a grande quantidade de etringite (d).
A
D
B
C
90
As observações permitiram ainda evidenciar as diferenças de morfologia da
microestrutura da pasta do ligante para os betões conservados em imersão em
comparação com os betões conservados em câmara saturada. A análise da pasta por
EDS também confirmou que os provetes em imersão apresentam uma menor quantidade
de álcalis. Na figura 53 são apresentadas imagens que evidenciam estas observações
para o caso do betão Ref-P2.
Figura 53 – Observação ao MEV da pasta do betão não revestido Ref-P2 conservado em câmara saturada (a) e imersão (b) e respectivos espectros EDS.
Na secção 4.3.2. analisou-se a evolução do teor em álcalis solúveis ao longo do tempo.
Os resultados então obtidos evidenciaram uma redução do teor de álcalis livres no
betão. De forma a avaliar se o efeito da redução dos álcalis estaria relacionado com uma
eventual fixação nos produtos de hidratação (CSH) da pasta de cimento, realizaram-se
análises por EDS da composição química do gel CSH, nomeadamente procurando
avaliar a evolução da razão atómica Ca/Si e do teor em Na2Oeq. De facto, a questão da
fixação de álcalis no gel CSH tem sido nos últimos anos muito investigada [Hong e
Glasser, 1999, 2002; Shahata e Thomas, 2000, 2002; Ke-rui et al., 2004], e parece estar
A
B
91
relacionada com a razão cálcio/silício (Ca/Si) do gel, aumentando com a diminuição
desta razão.
Os resultados que se apresentam no ANEXO III.2.2. e de forma gráfica nas figuras 54 a
57 correspondem à média de 15 determinações por amostra. Os resultados obtidos para
a razão atómica Ca/Si do gel CSH dos betões não revestidos (referência) em câmara
saturada – figura 54, mostram, tendo em conta os erros associados, que após 180 dias de
exposição, à excepção do betão de referência Ref-P4, os valores desta razão são
semelhantes aos valores iniciais. Estes dados eliminam a hipótese da fixação dos álcalis
no gel CSH e também permitem justificar que o maior valor de expansão verificada para
Ref-P1 e Ref-P3 não está associada à RAS, uma vez que não se evidencia uma
diminuição da razão Ca/Si por via da RAS, em resultado dum eventual aumento da
solubilização da sílica dos agregados e/ou consumo de Ca(OH)2 na reacção.
Relativamente aos betões de referência em imersão, Ref-P2, Ref-P5 e Ref-P7, verifica-
se que, ao fim de 180 dias de exposição, apenas Ref-P5 não possui uma diminuição da
razão Ca/Si. No entanto, o comportamento expansivo de Ref-P2 e Ref-P7 foi diferente,
logo a diminuição da razão Ca/Si apenas poderá ser atribuída a fenómenos de lixiviação
do ião cálcio.
Já a diminuição do teor de Na2Oeq (figura 55) poderá ter sido devida ao consumo dos
álcalis originada pela sua lixiviação, uma vez que não se observaram fenómenos
expansivos que pudessem atribuir este consumo à formação de novos produtos da RAS.
92
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
1 2 3 4 5 6 7n
Ca
/Si
Valor inicial (0 dias)
Ref-Pn CS 180 dias
Ref-Pn imersão 180 dias
Figura 54 – Razão atómica Ca/Si do gel CSH para os betões de referência aos 0 e 180 dias em câmara saturada (CS) e em imersão.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
1 2 3 4 5 6 7n
Na
2 O e
q (%
)
Valor inicial (0 dias)
Ref-Pn CS 180 dias
Ref-Pn imersão 180 dias
Figura 55 – Teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para os betões de referência aos 0 e 180 dias em câmara saturada (CS) e em imersão.
Os resultados obtidos para a razão atómica Ca/Si do gel CSH dos betões revestidos em
câmara saturada e imersão – figura 56, mostram, tendo em conta os erros associados,
que após 180 dias de exposição, os valores desta razão são semelhantes aos valores
iniciais. Uma vez mais, não se evidencia uma diminuição da razão Ca/Si, atribuída aos
mecanismos da RAS, pelo aumento da solubilização da sílica dos agregados e ao
93
consumo de Ca(OH)2 na reacção. Desta forma, as diminuições observadas no teor de
Na2Oeq no gel CSH do betão (figura 57) apenas poderá ser atribuído a fenómenos de
lixiviação e não ao consumo por parte de produtos da RAS ou à sua fixação no gel
CSH.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
1 2 3 4 5 6 7n
Ca/
Si
Valor inicial (0 dias)
Pn CS 180 dias
Pn Imersão 180 dias
Figura 56 – Razão atómica Ca/Si do gel CSH para os betões revestidos com 0 e 180 dias em câmara saturada (CS) e em imersão.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
1 2 3 4 5 6 7n
Na 2
Oeq
(%
)
Valor inicial (0 dias)
Pn CS 180 dias
Pn Imersão 180 dias
Figura 57 – Teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para os betões revestidos aos 0 e 180 dias em câmara saturada (CS) e em imersão.
94
4.4. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS BETÕES EM ESTUDO
4.4.1. Resistência à compressão
A resistência à compressão é uma das características mecânicas mais utilizadas para
averiguar a qualidade e o estado de degradação de um determinado betão. Os resultados
dos ensaios de resistência à compressão, realizados aos 0 e 180 dias nos vários
ambientes de exposição, apresentam-se no ANEXO III.3.1. e de forma gráfica nas
figuras 58 a 60. No caso dos provetes expostos em ambiente natural não foi obtido o
valor desta propriedade para o sistema P2 por falta de provete para ensaio.
O valor da resistência à compressão dos betões não revestidos (referência) e revestidos,
não difere muito, duma forma geral, ao longo do tempo nos três ambientes de
exposição. Este facto, associado a que estes resultados foram obtidos apenas para um
provete, sugere que esta propriedade do betão não foi grandemente afectada até aos 180
dias pelas condições de exposição.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
1 2 3 4 5 6 7
n
Res
istê
nci
a à
com
pre
ssão
(M
Pa)
0 dias
Ref-Pn 180 dias
Pn 180 dias
Figura 58 – Evolução da resistência à compressão para os vários betões em câmara saturada a 20 ºC.
95
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
2 5 7
n
Res
istê
nci
a à
com
pres
são
(MP
a)
0 dias
Ref-Pn 180 dias
Pn 180 dias
Figura 59 – Evolução da resistência à compressão para os betões em ambiente de imersão a 20 ºC.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
1 2 3 4 5 6 7
n
Res
istê
ncia
à c
omp
ress
ão (
MP
a)
0 dias
Ref-Pn 180 dias
Pn 180 dias
Figura 60 – Evolução da resistência à compressão para os betões em ambiente natural.
4.4.2. Módulo de elasticidade em compressão
O módulo de elasticidade do betão é uma medida das ligações entre a pasta de cimento e
o agregado e ainda pelo arranjo destes componentes, isto é, pelos poros e vazios, o que
afecta a rigidez e a deformabilidade do conjunto. Quando afectado por reacções
químicas expansivas internas, como a RAS e RSI, estes componentes do betão são
96
afectados, alterando consequentemente o módulo de elasticidade do betão. Desta forma,
os ensaios de determinação do módulo de elasticidade são uma importante ferramenta
de análise da evolução das características do betão.
Os resultados das medidas do módulo de elasticidade em compressão apresentam-se no
ANEXO IV.3.2. e de forma gráfica nas figuras 61 a 66 nas três condições de exposição.
Os betões Ref-P1 e Ref-P3, não revestidos (referência), que estiveram conservados em
câmara saturada, apresentaram uma acentuada diminuição dos valores de módulo de
elasticidade (figura 61). Existe uma tendência generalizada nos resultados encontrados
na bibliografia para a redução do módulo de elasticidade do betão em resultado da RAS
ou da DEF. Esta redução depende e aumenta com o nível de expansão do betão
[Hobbs,1988; ISE, 1992; Santos Silva, 2005b]. Também neste caso os betões que
apresentaram maior diminuição do módulo de elasticidade foram os que apresentaram
as maiores expansões.
0
10
20
30
40
1 2 3 4 5 6 7
n
Mód
ulo
de
elas
ticid
ade
em c
omp
ress
ão
(GP
a)
0 diasRef-Pn 28 diasRef-Pn 90 diasRef-Pn 180 dias
Figura 61 – Evolução do módulo de elasticidade para os vários provetes de betão de referência em câmara saturada a 20 ºC.
No caso dos provetes de betão com revestimentos conservados em câmara saturada, o
módulo de elasticidade diminuiu em geral ao longo do tempo (figura 62), facto que
pode ter estado relacionado com a interface revestimento/suporte.
97
0
10
20
30
40
1 2 3 4 5 6 7
n
Mód
ulo
de
elas
ticid
ade
em c
ompr
essã
o (G
Pa)
0 diasPn 28 diasPn 90 diasPn 180 dias
Figura 62 – Evolução do módulo de elasticidade para os provetes de betão revestidos em câmara saturada a 20 ºC.
Os resultados da variação do módulo de elasticidade para os provetes que estiveram em
condições de imersão, figuras 63 e 64, confirmam os resultados de expansão nestas
condições, isto é, os provetes do betão da travessa 2 que apresentaram maiores valores
de expansão foram os que apresentaram menores valores do módulo de elasticidade.
0
10
20
30
40
2 5 7
n
Mód
ulo
de
elas
ticid
ade
em c
omp
ress
ão
(GP
a)
0 diasRef-Pn 28 diasRef-Pn 90 diasRef-Pn 180 dias
Figura 63 – Evolução do módulo de elasticidade para os betões de referência em imersão a 20 ºC.
98
0
10
20
30
40
2 5 7
n
Mód
ulo
de
elas
ticid
ade
em c
ompr
essã
o (G
Pa)
0 diasPn 28 diasPn 90 diasPn 180 dias
Figura 64 – Evolução do módulo de elasticidade para os betões com revestimento em imersão a 20 ºC.
Em ambiente natural, figuras 65 e 66, o comportamento do betão é afectado pelas
estações do ano, uma vez que a maior ocorrência de pluviosidade é característica de
certas estações do ano. Uma vez que os vários betões estiveram expostos em épocas
diferentes do ano, torna-se impossível relacionar os seus resultados. No entanto,
verifica-se que os provetes de referência Ref-P1 e Ref-P3, bem como os provetes
revestidos, que estiveram sujeitos a uma maior pluviosidade, factor condicionante do
despoletar das reacções expansivas, foram os que apresentaram maior expansão e,
consequentemente, maior diminuição do valor de módulo de elasticidade.
99
0
10
20
30
40
1 2 3 4 5 6 7
n
Mód
ulo
de
elas
ticid
ade
em c
omp
ress
ão
(GP
a)
0 diasRef-Pn 28 diasRef-Pn 90 diasRef-Pn 180 dias
Figura 65 – Evolução do módulo de elasticidade para os provetes de betão de referência em exposição natural.
0
10
20
30
40
1 2 3 4 5 6 7
n
Mód
ulo
de
elas
ticid
ade
em c
ompr
essã
o (G
Pa)
0 diasPn 28 diasPn 90 diasPn 180 dias
Figura 66 – Evolução do módulo de elasticidade para os provetes de betão revestidos em exposição natural.
100
4.5. TRATAMENTO COM NITRATO DE LÍTIO
4.5.1. Ensaios de imersão a 20 ºC
Os resultados relativos à introdução do ião lítio por difusão através dos ensaios de
imersão a 20 ºC apresentam-se no ANEXO IV.1 e de forma resumida nos gráficos das
figuras 67 e 68, que mostram respectivamente os perfis de Na2Oeq. e de penetração de
ião lítio, obtidos por EAA.
Pela análise da figura 67 podemos observar que o teor de Na2Oeq diminui à medida que
o tempo de imersão aumenta. No entanto, a percentagem de redução de Na2Oeq é maior
na primeira semana.
Quando se compara estes resultados com o perfil de penetração do ião lítio (figura 68),
não se verifica qualquer correlação dado que os valores de ião lítio são muito baixos,
fora da gama de medida do aparelho. Ao longo das quatro semanas de exposição não se
observam diferenças no teor de lítio. Uma vez que o teor de Na2Oeq diminui seria de
esperar que uma maior quantidade de ião lítio tivesse penetrado no betão, de acordo
com o mecanismo da teoria da troca catiónica.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm
Na
2 Oe
q (%
)
1ª semana
2ª semana
3ª semana
4ª semana
Figura 67 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtidos por EAA) para o betão imerso a 20 ºC.
10 20 30 40 Profundidade (mm)
101
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm
Li (
%)
1ª semana
2ª semana
3ª semana
4ª semana
Figura 68 – Perfil do teor de lítio (obtido por EAA) no betão imerso a 20 ºC.
4.5.2. Ensaios de imersão a 38 ºC
De maneira a avaliar a influência do aumento da temperatura na difusão do lítio no
betão, procedeu-se igualmente às mesmas avaliações dos teores de Na2Oeq e do ião lítio
por EAA. Os resultados obtidos apresentam-se no ANEXO IV.1. e de forma resumida
nos gráficos das figuras 69 e 70. Em termos do teor de Na2Oeq, registam-se algumas
diferenças relativamente aos resultados a 20 ºC. Essas diferenças são sobretudo nos
valores obtidos para a primeira semana de imersão, que evidenciam uma diminuição de
álcalis mais acentuada em profundidade. À medida que o tempo de imersão aumenta
não se registaram variações significativas no teor de álcalis. Quanto ao teor de ião lítio
(figura 70) verificou-se de novo que os valores estão abaixo do limite de detecção do
aparelho, sendo equivalentes aos obtidos nos ensaios de imersão a 20 ºC. Estes factos
não evidenciam de forma clara que o aumento da temperatura tenha reflexos na maior
difusão do ião lítio para o betão.
10 20 30 40 Profundidade (mm)
102
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm
Na
2 Oe
q (%
)1ª semana
2ª semana
3ª semana
4ª semana
Figura 69 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtido por EAA) no betão imerso a 38 ºC.
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm
Li (
%)
1ª semana
2ª semana
3ª semana
4ª semana
Figura 70 – Perfil de penetração do ião lítio (obtido por EAA) para o betão imerso a 38 ºC.
4.5.3. Ciclos de imersão/secagem
Os resultados obtidos apresentam-se no ANEXO IV.1. e de forma gráfica nas figuras 71
e 72.
10 20 30 40 Profundidade (mm)
10 20 30 40 Profundidade (mm)
103
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm
Na
2 Oe
q (%
)1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
Figura 71 – Perfil do teor de Na2Oeq obtido por EAA para o betão com ciclos de imersão/secagem a 20º C.
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm
Li (
%)
1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
Figura 72 – Perfil do teor de lítio obtido por EAA para o betão com ciclos de imersão/secagem a 20º C.
Os resultados dos perfis de Na2Oeq obtidos não mostram variações muito significativas
entre ciclos. Quanto aos perfis do ião lítio, relativamente aos ensaios de imersão a 20 ºC
e 38 ºC, e apesar dos valores estarem ainda abaixo do limite de detecção do aparelho, já
se observam valores mais elevados de penetração do ião lítio, em particular, no quarto
ciclo.
10 20 30 40 Profundidade (mm)
10 20 30 40 Profundidade (mm)
104
4.5.4. Ensaios de Migração
Os resultados obtidos apresentam-se no ANEXO IV.1. e de forma gráfica nas figuras 73
a 75. Na figura 73 apresenta-se a evolução do teor de Na2Oeq para os betões de
referência, sujeitos às várias condições de aplicação de potencial mas na ausência de ião
lítio. Uma vez que se utilizou água desionizada, este sistema apenas provoca, uma
lixiviação dos álcalis em ambas as faces do provete que estão em contacto com a água.
Assim, o comportamento esperado, e que foi o observado, traduz-se numa curva com
distribuição normal em que no interior da curva e portanto do betão, existe um maior
teor de Na2Oeq e nas extremidades da curva, portanto nas faces do betão, existe menor
teor devido à lixiviação.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm
20V 40V 60VVoltagem aplicada
Na
2 Oe
q (%
)
Figura 73 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtido por EAA) para os ensaios de migração água/água no betão de controlo para diferentes voltagens.
No caso da utilização de uma solução de lítio como electrólito, o lítio deverá migrar
para o interior do betão, esperando-se que este teor seja superior nos primeiros
centímetros e que diminua ao longo do betão. De forma análoga, será de esperar que o
teor de Na2Oeq tenha um comportamento inverso, i.e., inferior nos primeiros centímetros
e superior nos últimos (figura 74). De facto este foi o comportamento que se observou
para as diferentes voltagens.
Voltagem aplicada (V)
105
Igualmente, poderá também inferir-se que quanto maior a voltagem aplicada maior a
eficiência da entrada de ião lítio no betão. De facto, registou-se um incremento de ião
lítio no betão (figura 75), especialmente no primeiro centímetro, quando se passa de 20
V para 40 V. No entanto, não se verifica um ganho no aumento da voltagem de 40 para
60 V nos primeiros centímetros, esse ganho verifica-se no aumento do teor mas em
profundidade.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm
20V 40V 60VVoltagem aplicada
Na
2Oe
q (
%)
Figura 74 – Perfil do teor de Na2Oeq (obtido por EAA) para os ensaios de migração lítio/água no betão ensaiado para as diferentes voltagens.
Estes resultados estão de acordo com alguns dos dados existentes na bibliografia sobre a
extensão da profundidade do tratamento com lítio. Nomeadamente os resultados
apresentados por Whitmore e Abbot [Whitmore e Abbot, 2000], referentes ao
tratamento dum tabuleiro duma ponte com uma voltagem de 40 V durante 8 semanas,
mostram resultados semelhantes aos obtidos no presente trabalho (tabela 13) e que
confirmam o baixo valor de concentração de ião lítio introduzido por estes tratamentos.
Voltagem aplicada (V)
106
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm
20V 40V 60VVoltagem aplicada
Li (%
)
Figura 75 – Perfil do teor de lítio (obtido por EAA) para os ensaios de migração lítio/água.
Tabela 13 – Teor em lítio (obtido por EAA) antes e após tratamento electroquímico de um tabuleiro duma ponte [Whitmore e Abbot, 2000].
Lítio (%) 6 – 19 mm 19 – 32 mm Amostra
antes após antes após 4 0,009 0,032 0,003 0,027 5 0,002 0,034 0,006 0,020
Apesar de se observar níveis baixos de penetração de iões lítio com o tratamento
electroquímico, este tipo de tratamento é segundo alguns autores aparentemente eficaz
[Whitmore e Abbot, 2000; Thomas e Stokes, 2004]. No entanto, há também registos de
tratamentos pouco eficazes, os quais se verificou estarem dependentes do estado de
degradação do betão. Numa estrutura degradada as fissuras providenciam ao ião lítio
um acesso mais facilitado a zonas mais vulneráveis. Segundo Johnston e colaboradores
[Johnston et al., 2000], a resistência do betão ao ingresso do ião lítio está relacionada
com o grau de deterioração do betão – figura 76. Segundo estes autores, existe uma
altura ideal para a aplicação destes tratamentos, que é representada pela existência de
alguma deterioração.
Voltagem aplicada (V)
107
Figura 76 – Relação conceptual entre a deterioração do betão devida à RAS e a resistência do betão à penetração do lítio [adaptado de Johnston et al., 2000].
4.5.5. Eficiência do fornecimento de lítio: difusão versus migração
Na tabela 14 apresentam-se os valores de teores Na2Oeq e de ião lítio no primeiro
centímetro dos betões sujeitos aos diversos tratamentos de emprego de nitrato de lítio.
Tabela 14 – Valores obtidos de ião lítio e de Na2Oeq no primeiro centímetro por EAA para os betões tratados com nitrato de lítio pelos ensaios de difusão e migração.
Ensaio Lítio (%) Na2Oeq (%) Imersão a 20 ºC 0,001 0,089
Imersão a 38 ºC 0,001 0,080
Ciclos I/S 0,002 0,071
Migração a 20 V 0,006 0,069
Migração a 40 V 0,012 0,035
Migração a 60 V 0,008 0,023
Como é dado a observar da tabela 14, das duas formas de fornecimento externo de
nitrato de lítio para o betão – difusão ou migração – a migração é o método mais eficaz
na introdução do ião lítio no betão. Dos ensaios de migração a voltagem de 40 V foi a
mais eficaz para a introdução no primeiro centímetro da amostra de betão. No entanto,
há que ter em conta que na preparação do provete dos 60 V houve perda de material
durante a sua preparação. De facto, os resultados do teor de Na2Oeq evidenciam que com
60 V houve maior redução de álcalis, em comparação com o teor existente nos provetes
sujeitos aos ensaios de imersão a 20 ºC.
108
4.5.6. Ensaios de expansão e de variação de massa
Os resultados de expansão dos provetes sujeitos ao ensaio de migração a 60 V e
posteriormente colocados em câmara saturada a 20 ºC apresentam-se de forma resumida
na tabela 15, que inclui a eficácia na redução da expansão obtida.
O tratamento do betão com lítio por via electroquímica mostrou ser mais eficaz na
redução da expansão que qualquer um dos revestimentos de superfície utilizados,
obteve-se neste caso 74 % de eficácia de redução contra os 40 % para o sistema P2,
considerado como o mais efectivo dos revestimentos.
Tabela 15 – Eficácia dos tratamentos com nitrato de lítio versus sistema P2 na redução da expansão para provetes de betão em câmara saturada a 20º C.
Sistema Expansão (%)
(180 dias) Eficácia (%)
Massa (%)
Ref-2 0,073 1,43 P2 0,044 40 1,10 PLi 0,019 74 0,16
4.5.7. Evolução da microestrutura e da composição da pasta por MEV/EDS
Para tentar perceber o papel do lítio na modificação da microstrutura e da composição
da pasta de cimento do betão, foram observadas superfícies de fractura e superfícies
polidas correspondentes ao primeiro centímetro das amostras dos ensaios de migração.
Os aspectos evidenciados da observação da microestrutura ao MEV, no modo de
electrões secundários e retrodifundidos apresentam-se no ANEXO IV.2. e de forma
sintetizada nas figuras 77 a 81.
Embora o aumento da voltagem aplicada tenha evidenciado diferenças de
comportamento ao nível do teor em certos elementos químicos do betão, a nível do
aspecto da microestrutura da pasta de cimento não se verificaram grandes diferenças
(figuras 77 e 78). Outro aspecto a salientar é o de que a análise por EDS efectuada à
pasta de cimento, não evidencia diferenças no teor de álcalis, contrariamente ao
observado por EAA.
109
Figura 77 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões retrodifundidos da microestrutura da pasta de cimento para o betão de referência sujeito aos ensaios de migração água/água: a) 20 V; b) 40 V; c) 60 V.
A
B
C
110
Figura 78 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões retrodifundidos da microstrutura da pasta de cimento para os betões sujeitos aos ensaios de migração lítio/água; a) 20 V; b)40 V; c) 60 V.
Se ao nível da microestrutura da pasta não se verificaram diferenças significativas, já ao
nível da microestrutura dos produtos de reacção da RAS houve modificações. O gel da
RAS apresenta após o tratamento com lítio, para além da morfologia habitual, geles
com uma morfologia menos lisa, portanto menos amorfa, o que poderá significar que
terá uma menor capacidade expansiva (figuras 79 a 81).
A
B
C
111
Relativamente à DEF verificou-se uma diminuição acentuada da presença de etringite
na forma massiva. Este facto, que também foi recentemente observado por outros
autores [Ekolu, et al., 2007], parece querer significar que o ião lítio introduz
modificações ao nível da estrutura da etringite, como na dos geles da RAS.
Figura 79 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões secundários de aspectos do gel da RAS dos betões dos ensaios de migração lítio/água a 20 V sendo evidente a passagem do gel de um aspecto compacto (a) a alveolar (c).
A B
C D
112
Figura 80 – Observação ao MEV/EDS em modo de electrões secundários de aspectos do gel da RAS e de etringite em interfaces agregado/pasta dos betões dos ensaios de migração lítio/água a 40 V a) produtos RAS amorfos; b) produtos semi-cristalizados da RAS; c) espectro EDS da RAS; d) etringite.
Figura 81 – a) Observação ao MEV em modo de electrões secundários de produtos semi-cristalizados da RAS; b) Observação ao MEV em modo de electrões retrodifundidos do gel da RAS num poro de grandes dimensões em betões dos ensaios de migração lítio/água a 60 V.
A B
C
A
D
B
113
De modo a tentar verificar se o ião lítio interfere na microestrutura do betão, analisou-se
a composição química do gel CSH do primeiro centímetro de cada betão exposto aos
ensaios de migração a 20, 40 e 60 V. Nas figuras 82 e 83 são apresentados graficamente
os valores da razão Ca/Si e do teor de Na2Oeq determinados por EDS.
Para os betões de referência sujeitos a ensaios de migração água/água, verificou-se por
EAA que a diminuição do teor de Na2Oeq poderá estar associada à lixiviação. Para estes
betões, a relação atómica Ca/Si não apresenta variações significativas, tendo em conta
os erros associados (figura 82). Quanto aos ensaios de migração lítio/água, verificou-se
que a passagem de corrente originou a migração do ião lítio para o interior do betão e a
saída dos iões positivos sódio e potássio para o exterior segundo o mecanismo de troca
catiónica, o qual poderá estar também associado à diminuição da razão Ca/Si verificada
para estes betões (figura 83).
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
inicial mig 20 V mig 40 V mig 60 V
Ca
/Si
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Na
2 Oe
q (%
)
Ca/Si
Na2Oeq
Figura 82 – Razão atómica Ca/Si e teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para os betões de referência sujeitos aos ensaios de migração água/água.
114
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
inicial 20 V 40 V 60 V
Ca
/Si
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Na
2 Oeq
(%)
Ca/Si
Na2Oeq
Figura 83 – Razão atómica Ca/Si e teor de Na2Oeq do gel CSH (obtidos por EDS) para os betões sujeitos aos ensaios de migração lítio/água.
Quanto ao teor de Na2Oeq do gel CSH, observa-se que nos betões sujeitos aos ensaios de
migração água/água, os valores tendem de uma forma geral tendo em conta os erros
associados a diminuírem com o aumento da voltagem. No entanto, observa-se que o
betão inicial possui uma menor quantidade de álcalis no gel CSH em relação aos betões
sujeitos a 20 e 40 V. quanto aos betões sujeitos aos ensaios de migração lítio/água, este
teor diminui significativamente não se encontrando correlação entre a diminuição e a
voltagem ao contrário do observado por EAA, onde uma maior voltagem retirava maior
teor de Na2Oeq.
117
5.1. CONCLUSÕES
Este trabalho teve como objectivo principal contribuir para o estudo da
inibição/prevenção de reacções químicas expansivas de origem interna em betões
afectados por RAS e DEF.
Para a prossecução deste objectivo, o trabalho experimental efectuado procurou avaliar
a eficácia de duas formas de tratamento: o emprego de sistemas de protecção no
controlo do ingresso da água no betão e a utilização de nitrato de lítio na modificação
das propriedades expansivas dos produtos de reacção existentes no betão.
As principais conclusões extraídas deste trabalho apresentam-se seguidamente:
� A caracterização das propriedades de permeabilidade e de elasticidade dos
sistemas de protecção é fulcral para a selecção do produto a empregar, uma vez
que se constatou que as informações disponíveis nas fichas técnicas dos
produtos não coincidiram com as características medidas.
� O facto da RAS e da DEF apresentarem em condições de exposição natural uma
cinética lenta, fazia prever que nestas condições, e para o tempo de ensaio em
análise (180 dias), não se verificassem diferenças significativas de eficácia entre
os vários sistemas estudados, situação que se veio a confirmar. No entanto, o
emprego de condições de exposição natural revela-se de interesse para a
avaliação a médio/longo prazo do desempenho dos sistemas de protecção,
quando é certo que a durabilidade destes, nestas condições, é de cerca de 10
anos.
� Das duas famílias de sistemas de protecção ensaiados: impregnantes hidrofugos
e revestimentos de superfície, verificou-se que apenas dois dos produtos desta
última família, P2 e P7, são eficientes na redução da penetração da água e,
consequentemente da expansão por reacções expansivas RAS e DEF.
� O sistema P2, uma argamassa de cimento com polímeros verificou-se ser o
revestimento de superfície mais eficaz no controlo da expansão, confirmando os
resultados obtidos por diversos autores (tabela 3). Já a eficácia de P7, uma
resina epoxi, que de acordo com a maioria dos estudos é pouco eficaz no
118
controlo da expansão, mostrou bons resultados em consequência das suas boas
propriedades elásticas.
� A caracterização experimental dos vários betões tratados com revestimentos
impermeabilizantes permitiu verificar o seguinte:
o Das duas propriedades mecânicas analisadas, e para o nível de expansão
registado apenas o módulo de elasticidade foi afectado.
o Os ensaios de caracterização química, física e microestrutural atribuíram
como causa principal de degradação do betão essencialmente devida à
DEF.
� O tratamento do betão endurecido com nitrato de lítio depende do método a
empregar. O método de migração electroquímica revelou-se mais eficaz na
introdução do ião lítio, em comparação com os métodos de difusão.
� A eficácia do método electroquímico depende da voltagem a empregar. No
presente caso verificou-se que a melhor condição foi aplicação de 60 V durante
1 semana.
� O mecanismo de absorção do lítio na redução da expansão parece estar
relacionado com fenómenos de troca catiónica e alteração da capacidade
expansiva dos geles de sílica e da etringite.
� Em termos comparativos o tratamento com nitrato de lítio foi mais eficaz que o
tratamento com sistemas de protecção.
A utilização das técnicas analíticas: espectroscopia de absorção atómica e microscopia
electrónica de varrimento, permitiu obter informações essenciais no diagnóstico destas
patologias no betão.
A determinação do teor de álcalis solúveis no betão por EAA é um método rápido e
relativamente simples. Este método permite estimar a alcalinidade residual existente no
betão para a continuação da RAS e da DEF. O MEV/EDS é uma técnica fundamental no
diagnóstico da degradação do betão, e no estudo dos mecanismos reaccionais,
nomeadamente permitiu verificar as modificações microestruturais ocorridas em
resultado dos diferentes tipos de tratamento.
119
5.2. TRABALHOS FUTUROS
Face aos objectivos e conclusões extraídas deste trabalho há aspectos que se considera
que requerem um maior aprofundamento:
� Continuar o estudo da aplicabilidade dos ensaios em condições aceleradas
(exposição em câmara saturada e em imersão) e naturais de avaliação da
expansibilidade para obter mais informações sobre o progresso dos dois tipos de
tratamentos numa fase mais avançada das reacções.
� Aplicar a mesma metodologia em condições de acesso de humidade com cilcos
alternados de secagem de forma a melhor reproduzir as condições reais de uma
estrutura.
� Complementar a caracterização efectuada com outras técnicas analíticas,
nomeadamente, difracção de raios-X, análise termogravimétrica, espectroscopia
de impedância, de modo a obter mais informações a nível dos mecanismos de
inibição por parte do ião lítio.
� Estudar a influência do estado inicial de degradação do betão na penetração do
ião lítio.
123
Bibliografia
ACI Committee 221, 1998, “State-of-the-art report on alkali-aggregate reactivity”,
reported by ACI Committee 221, American Concrete Institute, Michigan, USA.
Almusallam, A.A., Khan, F.M., Dulaijan S.U., Al-Amoudi O.S.B., 2003,
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Concrete Composites, vol.25, pg. 473-481.
Arano, N., Kawamura, M., 2000, “Comparative consideration on the mechanisms of
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Anexos
Pág. ANEXO I – Modelos de Expansão dos produtos de reacção da RAS e da DEF... A-1
I.2. PRINCIPAIS ASPECTOS DO MECANISMO DA RAS ............................................ A-13
I.3. MECANISMOS DE EXPANSÃO DA DEF .............................................................. A-13
ANEXO II – Preparação das amostras para os ensaios de caracterização......... A-15
II.1. CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS ...................................................... A-15
II.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MICROESTRUTURAL ..................................... A-19
II.2.1. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS NO BETÃO POR EAA.... A-19
II.2.2. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS NO BETÃO POR EAA.... A-23
II.3 – DETERMINAÇÃO DO VOLUME DE SOLUÇÃO DE L INO3 30% A UTILIZAR NOS
ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO PARA O EMPREGO DE NITRATO DE LÍTIO ............ A-23
ANEXO III – Resultados dos ensaios de caracterização para o emprego de
revestimentos............................................................................................................. A-25
III.1. CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS .................................................... A-25
III.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MICROESTRUTURAL DOS BETÕES REVESTIDOS E
NÃO REVESTIDOS .................................................................................................... A-31
III.3. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS BETÕES REVESTIDOS E NÃO REVESTIDOS ..
............................................................................................................... A-48
ANEXO IV – Resultados dos ensaios de caracterização química e microestrutural
dos betões sujeitos ao tratamento com nitrato de lítio .......................................... A-51
IV.1. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS (NA+, K+
E L I+) POR EAA.....
............................................................................................................... A-51
IV.2. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL POR MEV/EDS DOS BETÕES SUJEITOS
AOS ENSAIOS DE DIFUSÃO DO IÃO LÍTIO POR IMERSÃO A 20 ºC ............................ A-54
IV.3. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL POR MEV/EDS DOS BETÕES SUJEITOS
AOS ENSAIOS DE MIGRAÇÃO ................................................................................... A-56
A-1
ANEXO I – Modelos de Expansão dos produtos de reacção da RAS e
da DEF
I.1. MECANISMO DE EXPANSÃO DA RAS Os mecanismos descritos na bibliografia apresentam não só um largo consenso quanto
ao desenvolvimento da RAS, bem como se baseiam na noção de geles de sílica. Estes
são os produtos que se encontram em todas as estruturas de betão degradadas por RAS,
essencialmente localizados em redor dos agregados, nas fissuras e nos poros da pasta de
cimento. São estes geles os responsáveis pela expansão.
O mecanismo de expansão é o principal ponto de desacordo entre os autores. Esta
divergência pode ser atribuída às diferentes condições de estudo e à diversidade dos
materiais utilizados.
I.1.1. Modelo de Dent-Glasser e Kataoka
Quando o meio onde a sílica se encontra é um meio alcalino, iões hidroxilo que
penetraram na estrutura da sílica, atacam as ligações Si-O-Si quebrando a sua estrutura.
Ao mesmo tempo, iões alcalinos difundem-se para o interior para manter a
electroneutralidade, e como eles tendem a formar esferas solvatadas por atracção da
água, a sua presença aumenta a tendência para embeber água. A sílica é então
convertida num polielectrólito que sendo menos rígido nas suas ligações pode expandir-
se e embeber mais líquido. De seguida mais iões hidroxilo atingem o interior e o
processo continua inevitavelmente.
Se reacções deste tipo ocorrerem em betões expostos a humidade, o efeito pode ser
agravado porque cada ciclo de secagem e hidratação fornece um líquido com uma nova
reserva de álcalis que é embebido pela sílica decomposta. Como processo de
desintegração, à medida que aumenta a imbibição, são geradas pressões e estas
eventualmente tornam-se suficientes para provocar a fissuração no betão [Dent Glasser,
L., 1979].
A-2
I.1.2. Modelo de Poole
O mecanismo proposto por Poole [1992] (figura 84) reconstrói o modelo de Dent-
Glasser e Kataoka aumentando uma etapa com a intervenção dos iões cálcio. O modelo
sugere a quebra das ligações siloxano (representada pela equação 2 do modelo de Dent-
Glasser e Kataoka) adjacentes aos grupos silanol SiOH, distorcendo a estrutura da sílica
e reduzindo a estabilidade local da rede. O sistema é dinâmico na medida em que as
ligações siloxano quebram, formando novas ligações à medida que a água e os iões
alcalinos penetram na estrutura. Quanto mais aberta se encontrar a estrutura e quanto
maior for o estado de hidratação mais rapidamente é atacada.
Os iões cálcio devido à sua dupla carga positiva, e à sua capacidade de adsorver grande
quantidade de moléculas de água, tendem a permanecer próximo da superfície do gel
em desenvolvimento como uma fase CSH13, que é menos solúvel em solução alcalina
que os geles de sódio ou potássio.
No betão, as soluções intersticiais são principalmente constituídas por soluções
fortemente concentradas em hidróxidos de sódio e de potássio mas os iões cálcio
encontram-se também disponíveis. À medida que um gel se expande por absorção de
água a rede abre-se o suficiente para permitir a penetração dos iões cálcio, onde podem
substituir os iões alcalinos regenerando-os permitindo que a reacção continue [Poole,
A.B., 1992].
13 Silicatos de cálcio hidratados. Em química do cimento a nomenclatura adoptada representa: C- CaO, S- SiO2 e H- H2O.
A-3
Etapa 1
Sílica sólida reactiva
Etapa 2
Sílica sob ataque dos
iões OH-, Na+ e K+
Etapa 3
Alguns dos iões Na+ e K+
substituídos pelos iões
Ca2+
Figura 84 – Representações esquemáticas da quebra da estrutura de materiais siliciosos reactivos hidratados com formação de um gel álcalis-sílica como resultado do ataque de hidróxidos de Na+ e K + em solução [Poole, A.B., 1992].
I.1.3. Modelo de Chatterji e colaboradores
O modelo reaccional proposto por Chatterji e colaboradores [Chatterji et al, 1986, 1987,
1988, 1989, 2000] começa com o ataque dos iões OH- à sílica acompanhado pelos iões
alcalinos provenientes de sais de sódio e de potássio, na forma solvatada por moléculas
de água. A velocidade de penetração é determinada pelo tamanho dos iões solvatados e
os iões alcalinos, por serem muito mais pequenos, penetram mais facilmente que os iões
cálcio no agregado.
A-4
No caso da presença simultânea de hidróxido de cálcio e de sais de sódio e de potássio,
os iões alcalinos e hidroxilo penetram no grão reactivo deixando os iões cálcio e
hidroxilo na fase líquida. A velocidade deste processo é determinada pela concentração
local de sais de sódio e de potássio e de hidróxido de cálcio; quanto maior for essa
concentração maior será a velocidade de penetração.
A penetração dos álcalis e dos iões hidroxilo causam uma quebra na estrutura Si-O-Si
do grão de sílica reactivo abrindo desta forma caminho para nova penetração de iões
hidratados e de moléculas de água. Ao mesmo tempo uma parte de sílica é dissolvida
tornando-se livre para migrar para fora do grão ou até mesmo por entre o grão.
A velocidade de migração da sílica para fora do grão é directamente proporcional à
concentração local de Ca(OH)2, pois será o Ca(OH)2 o factor determinante para a
penetração dos iões alcalinos e OH-, por ser a principal fonte dos iões hidroxilo
importantes no ataque ao grão reactivo.
Para estes autores, o Ca(OH)2, desempenha pelo menos três papéis importantes. Em
primeiro lugar acelera a penetração dos iões Na+, K+, Ca2+, OH- e das moléculas de água
no grão reactivo. Em segundo lugar, promove a penetração preferencial de Na+, K+, OH-
e das moléculas de água num meio de sais de sódio e de potássio. Em terceiro lugar
impede a difusão dos iões silicatos do grão reactivo para fora do grão reagindo com
estes para formar geles CSH (silicatos de cálcio hidratados) ou CKSH (silicatos
alcalinos de cálcio hidratados).
Deste modo uma expansão ocorrerá se a quantidade de material que penetrar no grão
reactivo for maior do que a quantidade de sílica que migra para fora do mesmo. Em
contraste com a definição de pressão osmótica14, neste mecanismo os iões hidratados
deslocam-se de concentrações baixas para regiões de elevadas concentrações.
14 Pressão exercida pela passagem de uma corrente de água por uma membrana semipermeável separando duas soluções com diferentes concentrações de soluto.
A-5
I.1.4. Modelo de Wang e Gillott
Wang e Gillott [1991] descrevem o mecanismo reaccional com base num esquema que
também dá ênfase ao efeito do hidróxido de cálcio. O mecanismo começa com a
representação da estrutura superficial da opala que apresenta grupos silanol (figura 85):
Figura 85 – Esquema da estrutura superficial da Opala [Wang e Gillot, 1991].
Uma vez colocado um grão de sílica numa solução contendo iões Ca2+, Na+ e K+, dá-se
início na superfície da sílica, à troca protónica entre os iões Ca2+, Na+ e K+ e os grupos
silanol (figura 86).
Figura 86 – Trocas protónicas entre os grupos silanol e os catiões K+, Na+ e Ca2+[ Wang e Gillot, 1991].
Os iões alcalinos podem trocar directamente protões, produzindo deste modo geles de
silicatos de sódio e potássio hidratados (KSH). No entanto, os iões cálcio na solução
podem de igual forma trocar directamente protões com os grupos silanol, ou trocar com
os iões alcalinos que foram anteriormente adsorvidos na superfície da sílica formando
silicatos de sódio, potássio e cálcio hidratados (CKSH). Nesta fase inicial, os compostos
estão principalmente localizados na superfície do agregado e não são responsáveis pela
expansão [Wang e Gillot, 1991].
A-6
Quando a concentração do hidróxido de cálcio, é suficientemente elevada para permitir
o ataque às pontes siloxano, formam-se grupos silanol internos (figura 87).
Figura 87 – Ataque dos iões hidroxilo nas pontes siloxano internas Si-O-Si [Wang e Gillot, 1991].
Ao mesmo tempo que os grupos silanol internos são criados, catiões difundem-se para
as zonas reaccionais e trocam protões com os novos grupos silanol criados. Os grupos
álcalis-sílica têm uma grande afinidade para a água e portanto um complexo coloidal
expansivo álcalis-sílica (CKSH) é produzido, capaz de adsorver água até à criação de
uma pressão que conduz à expansão – figura 88 [Wang e Gillot, 1991].
Figura 88 – Trocas protónicas entre os grupos silanol internos e os iões Na+ e K+ (formação de um gel expansivo) [Wang e Gillot, 1991].
Os iões Na+ e K+ difundem-se para as zonas reaccionais primeiro que os iões cálcio,
devido a dois factores [Wang e Gillot, 1991]:
- A solubilidade de NaOH e de KOH é maior que a de Ca(OH)2 (tabela 16),
isto é, os iões alcalinos ficam mais rapidamente disponíveis para a reacção
de troca protónica. Por outro lado, quando os álcalis e o hidróxido de cálcio
estão no mesmo sistema, a solubilidade do hidróxido de cálcio é
grandemente suprimida devido ao efeito do ião comum (figura 90).
- O raio hidráulico é outro factor que afecta a difusão dos catiões na direcção
das zonas reaccionais. Os raios hidráulicos dos iões alcalinos são mais
A-7
pequenos que o raio de Ca2+, difundindo-se mais facilmente pelo agregado
(tabela 17).
Uma vez que a expansão ocorre devido ao aumento de volume do complexo álcalis-
sílica (CKSH), o espaço criado acolhe a possibilidade de os iões cálcio se difundirem na
direcção das zonas onde se encontra esse complexo. Posto isto, uma troca entre os iões
cálcio e os iões Na+ e K+ começa a tomar lugar – figura 89.
Figura 89 – Trocas catiónicas entre os iões Na+ e K+ e os iões Ca2+ [Wang e Gillot, 1991].
Greenberg [1956] demonstrou que a dissociação dos grupos de Si-O-Na é mais forte
que a dos grupos Si-O-Ca, isto acontece porque as ligações dos grupos Ca-O reúnem
uma energia electrostática maior que a das ligações dos grupos Na-O e K-O (tabela 18).
Tabela 16 – Solubilidade dos hidróxidos alcalinos e de cálcio em água [Greenberg, S.A., 1956].
Solubilidade (g/dm3) Hidróxidos
a 0 ºC a 100 ºC NaOH 4,2 34,7 KOH 10,7 (a 15 ºC) 17,8
Ca(OH)2 1,85 0,77
A-8
Figura 90 – Solubilidade do hidróxido de cálcio em solução alcalina [Greenberg, S.A., 1956].
Tabela 17 – Raio hidráulico dos iões K+, Na+ e Ca2+ e energia electrostática [Greenberg, S.A., 1956].
Catiões (R) Raio Hidráulico (Å) Energia electrostática
(Z1Z2/d)
Na+ 3,3 0,21
K+ 3,1 0,22
Ca2+ 4,2 0,36
I.1.5. Modelo de Dron
O modelo de Dron [1990] baseia-se igualmente como a maioria dos autores no modelo
de Dent-Glasser e Kataoka. Os trabalhos realizados por este autor permitiram-lhe
desenvolver uma hipótese na qual a RAS poderá ser traduzida pela reacção global:
2 SiO2 + Ca(OH)2 + XOH + 2H2O → CaX(SiO4H3)2OH
[Equação 9]
onde X representa os iões alcalinos. Esta reacção comporta três etapas:
- O primeiro passo deste modelo corresponde a um ataque dos iões hidroxilo
às pontes siloxano à superfície do grão de sílica reactivo, acompanhado pela
adsorção química dos iões alcalinos (equação 13);
Teor em CaO (g/l)
Teo
r em
álc
alis
(g
/l)
NaOH KOH
A-9
SiO2 + X+ OH- + H2O → SiO4H3
- + X+ [Equação 10]
- O hidróxido de cálcio dissocia-se nos seus iões Ca2+ e OH- e estes
difundem-se em direcção às zonas de menores concentrações;
- O encontro dos iões silicatos e cálcio num meio rico em iões alcalinos e
hidroxilo leva à precipitação de silicatos de Na+, K+ e Ca2+ hidratados (C-K-
S-H) (equação 14);
Ca2+ + X+ + 2 SiO4H3- + OH- → CaX(SiO4H3)2OH
[Equação 11]
Já que este composto é relativamente insolúvel, a concentração local de iões cálcio e/ou
silicatos diminui para um nível bastante baixo. Em resultado desta diminuição é
estabelecido um gradiente de concentração que sustém a difusão dos iões alcalinos
[Dron, R. e Brivot, F., 1993; Dron, R., 1990].
No momento da sua formação os produtos vão exercendo uma pressão que se designa
de pressão de cristalização, esta pode ser expressa segundo a lei de Riecke pela seguinte
equação:
Pc = (RT ln τ)/V [Equação 12]
onde R é a constante dos gases perfeitos, T a temperatura em graus Kelvin, V o volume
molar do precipitado e τ a taxa de sobresaturação. A taxa de sobresaturação é dada pela
relação entre o produto iónico e o produto de solubilidade do precipitado. Deste modo
esta pressão está directamente ligada à sobresaturação do meio, ou seja é tanto maior
quanto maior a sobresaturação do mesmo [Divet, L., 2001].
I.1.6. Modelo de Mônica Prezzi – Teoria da dupla camada electrónica
Em todas as formas de sílica, a unidade estrutural básica é um ião de silício Si4+,
rodeado por quatro oxigénios, sendo este arranjo um tetraedro. Uma partícula cristalina
de sílica constitui um tetraedro ligado pelos seus vértices, sendo cada vértice ocupado
por um oxigénio comum a dois tetraedros.
A-10
No interior, a valência de cada ião é satisfeita, isto é quatro iões oxigénios para cada ião
silício e dois iões silício para cada ião oxigénio. No entanto, para que a composição
química de toda a estrutura seja SiO2 o tetraedro à superfície do cristal não está
completo. O ião oxigénio da superfície está ligado a apenas um ião silício em vez de
dois como no interior, deixando assim uma carga negativa por satisfazer. Similarmente,
cada ião de silício à superfície possui uma falta de um ião oxigénio e transporta uma
carga positiva insatisfeita (figura 91) [Powers, T.C. e Steinour, H., 1955a; Prezzi, M. et
al., 1997].
Figura 91 – Representação esquemática da estrutura da sílica não hidratada [Powers, T.C. e Steinour, H., 1955a].
Na presença de uma mistura aquosa, as cargas insatisfeitas da superfície da sílica são
neutralizadas pelos iões OH- e H+ (figura 92).
Figura 92 – Representação esquemática da estrutura da sílica hidratada [Powers, T.C. e Steinour, H., 1955a].
Região superficial
Interior
Região superficial hidratada
Interior
A-11
O ião OH- junta-se ao ião silício e o ião H+ ao oxigénio. O resultado desta neutralização
é uma superfície de grupos silanol. Água mantida desta forma pode ser considerada
como água adsorvida visto que a sua quantidade é proporcional à área superficial da
sílica e não à sua área total.
O ião H+ ligado ao oxigénio possui uma ligação mais fraca que a ligação entre os grupos
hidroxilo como um todo. Deste modo, a ionização em meio aquoso liberta alguns dos
hidrogénios produzindo um carácter ligeiramente ácido à superfície da sílica [Powers,
T.C. e Steinour, H., 1955a; Prezzi, M. et al., 1997].
Num meio onde hidróxidos de sódio e de potássio estejam presentes, os protões são
substituídos pelos iões alcalinos, e ao contrário dos protões, os iões alcalinos não
conseguem formar fortes ligações com o oxigénio e são muito mais facilmente
hidratados. Como resultado, os iões alcalinos são ionizados e forma-se uma suspensão
coloidal com partículas de sílica possuindo uma forte carga negativa e os catiões
formando uma dupla camada eléctrica de contra iões.
No caso de um meio alcalino contendo apenas XOH (onde X = Na+ ou K+), a reacção de
formação da dupla camada eléctrica pode ser traduzida por:
≡ Si – OH + X+ + OH- → ≡ Si – O- X+ + H2O [Equação 13]
Após os grupos hidroxilo à superfície da sílica terem sido neutralizados, ainda existe um
excesso de hidróxidos de sódio e de potássio, assim as ligações internas Si–O–Si são
atacadas pelos iões hidroxilo. Estes são adsorvidos quimicamente, aumentando o
número de coordenação do átomo de silício enfraquecendo desta forma a ligação Si–O
tornando-a instável provocando uma passagem dos iões silício para a solução, até ser
atingindo um ponto de equilíbrio entre o excesso de cargas à superfície do grão de sílica
e a quantidade de iões silício libertados. O sistema composto por partículas coloidais de
silício e a solução alcalina da solução intersticial do betão irá formar primeiro uma
suspensão coloidal e posteriormente agregar-se para uma forma de gel ou coagular
como precipitado dependendo da disponibilidade do solvente.
A-12
Este gel apresenta-se inicialmente numa forma seca (figura 93 – etapa A) onde as forças
atractivas de Van Der Waals dominam. As partículas deste gel encontram-se muito
próximas umas das outras, formando uma camada de gel extremamente pequena. Numa
primeira fase estas partículas hidratam-se à medida que a água se vai tornando
disponível. Uma primeira monocamada de água adsorvida aumenta a distância entre as
partículas como ilustra a figura 93 – etapa B [Prezzi, M. et al., 1997; Rodrigues, F. et
al., 1999].
Mais camadas de água são adsorvidas nas superfícies das partículas, aumentando a
distância que as separa. Numa segunda fase, as forças atractivas de Van Der Waals
começam a enfraquecer devido ao continuo aumento da distância entre as partículas, e
as forças repulsivas começam-se a desenvolver.
À medida que a água penetra nos poros, a concentração da solução intersticial diminui e
a largura da dupla camada aumenta, aumentando também as forças de repulsão, o gel
expande-se, como ilustra a figura 93 – etapa C. À medida que mais água entra, é
atingindo um ponto onde o potencial de repulsão domina constantemente formando um
sistema coloidal estável (figura 93 – etapa D).
A uma dada altura, não há espaço disponível para acomodar os produtos, e enquanto
estes continuam a sua adsorção de água desenvolvem-se tensões e o gel tenta encontrar
espaço disponível. A tensão expansiva continua a aumentar até atingir a tensão máxima
permitida pelo betão, desenvolvendo-se microfissuras. Como resultado a capacidade do
gel adsorver água aumenta uma vez que as microfissuras desenvolvem mais espaço para
acomodar o gel. Como consequência as microfissuras vão aumentando de tamanho cada
vez mais abrindo caminho para entrada de mais água e para a saída do gel. Uma vez
exposto ao ar o gel facilmente carbonata e precipitados brancos começam a aparecer à
superfície do betão [Prezzi, M. et al., 1997; Rodrigues, F. et al., 1999].
A-13
Figura 93 – Esquema das etapas envolvidas na transição de gel a colóide [Prezzi, M. et al., 1997].
I.2. PRINCIPAIS ASPECTOS DO MECANISMO DA RAS
Todos os mecanismos propostos salientam a importância da alcalinidade da solução
intersticial do betão como passo determinante no desenvolvimento da RAS. O papel que
o ião cálcio desempenha não é consensual. Os vários autores apresentam diferentes
explicações para o papel deste ião, salientando no entanto, que o seu papel está
relacionado com um grau mais avançado de desenvolvimento da RAS. Parece pois,
poder-se concluir que o mecanismo da RAS assenta no controlo do teor destes iões na
solução intersticial do betão. Convém salientar que este controlo será no entanto, mais
dificultado se ocorrer aumento do teor em álcalis por via de fontes externas, ou pelo seu
ingresso a partir de fontes externas.
I.3. MECANISMOS DE EXPANSÃO DA DEF
I.3.1. Expansão por absorção de água pela etringite coloidal
Verifica-se que a etringite formada na ausência de Ca(OH)2 é bem cristalizada e não
provoca expansão enquanto que a etringite formada na presença de Ca(OH)2 é coloidal
e apresenta carácter expansivo [Divet, 2001]. A expansão resulta da adsorção de água e
da expansão do “gel” de etringite que a acompanha. Segundo este ponto de vista, as
partículas de etringite são hidrófilas e expansivas quando em contacto com a solução
intersticial do betão.
A - Gel anidro B – Adsorção de água
C – Gel expansivo D - Colóide
A-14
A diferença de energia livre entre o fluido intersticial do betão e da água contida no
“gel” de etringite (que possui um nível de energia livre inferior), origina um fluxo
líquido que induz no gel pressões elevadas.
I.3.2. Expansão por pressão de cristalização
Este tipo de expansão é provocada pelo crescimento dos cristais de etringite através da
difusão dos iões em solução para as extremidades livres das agulhas de etringite [Dron e
Brivot, 1986, 1989]. O crescimento da etringite é assim associado à pressão de
cristalização que por sua vez está relacionada com a taxa de sobressaturação. Durante a
formação dos produtos, estes exercem sobre as faces crescentes do cristal uma pressão
de cristalização. O valor da pressão de cristalização é directamente proporcional ao
valor de saturação do meio.
I.3.3. Expansão produzida pelo fenómeno de dupla camada eléctrica
A etringite é susceptível de se formar em meios fortemente alcalinos. As partículas
coloidais de etringite, com carga negativa, apresentam uma superfície específica elevada
que fixa os iões alcalinos (Na+, K+). Quando a concentração em álcalis no seio da
etringite coloidal diminui por difusão dos álcalis para o exterior, as forças de repulsão
electrostáticas, que dependem do pH e da força iónica da solução intersticial,
predominam sobre as forças de atracção de Van Der Walls. Nestas condições, a
distância entre as partículas de etringite aumenta provocando a expansão.
A-15
ANEXO II – Preparação das amostras para os ensaios de
caracterização
II.1. CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS
II.1.1. Ensaios de permeabilidade à água líquida
Para a realização deste ensaio é necessário que o substrato (no qual o revestimento ou
sistema de pintura vai ser aplicado), possua uma absorção de água significativamente
superior à do revestimento ou sistema de pintura a ensaiar. Neste caso utilizou-se um
substrato de tijolo, que preenchia o requisito da norma NP EN 1062-3 [NP EN 1062-3,
2001], tendo um coeficiente de velocidade de transmissão da água líquida, w, superior a
5 kg/(m2.h1/2) e uma massa volúmica compreendida entre 1500 kg/m3 e 2000 kg/m3.
A face de corte do substrato foi revestida por aplicação da tinta ou esquema de pintura a
ser ensaiado, com a espessura especificada nas recomendações do fabricante. O
revestimento foi seco durante pelo menos uma semana.
Antes do condicionamento, o provete foi selado contra a água no lado oposto do
revestimento e nos bordos laterais (figura 94), por meio de uma aplicação de um
produto de pintura de dois componentes baseado em resina epoxídica, e de forma a que
o mesmo recobrisse os bordos da face revestida, entre 5 mm e 10 mm.
Figura 94 – Provete de tijolo utilizado nos ensaios de permeabilidade à água, onde é evidente o revestimento em avaliação no topo.
A-16
Uma vez que a velocidade de transmissão da água líquida é influenciada pelos
componentes voláteis e/ou solúveis em água, e uma vez que na prática estes
componentes podem evaporar-se do revestimento durante a exposição no exterior, ou
serem lixiviados pela água (chuva), o revestimento deveria ser envelhecido antes da
determinação desta velocidade. Deste modo, os provetes deveriam ser sujeitos a 3 ciclos
compreendendo as seguintes condições:
• 24 h de conservação em água (potável) a (23±2) ºC;
• 24 h de secagem a (50±2) ºC.
Uma vez que este ensaio foi realizado para ter resultados comparativos este
envelhecimento não foi realizado.
Por fim os provetes foram condicionados na atmosfera padrão definida pela norma EN
23270, a 23±2 ºC e 50±2 % de humidade relativa, antes do ensaio.
O provete foi pesado e colocado num recipiente com água desionizada ou potável a
23±2 ºC, juntamente com todos os outros provetes (figura 95). O provete foi colocado
num suporte de plástico, com a superfície revestida virada para baixo e mergulhada 10
mm abaixo da superfície da água. Foram efectuadas medidas de massa do provete após
1 h, 2 h, 3 h, 6 h, 24 h, 72 h, 96 h, 120 h e 144 h de imersão tendo-se previamente limpo
e seco a sua superfície.
Figura 95 – Provetes de tijolo em ensaios de permeabilidade à água líquida.
Ao representar graficamente a variação de massa em função da raiz quadrada do tempo,
e ao dividir o declive da zona linear da curva pela área da superfície em ensaio obtém-se
A-17
o coeficiente de velocidade de transmissão da água liquida, w, em kg/(m2.h1/2). A partir
deste coeficiente e tendo em conta a classificação dada pela norma EN 1062-1,
representada na tabela 18, podemos classificar o revestimento ou esquema de pintura
quanto à sua velocidade de transmissão de água líquida.
Tabela 18 – Classificação quanto à velocidade de transmissão da água líquida de acordo com a norma NP EN 1062-3 [NP EN 1062-3, 2001].
Classe Velocidade de transmissão da água líquida w
kg/(m2.h1/2)
I (elevada) >0,5
II (média) 0,1 a 0,5
III (baixa) <0,1
II.1.2. Ensaios de Crack-bridging
Das carotes de betão com 74 mm de diâmetro prepararam-se provetes como os
representados na figura 22 na secção 3.2.3.1.. Os revestimentos foram aplicados nestes
provetes e estes foram armazenados durante 7 dias a 21±2 ºC e 60±2 % de humidade
relativa. Após este tempo, os provetes foram colocados numa montagem específica
apoiados sobre dois suportes tendo-se aplicado uma força até o betão fissurar, tendo o
cuidado de não provocar nenhuma extensão no revestimento (figura 96).
Figura 96 – Equipamento de ensaio de crack-bridging do Núcleo de Materiais Plásticos e Compósitos do LNEC, I.P., em que é visível a aplicação da tensão até à fractura do provete.
A-18
Os suportes foram removidos e foi aplicada uma força em ambas as extremidades do
provete até que as duas partes do provete atingissem a base da montagem (figura 97).
Caso o revestimento não formasse nenhuma fissura seria sujeito a um ensaio de tracção
a velocidade constante até fissurar (figura 98).
Figura 97 – Procedimento de aplicação de tensão nas duas extremidades do provete de betão para avaliação da capacidade de crack-bridging do revestimento.
A abertura da fissura no substrato foi medida aquando da falha do revestimento (w).
Figura 98 – Equipamento de ensaio de crack-bridging do Núcleo de Materiais Plásticos e Compósitos do LNEC, I.P., em que é visível a aplicação de uma força de extensão até à rotura do revestimento.
A-19
II.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MICROESTRUTURAL
II.2.1. Determinação do teor de álcalis solúveis no betão por EAA
Às idades definitivas para ensaio (90 e 180 dias), fracturou-se um provete de betão,
correspondente a cada um dos tipos de exposição seleccionados, após o que foi mantido
a 40 ºC numa estufa ventilada durante aproximadamente 18 horas.
Após esta pré-secagem, procedeu-se à desagregação do betão, com martelo e escopro,
para obtenção de pequenos fragmentos, tendo-se o cuidado de seleccionar as zonas mais
afastadas da superfície externa do provete, para evitar as zonas com revestimentos,
afectada por carbonatação e pela lixiviação.
A amostra para os ensaios de EAA, depois de fragmentada, foi britada (figura 99) até
obtenção de partículas inferiores a 2,5 mm. De seguida foi colocada durante 7 dias em
estufa a 40 ºC sob vácuo, tendo depois sido moída num moinho de bolas de porcelana
até passar o peneiro de malha inferior a 160 µm (figura 100).
Figura 99 – Equipamento utilizado para a britagem das amostras de betão do LNEC, I.P..
A-20
Figura 100 – Moagem das amostras para s ensaios químicos: à esquerda o moinho de bolas; no centro o pote de porcelana para uso na moagem da amostra; e à direita o peneiro de malha < 160 µµµµm.
A análise do teor de álcalis solúveis no betão foi baseada no protocolo de ensaio
proposto por Bérubé e colaboradores [Bérubé et al., 2000]. Nesta análise colocou-se 1g
de amostra, preparada como descrito em II.1 e posteriormente seca a 105 ºC durante 12
horas (figura 101), em agitação durante 15 minutos num copo com 100 cm3 de água
ultra-pura fria. A mistura foi deixada em repouso até ao dia seguinte e posteriormente
filtrada, tendo o resíduo sido lavado com água ultra pura, ajustando-se o volume da
solução para balão aferido de 200 cm3 com água ultra-pura. Todo o material corrente de
laboratório utilizado foi previamente lavado com ácido nítrico 6M e água ultra-pura.
Figura 101 – Secagem das amostras de betão com granulometria < 160 µm numa estufa a 105 ºC.
A determinação das concentrações de sódio e potássio foi efectuada por EAA com
recurso a um espectrofotómetro de absorção atómica “Shimadzu AA-6300” (figura
102).
A-21
Figura 102 – Espectrofotómetro de absorção atómica “Shimadzu AA-6300” do Núcleo de Materiais Metálicos do LNEC, I.P..
De acordo com os autores do método, os álcalis presentes nos produtos CSH ou CKSH
não são solúveis em água, pelo que este método permite estimar o potencial
remanescente de álcalis para o desenvolvimento da RAS no betão, ou os que não foram
consumidos nas reacções de hidratação do ligante ou durante a RAS.
Os dados fornecidos por esta técnica representam concentrações de sódio e potássio
enquanto iões livres ([X]) na amostra diluída em unidades de mg/1000 ml. No entanto,
o balão da diluição é de 200 ml, pelo que a concentração ([X]mg/1000 ml) é então
convertida a um volume de 200 ml ([X]mg/200 ml) tendo em conta a seguinte equação:
[X] mg/200 ml=([X] mg/1000 ml × 200)/1000 [Equação 14]
Posteriormente, é necessário saber a concentração da solução mãe ([X]mãe), a partir do
qual foram feitas as diluições, pelo que se multiplica a concentração anterior pelo factor
de diluição (fd).
[X] mãe=([X] mg/1000 ml × 200 × fd)/1000 [Equação 15]
A-22
Sabendo a massa inicial de iões Na+ ou K+, que foi pesada para se obter a solução mãe
(minicial amostra em mg), obtém-se a percentagem de Na+ ou K+ (%X), na amostra:
%X =[([X] mg/1000 ml 200 × fd)/ (1000 × minicial amostra)] × 100 [Equação 16]
Que simplificando temos que:
%X =([X] mg/1000 ml 20 × fd)/ (minicial amostra) [Equação 17]
Esta percentagem, é então convertida em percentagem de óxidos de sódio e potássio,
que representa a forma na qual se encontram estas espécies. Esta conversão é feita
através da seguinte equação:
%X2O = %X × {M(X 2O)/[2 × M(X)]} [Equação 18]
onde %X representa a percentagem em sódio ou potássio, M(X2O) representa a massa
molecular do óxido de sódio ou potássio, e M(X) a massa molecular do sódio ou
potássio.
A percentagem em álcalis de uma composição de betão é obtida a partir da sua
percentagem em óxido de sódio equivalente, expressa em termos dos teores em óxidos
de sódio e de potássio através da seguinte equação:
%Na2Oeq = %Na2O + 0,658 × %K2O [Equação 19]
onde o factor de multiplicação 0,658 representa a divisão entre as massas moleculares
do óxido de sódio pelo óxido de potássio.
A-23
II.2.2. Determinação do teor de álcalis solúveis no betão por EAA
Durante o processo de desagregação do betão para a análise do teor de álcalis por EAA,
foram retirados provetes para MEV/EDS que evidenciassem aspectos importantes de
serem observados tais como: poros preenchidos com produtos de reacção, orlas brancas
em redor de agregados, agregados com alterações, etc.. Estes provetes foram secos
durante 14 dias em estufa a 40 ºC sob vácuo. Decorrido este tempo, alguns dos provetes
foram mantidos em superfície de fractura, enquanto outros foram impregnados com
resina, e cortados numa máquina de precisão.
Para a observação ao MEV/EDS das superfícies de fractura e de corte, procedeu-se ao
recobrimento das amostras com uma liga metálica de ouro/paládio, de modo a tornar a
sua superfície condutora.
II.3 – DETERMINAÇÃO DO VOLUME DE SOLUÇÃO DE LiNO 3 30% A UTILIZAR NOS
ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO PARA O EMPREGO DE NITRATO DE LÍTIO
Especificação:
5,95 kg de uma solução de nitrato de lítio a 30% por kg de Na2Oeq no betão.
Dados:
1 m3 de betão pesa aproximadamente 2400 kg
dLiNO3 = 1,17
O betão possui 15% de Na2Oeq num m3, ou seja 3,6 kg/m3 de Na2Oeq
5,95 kg de LiNO3 em 1 kg de Na2Oeq ⇔ 21,42 kg de LiNO3 em 3,6 kg de Na2Oeq num
m3 de betão
Volume de solução de LiNO3 a 30% a adicionar:
O volume de LiNO3 a 30 % utilizado nos ensaios de difusão e migração do ião lítio no
betão foi calculado com base nas seguintes equações:
mLiNO3 a 30%=( mprovete×21,42)/ m3 de betão ⇔ mLiNO3 a
30%=(mprovete×21,42)/2400 [Equação 20]
vLiNO3 a 30% =( mprovete×21,42)/2400×dLiNO3 ⇔ vLiNO3 a
30%=(mprovete×21,42)/(2400×1,17) [Equação 21]
A-25
ANEXO III – Resultados dos ensaios de caracterização para o
emprego de revestimentos
III.1. CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS
III.1.1. Ensaios de permeabilidade à água
Os resultados dos ensaios de permeabilidade à água líquida obtidos por aplicação da
norma EN 1062-3 [EN 1062-3, 2001], apresentam-se na tabela 19.
Tabela 19 – Valores de absorção capilar ao longo da raiz quadrada do tempo para os vários sistemas de revestimento.
h1/2 P1 P2 P4 P5 P6 P7 1,000 0,007 0,013 0,009 0,206 0,003 0,003 1,414 0,010 0,013 0,015 0,393 0,004 0,004 1,732 0,012 0,013 0,018 0,515 0,004 0,004 2,828 0,022 0,018 0,026 1,165 0,007 0,005 4,899 0,035 0,028 0,037 2,396 0,012 0,007 5,657 0,042 0,034 0,042 0,016 0,009 6,928 0,049 0,041 0,049 0,021 0,010 7,483 0,053 0,048 0,057 0,029 0,013 8,485 0,056 0,052 0,063 5,431 0,034 0,017 8,944 0,061 0,058 0,068 0,036 0,018 9,798 0,064 0,065 0,073 5,843 0,039 0,018
A representação dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo
são apresentados na sua forma gráfica nas figuras 103 a 108 para os vários sistemas de
revestimento. O declive da zona linear da curva corresponde à velocidade de
transmissão da água líquida w expresso em kg/(m2.h1/2)
A-26
y = 0,0066x + 0,0016R2 = 0,9933
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g /m
2 )
P1
Linear (P1)
Figura 103 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para o sistema P1, e respectiva curva de ajuste linear.
y = 0,006x + 0,0027R2 = 0,9805
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g /m
2 )
P2
Linear (P2)
Figura 104 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para o sistema P2, e respectiva curva de ajuste linear.
A-27
y = 0,0069x + 0,0043R2 = 0,9937
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g /m
2 )
P4
Linear (P4)
Figura 105 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para o sistema P4, e respectiva curva de ajuste linear.
y = 0,6959x - 0,6773R2 = 0,9894
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g /m
2 )
P5
Linear (P5)
Figura 106 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para o sistema P5, e respectiva curva de ajuste linear.
A-28
y = 0,0042x - 0,004R2 = 0,953
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g /m
2 )
P6
Linear (P6)
Figura 107 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para o sistema P6, e respectiva curva de ajuste linear.
y = 0,0017x + 0,0005R2 = 0,9388
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tempo (h1/2
)
Abs
orç
ão
ca
pila
r (k
g /m
2 )
P7
Linear (P7)
Figura 108 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz quadrada do tempo para o sistema P7, e respectiva curva de ajuste linear.
A-29
III.1.2. Crack-bridging
Os ensaios de crack-bridging foram efectuados no Núcleo de Materiais Plásticos e
Compósitos do LNEC, I.P.. A tabela 20 apresenta as condições de ensaio, e os
resultados estão presentes nas tabelas 21 a 23 e nas figuras 109 a 111.
Tabela 20 – Condições de ensaio seguidas nos ensaios de crack-bridging.
Propriedade Valor Celula de carga 10 kN Velocidade 0.05 mm/min Temperatura (ºC) 23.2 Humidade (%) 42.9
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
Força (N)
Extensão (mm) Figura 109 – Variação da extensão com a força aplicada para os provetes revestidos com o sistema P2.
Tabela 21 – Valores de carga máxima e da extensão à carga máxima para os provetes revestidos com o sistema P2.
Ensaio Carga máxima (N)
Extensão carga máxima (mm)
1 24.16 0.11 2 29.52 0.06 3 13.42 0.21
Média 22.37 0.12 Desvio padrão 8.20 0.08
A-30
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Força (N)
Extensão (mm) Figura 110 Variação da extensão com a força aplicada para os provetes revestidos com o sistema P4.
Tabela 22 – Valores de carga máxima e da extensão à carga máxima para os provetes revestidos com o sistema P4.
Ensaio Carga máxima (N)
Extensão Carga máxima (mm)
1 -45.64 0.07 2 8,05 0.29 3 8,05 0.11
Média 8,05 0.16 Desvio padrão 0,00 0.12
-200
-100
0
100
200
300
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Força (N)
Extensão (mm) Figura 111 Variação da extensão com a força aplicada para os provetes revestidos com o sistema P7.
A-31
Tabela 23 – Valores de carga máxima e da extensão à carga máxima para os provetes revestidos com o sistema P7.
Ensaio Carga máxima (N)
Extensão carga máxima (mm)
1 144.96 0.11 2 225.50 0.13 3 225.50 0.23
Média 198.653 0.16 Desvio padrão 46.500 0.07
III.2. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MICROESTRUTURAL DOS BETÕES REVESTIDOS E
NÃO REVESTIDOS
III.2.1. Determinação do teor de álcalis solúveis nos betões por EAA
Nas tabelas 24 a 32 e figuras 112 a 123 apresentam-se os resultados dos teores de óxido
de sódio, óxido de potássio e Na2Oeq obtidos por EAA, para os vários betões de
referência e revestidos conservados nos três ambientes de exposição.
Tabela 24 – Percentagem de Na2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em câmara saturada.
Na2O(%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P1 0,025 0,004 0,012 0,000 0,017 0,001 Ref-P2 0,030 0,002 0,009 0,001 0,015 0,002 Ref-P3 0,025 0,004 0,046 0,002 0,022 0,001 Ref-P4 0,024 0,001 0,015 0,004 0,018 0,002 Ref-P5 0,021 0,002 0,010 0,001 0,008 0,000 Ref-P6 0,026 0,004 0,026 0,000 0,009 0,001 Ref-P7 0,028 0,000 0,024 0,003 0,026 0,000
P1 0,025 0,004 0,018 0,003 0,021 0,000 P2 0,030 0,002 0,019 0,000 0,029 0,001 P3 0,025 0,004 0,037 0,003 0,022 0,003 P4 0,024 0,001 0,018 0,004 0,008 0,001 P5 0,021 0,002 0,017 0,003 0,032 0,009 P6 0,026 0,004 0,017 0,005 0,008 0,001 P7 0,028 0,000 0,022 0,002 0,018 0,001
A-32
Tabela 25 – Percentagem de K2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em câmara saturada.
K2O (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P1 0,109 0,001 0,043 0,002 0,055 0,000 Ref-P2 0,137 0,007 0,036 0,000 0,035 0,000 Ref-P3 0,109 0,001 0,055 0,003 0,070 0,002 Ref-P4 0,109 0,004 0,045 0,008 0,017 0,000 Ref-P5 0,113 0,003 0,028 0,000 0,045 0,002 Ref-P6 0,128 0,002 0,085 0,004 0,007 0,001 Ref-P7 0,137 0,001 0,031 0,001 0,050 0,001
P1 0,109 0,001 0,084 0,004 0,081 0,000 P2 0,137 0,007 0,084 0,002 0,108 0,002 P3 0,109 0,001 0,048 0,001 0,070 0,002 P4 0,109 0,004 0,044 0,000 0,017 0,000 P5 0,113 0,003 0,042 0,004 0,045 0,002 P6 0,128 0,002 0,039 0,001 0,007 0,001 P7 0,137 0,001 0,055 0,001 0,050 0,001
Tabela 26 – Percentagem de Na2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em imersão.
Na2O (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P2 0,030 0,002 0,012 0,002 0,012 0,001 Ref-P5 0,021 0,002 0,013 0,001 0,008 0,001 Ref-P7 0,028 0,000 0,016 0,003 0,018 0,000
P2 0,030 0,002 0,014 0,001 0,027 0,001 P5 0,021 0,002 0,016 0,001 0,009 0,002 P7 0,028 0,000 0,021 0,009 0,017 0,000
A-33
Tabela 27 – Percentagem de K2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em imersão.
K2O (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P2 0,137 0,007 0,031 0,003 0,108 0,002 Ref-P5 0,113 0,003 0,043 0,003 0,045 0,002 Ref-P7 0,137 0,001 0,033 0,001 0,050 0,001
P2 0,137 0,007 0,061 0,004 0,040 0,002 P5 0,113 0,003 0,043 0,001 0,034 0,001 P7 0,137 0,001 0,044 0,001 0,036 0,001
Tabela 28 – Percentagem de Na2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em ambiente natural.
Na2O (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P1 0,025 0,004 0,021 0,001 0,013 0,000 Ref-P2 0,030 0,002 0,019 0,001 0,015 0,001 Ref-P3 0,025 0,004 0,035 0,002 0,016 0,002 Ref-P4 0,024 0,001 0,020 0,002 0,017 0,000 Ref-P5 0,021 0,002 0,016 0,001 0,011 0,001 Ref-P6 0,026 0,004 0,014 0,003 0,017 0,001 Ref-P7 0,028 0,000 0,021 0,005 0,013 0,003
P1 0,025 0,004 0,026 0,000 0,022 0,001 P2 0,030 0,002 0,026 0,000 0,037 0,009 P3 0,025 0,004 0,032 0,000 0,026 0,001 P4 0,024 0,001 0,026 0,002 0,010 0,000 P5 0,021 0,002 0,015 0,002 0,028 0,003 P6 0,026 0,004 0,036 0,011 0,018 0,000 P7 0,028 0,000 0,026 0,001 0,014 0,002
A-34
Tabela 29 – Percentagem de K2O (obtida por EAA) nos betões de referência e nos betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em ambiente natural.
K2O (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P1 0,109 0,001 0,089 0,005 0,038 0,000 Ref-P2 0,137 0,007 0,122 0,004 0,071 0,002 Ref-P3 0,109 0,001 0,036 0,000 0,060 0,004 Ref-P4 0,109 0,004 0,016 0,000 0,015 0,000 Ref-P5 0,113 0,003 0,060 0,001 0,048 0,003 Ref-P6 0,128 0,002 0,075 0,006 0,015 0,001 Ref-P7 0,137 0,001 0,063 0,002 0,060 0,001
P1 0,109 0,001 0,072 0,001 0,092 0,000 P2 0,137 0,007 0,100 0,005 0,104 0,005 P3 0,109 0,001 0,026 0,002 0,022 0,001 P4 0,109 0,004 0,018 0,001 0,018 0,002 P5 0,113 0,003 0,045 0,002 0,082 0,006 P6 0,128 0,002 0,091 0,009 0,016 0,000 P7 0,137 0,001 0,106 0,000 0,094 0,002
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-1 Ref-2 Ref-3 Ref-4 Ref-5 Ref-6 Ref-7
Na
2 O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 112 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias.
A-35
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-1 Ref-2 Ref-3 Ref-4 Ref-5 Ref-6 Ref-7
K 2
O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 113 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Na
2 O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 114 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias.
A-36
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
K 2
O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 115 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos conservados em câmara saturada aos 0, 90 e 180 dias.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-2 Ref-5 Ref-7
Na
2 O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 116 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias.
A-37
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-2 Ref-5 Ref-7
K 2
O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 117 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P2 P5 P7
Na
2 O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 118 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias.
A-38
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P2 P5 P7
K 2
O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 119 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos conservados em imersão aos 0, 90 e 180 dias.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-1 Ref-2 Ref-3 Ref-4 Ref-5 Ref-6 Ref-7
Na
2 O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 120 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias.
A-39
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
Ref-1 Ref-2 Ref-3 Ref-4 Ref-5 Ref-6 Ref-7
K 2
O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 121 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões de referência conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Na
2 O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 122 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias.
A-40
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
K 2
O (%
)
0 dias
90 dias
180 dias
Figura 123 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos conservados em exposição natural aos 0, 90 e 180 dias.
Tabela 30 – Percentagem de Na2Oeq (obtida por EAA) para os betões de referência e revestidos ao longo do tempo, conservados em câmara saturada.
Na2Oeq (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P1 0,096 0,005 0,040 0,002 0,053 0,001 Ref-P2 0,120 0,006 0,032 0,001 0,038 0,002 Ref-P3 0,096 0,005 0,082 0,004 0,067 0,002 Ref-P4 0,096 0,004 0,045 0,009 0,030 0,002 Ref-P5 0,095 0,004 0,028 0,002 0,038 0,002 Ref-P6 0,110 0,005 0,081 0,003 0,014 0,001 Ref-P7 0,118 0,001 0,045 0,004 0,059 0,001
P1 0,096 0,005 0,074 0,005 0,074 0,001 P2 0,120 0,006 0,075 0,002 0,100 0,003 P3 0,096 0,005 0,068 0,004 0,068 0,004 P4 0,096 0,004 0,047 0,004 0,019 0,001 P5 0,095 0,004 0,045 0,006 0,061 0,011 P6 0,110 0,005 0,042 0,005 0,012 0,001 P7 0,118 0,001 0,058 0,003 0,051 0,002
A-41
Tabela 31 – Percentagem de Na2Oeq (obtida por EAA) para os betões de referência e revestidos ao longo do tempo, conservados em imersão.
Na2Oeq (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P2 0,120 0,006 0,033 0,004 0,083 0,002 Ref-P5 0,095 0,004 0,041 0,003 0,038 0,002 Ref-P7 0,118 0,001 0,038 0,004 0,051 0,001
P2 0,120 0,006 0,054 0,004 0,053 0,002 P5 0,095 0,004 0,045 0,002 0,031 0,003 P7 0,118 0,001 0,050 0,009 0,041 0,001
Tabela 32 – Percentagem de Na2Oeq (obtida por EAA) para os betões de referência e revestidos ao longo do tempo, conservados em exposição natural.
Na2Oeq (%) Inicial 90 dias 180 dias Betão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Média Desvio Padrão
Ref-P1 0,096 0,005 0,079 0,004 0,038 0,000 Ref-P2 0,120 0,006 0,100 0,004 0,062 0,003 Ref-P3 0,096 0,005 0,059 0,002 0,056 0,005 Ref-P4 0,096 0,004 0,030 0,002 0,027 0,000 Ref-P5 0,095 0,004 0,056 0,001 0,043 0,002 Ref-P6 0,110 0,005 0,064 0,008 0,026 0,001 Ref-P7 0,118 0,001 0,063 0,006 0,053 0,004
P1 0,096 0,005 0,073 0,001 0,082 0,001 P2 0,120 0,006 0,091 0,003 0,105 0,012 P3 0,096 0,005 0,049 0,001 0,040 0,002 P4 0,096 0,004 0,038 0,002 0,022 0,001 P5 0,095 0,004 0,044 0,003 0,082 0,007 P6 0,110 0,005 0,096 0,016 0,028 0,000 P7 0,118 0,001 0,096 0,001 0,076 0,003
A-42
III.2.2. Caracterização da microestrutura por MEV/EDS dos betões da travessa 2,
Ref-P2 e P2
Análise da microestrutura por MEV Nas figuras 124 a 128 são apresentados alguns aspectos da microestrutura dos betões da
travessa 2, Ref-P2 e P2 conservados em câmara saturada e em imersão aos 180 dias.
Figura 124 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do betão inicial da travessa 2 antes de ser ensaiado, a) e b) aspectos geral da amostra onde é visível a disseminação da etringite e da RAS na amostra de betão; c) pormenor de produtos semi-cristalizados da RAS em zona de interface agregado/pasta; d) gel da RAS em zona de interface agregado/pasta; e)gel da RAS e respectivo espectro EDS.
A B
E F
C D
A-43
Figura 125 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do betão Ref-P2 conservado em câmara saturada, a) poro preenchido com etringite; b) a d) pormenores em maiores ampliações de etringite na forma acicular; e) forma massiva de etringite em cima de um agregado; f) produtos da RAS semi-cristalizados.
A B
E F
C D
A-44
Figura 126 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do betão Ref-P2 conservado em imersão, a) aspecto geral da amostra onde é visível a disseminação da etringite na amostra de betão; b) pormenores de etringite na forma acicular; c) poro de grandes dimensões onde é visível em maior ampliação o preenchimento com produtos da RAS (d).
A B
C D
A-45
Figura 127 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do betão P2 conservado em câmara saturada, a) aspectos geral da amostra; b) interface agregado/pasta afectado por produtos da RAS c) coexistência da forma de gel amorfo e de produtos semicristalizados; d) produtos da RAS semi-cristalizados em pormenor.
A B
C D
A-46
Figura 128 – Imagens ao MEV de aspectos da microestrutura aos 180 dias de ensaio do betão P2 conservado em imersão, a) aspectos geral da amostra onde é evidente poros preenchidos com gel da RAS e interfaces com produtos semi-cristalizados (b); c) agregado afectado por RAS; d) interface agregado/pasta com produtos da RAS.
A B
C D
A-47
Análise da pasta por MEV/EDS Nas tabelas 33 e 34 apresentam-se os valores obtidos por MEV/EDS para a razão Ca/Si
e para o teor atómico de Na2Oeq da pasta de cimento aos 180 dias dos diferentes betões
revestidos e não revestidos.
Tabela 33 – Razão atómica Ca/Si e percentagem atómica de Na2Oeq (obtidas por EDS) da pasta de cimento aos 180 dias dos diferentes betões revestidos e respectivas referências conservados em câmara saturada a 20 ºC.
Teor (%) Betão Ca/Si Desvio
padrão Na2Oeq Desvio padrão
Ref-P1 2,29 0,04 0,11 0,01 Ref-P2 2,44 0,14 0,06 0,01 Ref-P3 2,34 0,14 0,12 0,01 Ref-P4 2,11 0,07 0,11 0,03 Ref-P5 2,09 0,05 0,07 0,02 Ref-P6 2,31 0,03 0,07 0,01 Ref-P7 2,35 0,14 0,10 0,02
P1 1,91 0,05 0,11 0,00 P2 2,36 0,07 0,20 0,02 P3 2,24 0,01 0,21 0,03 P4 2,32 0,03 0,05 0,01 P5 2,28 0,02 0,10 0,01 P6 2,27 0,04 0,06 0,00 P7 2,47 0,05 0,13 0,01
Tabela 34 – Razão atómica Ca/Si e percentagem atómica de Na2Oeq (obtidas por EDS) da pasta de cimento aos 180 dias dos diferentes betões revestidos e respectivas referências conservados em imersão a 20 ºC.
Teor (%) Betão Ca/Si Desvio
padrão Na2Oeq Desvio padrão
Ref-P2 1,89 0,02 0,04 0,02 Ref-P5 2,45 0,01 0,06 0,01 Ref-P7 2,19 0,06 0,05 0,02
P2 2,51 0,08 0,14 0,01 P5 2,31 0,04 0,04 0,01 P7 2,31 0,18 0,09 0,01
A-48
III.3. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DOS BETÕES REVESTIDOS E NÃO REVESTIDOS
III.3.1. Resistência à compressão
A determinação da resistência à compressão foi realizada em provetes cilíndricos de
diâmetro igual à altura de 74 mm de acordo com a Especificação LNEC E 226. Os
resultados obtidos encontram-se na tabela 35.
Tabela 35 – Resultados dos ensaios de resistência à compressão dos provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento para os três ambientes de exposição aos 0 (inicial) e 180 dias de ensaio.
Valores de resistência à compressão (MPa) Câmara Saturada Imersão Natural n
Inicial Ref-n Pn Ref-n Pn Ref-n Pn
1 96,1 88,7 88,7 105,6 97,5 2 86,8 89,3 89,3 86,8 73,9 3 87,0 99,2 96,6 4 88,4 91,1 91,1 88,4 93 5 89,0 87,2 87,2 90,4 92,5 85,1 86,3 6 93,6 91,8 91,8 82,8 91,1 7 96,1 92,5 92,5 89,2 96,3 96,1 99,5
III.3.2. Módulo de elasticidade em compressão
A determinação do módulo de elasticidade em compressão foi realizada em provetes
cilíndricos de 74 mm de diâmetro e 160 mm de altura, de acordo com a Especificação
LNEC E 397. Os resultados obtidos encontram-se nas tabelas 36, 37 e 38.
Tabela 36 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade em compressão dos provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento conservados em câmara saturada aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio.
Valores de módulo de elasticidade em compressão (GPa) 28 dias 90 dias 180 dias n
Inicial Ref-n Pn Ref-n Pn Ref-n Pn
1 36,0 29,1 33,1 29,0 32,3 28,4 31,4 2 31,6 32,1 31,6 32,0 28,4 32,6 28,6 3 37,3 33,9 33,2 31,2 30,6 31,4 29,3 4 35,7 32,4 32,9 32,5 31,2 34,3 32,1 5 35,7 31,9 32,2 32,4 32,7 35,1 6 33,1 31,5 32,3 29,5 31,6 31,8 32,3 7 35 32,7 32,6 33,5 31,2 34,6 30,6
Tabela 37 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade em compressão dos provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento conservados em ambiente de imersão aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio.
A-49
Valores de módulo de elasticidade em compressão (GPa) 28 dias 90 dias 180 dias n
Inicial Ref-n Pn Ref-n Pn Ref-n Pn
2 31,6 30,1 30,6 28,4 29,5 27,2 28,8 5 35,7 31,2 33,5 31,9 31,3 32,2 32,4 7 35 32,0 33,3 30,5 31,6 32,6 30,8
Tabela 38 – Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade em compressão dos provetes de referência e revestidos com os vários sistemas de revestimento conservados em ambiente de exposição natural aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio.
Valores de módulo de elasticidade em compressão (GPa) 28 dias 90 dias 180 dias n
Inicial Ref-n Pn Ref-n Pn Ref-n Pn
1 36,0 36,4 38,1 32,8 36,4 34,1 34,7 2 31,6 35,5 34,8 32,6 32,0 29,8 3 37,3 32,3 33,4 30,1 33,4 36,5 34,6 4 35,7 35,3 36,2 33,5 35,3 36,0 32,2 5 35,7 33,7 36,2 34,3 35,2 29,8 36,8 6 33,1 31,9 38,6 31,2 37,1 31,7 37,7 7 35 34,9 33,7 34,5 33,8 29,9 33,3
A-51
ANEXO IV – Resultados dos ensaios de caracterização química e
microestrutural dos betões sujeitos ao tratamento com nitrato de lítio
IV.1. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCALIS SOLÚVEIS (Na+, K+ E Li +) POR EAA
Nas tabelas 39 a 43 encontram-se os resultados da determinação por EAA dos teores em
Na2Oeq e lítio existentes em perfil nas amostras de betão sujeitas aos vários ensaios de
introdução de lítio no betão.
Tabela 39 – Percentagem de Na2Oeq e lítio (obtidas por EAA) existente nos vários centímetros dos betões referentes aos ensaios de imersão a 20 ºC.
Na2Oeq (%) Li (%) Semanas Perfil
(mm) Média Desvio padrão
Média Desvio padrão
10 0,089 0,007 0,001 0,000 20 0,148 0,025 0,000 0,000 30 0,195 0,009 0,000 0,000
1
40 0,221 0,013 0,000 0,000 10 0,059 0,002 0,001 0,000 20 0,097 0,003 0,000 0,000 30 0,117 0,022 0,000 0,000
2
40 0,098 0,003 0,000 0,000 10 0,059 0,005 0,001 0,000 20 0,083 0,001 0,000 0,000 30 0,087 0,008 0,000 0,000
3
40 0,099 0,010 0,000 0,000 10 0,074 0,009 0,001 0,000 20 0,067 0,001 0,001 0,000 30 0,079 0,005 0,000 0,000
4
40 0,075 0,004 0,000 0,000
A-52
Tabela 40 – Percentagem de Na2Oeq e lítio (obtidas por EAA) existente nos vários centímetros dos betões referentes aos ensaios de imersão a 38 ºC.
Na2Oeq (%) Li (%) Semanas Perfil
(mm) Média Desvio padrão
Média Desvio padrão
10 0,080 0,002 0,001 0,000 20 0,104 0,009 0,000 0,000 30 0,132 0,011 0,000 0,000
1
40 0,100 0,010 0,000 0,000 10 0,082 0,018 0,001 0,000 20 0,087 0,004 0,000 0,000 30 0,092 0,003 0,000 0,000
2
40 0,107 0,005 0,000 0,000 10 0,094 0,022 0,001 0,000 20 0,100 0,001 0,000 0,000 30 0,101 0,005 0,000 0,000
3
40 0,101 0,003 0,000 0,000 10 0,092 0,005 0,001 0,000 20 0,097 0,006 0,001 0,000 30 0,096 0,003 0,001 0,000
4
40 0,087 0,001 0,001 0,000
Tabela 41 – Percentagem de lítio e Na2Oeq (obtidas por EAA) existente nos vários centímetros dos betões referentes aos ciclos de imersão/secagem.
Na2Oeq (%) Li (%) Semanas Perfil
(mm) Média Desvio padrão
Média Desvio padrão
10 0,071 0,002 0,001 0,000 20 0,106 0,008 0,001 0,000 30 0,082 0,003 0,001 0,000
1
40 0,073 0,006 0,001 0,000 10 0,080 0,013 0,002 0,000 20 0,084 0,011 0,002 0,000 30 0,052 0,010 0,002 0,000
2
40 0,085 0,005 0,002 0,000 10 0,069 0,010 0,007 0,007 20 0,080 0,007 0,002 0,000 30 0,114 0,006 0,002 0,000
3
40 0,129 0,016 0,002 0,000 10 0,062 0,002 0,009 0,000 20 0,082 0,002 0,005 0,000 30 0,095 0,003 0,004 0,000
4
40 0,109 0,003 0,005 0,000
A-53
Tabela 42 – Percentagem de lítio e Na2Oeq (obtidas por EAA) existente nos vários centímetros dos betões referentes aos ensaios de migração água/água a 20, 40 e 60 V.
Na2Oeq (%) Li (%) Voltagem Perfil
(mm) Média Desvio padrão
Média Desvio padrão
10 0,024 0,004 0,004 0,000 20 0,086 0,016 0,016 0,000 30 0,120 0,017 0,017 0,000 40 0,099 0,008 0,008 0,000
20
50 0,073 0,005 0,005 0,000 10 0,038 0,003 0,003 0,000 20 0,050 0,010 0,010 0,000 30 0,085 0,006 0,006 0,000 40 0,081 0,005 0,005 0,000
40
50 0,059 0,003 0,003 0,000 10 0,031 0,003 0,003 0,000 20 0,058 0,008 0,008 0,000 30 0,095 0,009 0,009 0,000 40 0,092 0,003 0,003 0,000
60
50 0,052 0,003 0,003 0,000
Tabela 43 – Percentagem de lítio e Na2Oeq (obtidas por EAA) existente nos vários centímetros dos betões referentes aos ensaios de migração lítio/água a 20, 40 e 60 V.
Na2Oeq (%) Li (%) Voltagem Perfil
(mm) Média Desvio padrão
Média Desvio padrão
10 0,069 0,015 0,006 0,000 20 0,040 0,002 0,002 0,000 30 0,076 0,003 0,000 0,000 40 0,104 0,001 0,000 0,000
20
50 0,063 0,003 0,000 0,000 10 0,063 0,003 0,000 0,000 20 0,035 0,005 0,012 0,000 30 0,035 0,003 0,005 0,000 40 0,044 0,010 0,005 0,000
40
50 0,073 0,000 0,000 0,000 10 0,070 0,001 0,001 0,000 20 0,073 0,000 0,000 0,000 30 0,023 0,001 0,008 0,000 40 0,021 0,007 0,006 0,000
60
50 0,053 0,001 0,001 0,000
A-54
IV.2. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL POR MEV/EDS DOS BETÕES SUJEITOS
AOS ENSAIOS DE DIFUSÃO DO IÃO LÍTIO POR IMERSÃO A 20 ºC
Nas figuras 129 e 130 apresentam-se alguns dos aspectos do gel da RAS e da etringite
nas duas formas acicular e massiva observadas nas amostras de betão dos ensaios de
imersão em água e lítio a 20 ºC.
Figura 129 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos ensaios de imersão em água a 20 ºC, a) imagem geral da amostra onde é visível a disseminação da etringite na forma massiva; b) etringite acicular numa interface; c) e d) gel da RAS em interfaces agregado/pasta.
A B
C D
A-55
Figura 130 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos ensaios de imersão em lítio a 20 ºC, a) imagem geral da amostra onde é visível a disseminação da etringite na forma massiva; b) ampliação da imagem anterior; c) aspecto de uma interface agregado/pasta afectado por um gel da RAS com uma morfologia ligeiramente diferente da forma compacta habitual; d) zonas com gel de aspecto compacto.
C D
A B
A-56
IV.3. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL POR MEV/EDS DOS BETÕES SUJEITOS
AOS ENSAIOS DE MIGRAÇÃO
Análise da microestrutura por MEV
Nas figuras 131 a 133 apresentam-se alguns dos aspectos da microestrutura observada
nas amostras de betão dos ensaios de migração de lítio a 20, 40 e 60 V.
Figura 131 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos ensaios de migração a 20 V, a) imagem geral da amostra onde é visível formação de gel; b) ampliação da imagem anterior; c) aspecto de uma agregado silícioso afectado pela RAS; d) a f) zonas com gel sendo visível o aspecto ligeiramente alveolar.
C D
A B
F E
A-57
Figura 132 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos ensaios de migração a 40 V, a) de um agregado onde é visível em ampliação b) a coexistência de RAS e etringite; c) gel da RAS; d) etringite na sua forma massiva.
Figura 133 – Aspectos da observação da microestrutura ao MEV do betão sujeito aos ensaios de migração a 60 V de uma zona de interface onde é visível em maior ampliação um agregado afectado por RAS.
C D
A B
A-58
Análise da pasta por MEV/EDS Na tabela 44 apresentam-se os valores obtidos por MEV/EDS para a razão Ca/Si e para
o teor atómico de Na2Oeq da pasta de cimento aos 180 dias dos diferentes betões sujeitos
aos ensaios de migração e para o betão inicial.
Tabela 44 – Análise semi-quantitativa EDS dos elementos da pasta de cimento do primeiro centímetro dos betões sujeitos aos ensaios de migração em comparação com os valores para o betão inicial.
O Na Mg Al Si S K Ca Fe Ca/Si Na2Oeq Média 58,19 0,09 0,38 1,29 4,22 0,31 0,09 10,39 0,69 2,46 0,15 inicial Desvio Padrão 2,41 0,03 0,11 0,23 0,46 0,06 0,04 0,71 0,25 0,22 0,01 Média 61,63 0,03 0,34 1,05 4,49 0,25 0,01 10,11 0,47 2,26 0,04 20 V Desvio Padrão 0,90 0,02 0,04 0,16 0,39 0,05 0,01 0,83 0,06 0,04 0,01 Média 55,36 0,06 0,50 1,90 7,30 0,38 0,02 15,38 1,14 2,11 0,07 40 V Desvio Padrão 2,10 0,03 0,11 0,46 0,51 0,06 0,03 1,08 0,30 0,05 0,02 Média 58,57 0,02 0,39 1,31 4,66 0,24 0,02 10,00 0,59 2,15 0,04 60 V Desvio Padrão 1,00 0,01 0,06 0,21 0,25 0,04 0,02 0,49 0,15 0,09 0,01