Avaliação de concretos contendo cinza de biomassa com alto teor de álcalis

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

RAFAEL DO NASCIMENTO CAMPOS

AVALIAO DA DURABILIDADE EM CONCRETOS COM ADIO DE CINZA DE BIOMASSA COM ELEVADO TEOR DE LCALIS

FEIRA DE SANTANA, BA BRASIL

MARO DE 2015

Rafael do Nascimento Campos


Dissertao submetida ao corpo docente do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil e Ambiental como parte dos requisitos necessrios obteno do Ttulo de Mestre em Cincias em Engenharia Civil e Ambiental.

Orientador: Prof. D.Sc. Paulo Roberto Lopes Lima

Co-orientadora: Prof D.Sc. Cintia Maria Ariani Fontes

FEIRA DE SANTANA, BA BRASIL

MARO DE 2015

Ficha Catalogrfica Biblioteca Central Julieta Carteado

Campos, Rafael do Nascimento C21a Avaliao da durabilidade em concretos com adio de cinza de biomassa

com elevado teor de lcalis / Rafael do Nascimento Campos Feira de Santana, 2015.

97 f.: il.

Orientador: Paulo Roberto Lopes Lima Co-orientador: Cintia Maria Ariani Fontes.

Dissertao (mestrado) Universidade Estadual de Feira de Santana, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

1. Concreto - durabilidade. 2. Cinzas residuais - biomassa. I. Lima, Paulo Roberto Lopes, orient. I. Fontes, Cintia Maria Ariani,co-orient. III. Universidade Estadual de Feira de Santana. IV. Ttulo.

CDU: 624: 666.974

ii

DEDICATRIA

minha me Valdina, minha mezinha Neca

(in memoriam) e minha irm Camila pelo amor e incentivo.

iii

AGRADECIMENTOS

Agradecer, aprendi com minha me que nunca demais. um ato de educao muito simples, mas que o mnimo que se pode fazer em retribuio ao prximo.

Deus permitiu que eu chegasse at aqui e no tenho palavras para dizer o quo feliz estou por conseguir este mrito.

minha me, Valdina, por estar presente em todos os momentos, por compartilhar comigo angstias e vitrias, por me incentivar e muitas vezes abrir mo de muitas coisas para que eu alcanasse meus anseios.

minha irm, Camila, pelo apoio incondicional, incentivo e por sempre demonstrar que acredita que eu posso chegar mais alto.

Ao meu irmo Flvio pelo apoio e torcer por minhas vitrias.

s minhas sobrinhas Ana, Bella e Mona que, apesar de novinhas, entenderam que em muitos momentos no podiam brincar no computador com titio porque ele estava estudando.

minha av Detinha e aos meus familiares, principalmente tia Valma (Mama) e tio Dgo, pelas oraes, pelas conversas, pela torcida. Eu sei o quanto esto felizes tambm.

professora Cintia Fontes, pela orientao, pelos dilogos, pela presteza e principalmente pelo aprendizado. s vezes algumas rpidas conversas trouxeram solues em momentos em que o estresse no deixava enxergar.

Ao professor Paulo Roberto, pelo conhecimento compartilhado, pelas dvidas esclarecidas e pelo apoio nas decises difceis. importante entender que numa orientao preciso perceber os dois lados e os dilogos fluem.

E, sem dvida alguma, impossvel no agradecer aos amigos cuja amizade e companheirismo foram essenciais nessa trajetria.

Daniele (Dani Chan), eu no conseguiria fazer todo o meu trabalho sem a sua ajuda, sua disponibilidade e sua amizade verdadeira. Meus concretos nunca seriam os mesmos, nunca conseguirei agradecer altura.

iv

Heni Mirna (Beb), que veio chegando aos poucos e conquistou a minha amizade. Aprendi com voc que sempre se pode fazer mais pelos amigos, que sempre se pode estar mais presente para os amigos. Sem voc, nossas conversas, compartilhamentos de emoes e dvidas nessa reta final fariam falta.

Alex (Mangue), nosso anseio de comear este mestrado se tornou realidade. Nossos estudos juntos at altas horas, nossas conversas, nossas discusses sobre os resultados um do outro e a busca por justificativas fizeram a diferena e por isso chegamos at aqui!

A todos os companheiros de mestrado, pela convivncia e troca de experincias: Dnia, Rebeca, Ana Amlia, Ana Paula, Mailson, Srgio e Vinicius.

Obrigado a minha grande amiga Priscilla Santos por todas as conversas, dicas, incentivos, ensinamentos, dvidas tiradas...enfim, por sua presena mesmo com a nossa atual distncia geogrfica!

s amigas Juliana Paranhos, Vernica Britto e Sara Lopes, por entenderem que, em muitas vezes, eu no podia estar com vocs por dedicao ao mestrado, mas que todos os momentos em que pudemos, fizeram a diferena para revigorar minhas energias.

Ao professor Washington Moura, uma pessoa incrvel, um professor mpar, que est sempre disponvel para discutir uma dvida e dar conselhos. Aprendi muito e admiro muito.

Ao Professor Daniel Vras, pela presteza ao possibilitar o uso das instalaes do LEDMa/UFBA para que eu realizasse alguns dos meus ensaios, primordiais a minha pesquisa. E, com toda a certeza agradeo tambm ao colega Silas Andrade, pea chave e companheiro nos meus ensaios na UFBA, pois sem ele nada seria possvel.

Professora Socorro e aos funcionrios do PPGECEA e do LABOTEC I e II, Mariana, Ctia, Uilliana, Mirela, Ana Lcia, Carla, Rosana, Suane, Sr. Nilson, D. Carmem, Jaci.

Sem vocs, a caminhada no seria possvel.

CAPES pelo apoio financeiro a esta pesquisa.

Universidade Estadual de Feira de Santana, pela oportunidade de voltar casa e fazer parte do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil e Ambiental.

v

Agradeo a todos que fizeram parte desta trajetria e entenderam a importncia dessa realizao para mim.

vi

Resumo da Dissertao apresentada ao PPGECEA/UEFS como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)



Maro/2015

Orientador 1: Paulo Roberto Lopes Lima, D.Sc.

Orientador 2: Cintia Maria Ariani Fontes, D.Sc.

Programa: Engenharia Civil e Ambiental

A utilizao de cinzas residuais como adio mineral na produo de argamassas e concretos tem contribudo para melhoria das propriedades desse material e aumentar a sustentabilidade da construo civil. No entanto, as cinzas de biomassa oriundas da queima de resduos agrcolas usualmente possuem elevado teor de lcalis, o que pode resultar em reaes expansivas e danosas aos elementos construtivos produzidos com a incorporao desse material. O objetivo desse trabalho avaliar a durabilidade de concretos com a adio de 5% e 10% de dois tipos de cinza de biomassa gerada da queima de eucalipto e casca de amndoa de cacau. Foram realizados ensaios de absoro de gua por imerso, ndice de vazios e massa especfica, absoro por capilaridade, resistncia compresso, resistncia trao por compresso diametral, ensaio acelerado de expanso de barras de argamassa, carbonatao, migrao inica e resistividade eltrica. Os resultados demonstram a potencialidade de uso de at 10% da cinza, promovendo, de forma geral manuteno das propriedades analisadas.

Palavras-chave: cinza de biomassa, lcalis, durabilidade, concreto.

vii

Abstract of Dissertation presented to PPGECEA/UEFS as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

DURABILITY EVALUATION IN CONCRETE WITH ADDITION OF A HIGH ALKALI CONTENT BIOMASS ASH


March/2015

Advisor 1: Paulo Roberto Lopes Lima, D.Sc.

Advisor 2: Cintia Maria Ariani Fontes, D.Sc.

Department: Civil and Environment Engineering

The use of wasting ash as a mineral admixture in the production of mortars and concretes has contributed to improve the properties of the material and increase the sustainability of construction. However, the biomass ashes from burning agricultural wastes usually have a high alkali content, which may result in expanding reactions and harmful the building elements produced by incorporating this material. The aim of this study is to evaluate the durability of concrete with the partial replacement of Portland cement by 5% and 10% of two types of biomass ash from the burning of eucalyptus and cocoa almond bark. Were performed tests as water absorption, voids and density, capilarity, compressive strength, diametral tensile strength, expansion of the accelerated mortar bar method, carbonation, ion migration and electrical resistivity. The results demonstrate the potential use of up to 10% ash, promoting, generally maintaining the analyzed properties.

Keywords: biomass ash, alkali, durability, concrete

viii

SUMRIO 1 INTRODUO ........................................................................................................1

1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................... 3

1.1.1 Geral ..................................................................................................................... 3 1.1.2 Especficos ............................................................................................................ 3

1.2 Estrutura da dissertao ..................................................................................... 3

2 CINZA DE BIOMASSA NA CONSTRUO CIVIL .........................................5 3 DURABILIDADE DO CONCRETO .....................................................................8

3.1 MECANISMOS DE TRANSPORTE NO CONCRETO .................................. 9

3.1.1 Escoamento ........................................................................................................ 10

3.1.2 Difuso ................................................................................................................ 11

3.1.3 Absoro capilar ................................................................................................ 12

3.2 CARBONATAO ........................................................................................ 13 3.2.1 Mecanismo de carbonatao ............................................................................ 13

3.2.2 Profundidade de carbonatao ........................................................................ 15

3.2.3 Variabilidade do mtodo de ensaio de carbonatao e fatores de influncia.... ........................................................................................................................ 16 3.2.4 Efeitos das adies Minerais ............................................................................. 18

3.3 REAO LCALI-SLICA (RAS) ................................................................ 19 3.3.1 Fenmeno das reaes ....................................................................................... 19 3.3.2 Fatores de influncia da RAS ........................................................................... 26 3.3.3 Mtodos de investigao da RAS ..................................................................... 29 3.3.4 Mitigao da RAS .............................................................................................. 32

3.4 FATORES DO CONCRETO QUE INFLUENCIAM A CORROSO DE ARMADURAS ........................................................................................................... 34

3.4.1 Migrao inica ................................................................................................. 34 3.4.2 Resistividade do concreto ................................................................................. 35

4 PROGRAMA EXPERIMENTAL ........................................................................38

4.1 MATERIAIS .................................................................................................... 38

4.1.1 Cimento Portland .............................................................................................. 38 4.1.2 Agregados ........................................................................................................... 39

4.1.3 Cinza de Biomassa ............................................................................................. 41

ix

4.1.4 Aditivo qumico ................................................................................................. 44 4.1.5 gua .................................................................................................................... 45

4.2 MTODOS ...................................................................................................... 45 4.2.1 Produo de concreto ........................................................................................ 45

4.2.2 Absoro de gua por imerso, ndice de vazios e massa especfica ............. 47 4.2.3 Absoro de gua por capilaridade ................................................................. 48 4.2.4 Resistncia compresso .................................................................................. 49 4.2.5 Resistncia trao por compresso diametral ............................................. 50 4.2.6 Ensaio acelerado de expanso em barras de argamassa ................................ 51

4.2.7 Ensaio de carbonatao .................................................................................... 53

4.2.8 Ensaio de migrao inica ................................................................................ 56 4.2.9 Ensaio de resistividade eltrica ........................................................................ 61 4.2.10 Anlise estatstica .............................................................................................. 63

5 ANLISE E DISCUSSO DE RESULTADOS ..................................................64 5.1 ENSAIOS FSICOS ......................................................................................... 64

5.1.1 Absoro de gua por imerso, ndice de vazios e massa especfica ............. 64 5.1.2 Absoro de gua por capilaridade ................................................................. 66

5.2 ENSAIOS MECNICOS ................................................................................ 69 5.2.1 Resistncia compresso .................................................................................. 70 5.2.2 Resistncia trao por compresso diametral ............................................. 71

5.3 ENSAIOS DE DURABILIDADE ................................................................... 73

5.3.1 RAS ..................................................................................................................... 73 5.3.2 Carbonatao ..................................................................................................... 75 5.3.3 Migrao inica ................................................................................................. 78 5.3.4 Resistividade eltrica ......................................................................................... 80

6 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................82 6.1 SUGESTO PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................. 83

REFERNCIAS ............................................................................................................84

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Relao do mecanismo de transporte e a dimenso dos poros em metros. Fonte: AITCIN (2003). ................................................................................................... 10Figura 2 - a) Slica cristalina; b) slica amorfa. Fonte: Santos & Brito (2008). ............. 21Figura 3 - Estrutura da slica no plano. Fonte: Paulon apud Sabbag (2003). ................. 22Figura 4 - Associao dos ctions aos ons H-. Fonte: Wang & Gillott (1991). ............ 22Figura 5 - Ataque s ligaes do grupo siloxano. Fonte: Wang & Gillott (1991).......... 22Figura 6 - Distribuio dos ons adjacentes na superfcie do slido, segundo o conceito da dupla camada difusa. Fonte: Mitchell (1992). ........................................................... 23Figura 7 - Detalhe do gel exsudado a partir de uma fissura na superfcie do concreto. Fonte: Hasparyk (2005). ................................................................................................. 24Figura 8 - Estrutura degradada pela RAA possivelmente RAS em Recife-PE. Fonte: Andrade (2006). .............................................................................................................. 25Figura 9 - Bloco de fundao com padro de fissurao tpico de RAA. Fonte: Pecchio et al. (2006). .................................................................................................................... 25Figura 10 - Estrutura degradada pela RAA possivelmente RAS no Viaduto Robert-Bourassa - Charest, Qubec, Canada. Fonte: Sanches (2010). ....................................... 25Figura 11 - Fatores condicionantes para a RAS. ............................................................ 26Figura 12 - Desenvolvimento da expanso da RAS nas temperaturas de 20C e 38C. Fonte: Hasparyk (2011). ................................................................................................. 28Figura 13 - Aumento volumtrico do gel exsudado: a) a 50C; b) a 200C. Fonte: Hasparyk (2011). ............................................................................................................ 29Figura 14 - Curva granulomtrica do cimento................................................................ 38Figura 15 - Distribuio granulomtrica do agregado mido utilizado ......................... 40Figura 16 - Cinzas de biomassa coletadas em Ilhus-BA. ............................................. 41Figura 17 - a) Moinho de bolas; b) cilindro de porcelana e corpos moedores de alumina utilizados no processo de moagem. ................................................................................ 42Figura 18 - Difrao de raios-X das cinzas de biomassa ciclone e fornalha. ................. 43Figura 19 - Curvas granulomtricas das cinzas de biomassa ciclone e fornalha. ........... 44Figura 20 - Betoneira com capacidade de 320L do Laboratrio de Materiais de Construo da UEFS. ..................................................................................................... 46Figura 21 - Ensaio de abatimento do tronco de cone. .................................................... 47

xi

Figura 22 - a) Pesagem do corpo de prova; b) Pesagem hidrosttica do corpo de prova. ........................................................................................................................................ 48Figura 23 - a) Selagem do corpo de prova com plstico filme; b) Detalhe do corpo de prova selado. ................................................................................................................... 48Figura 24 - a) Corpos de prova em recipiente com lmina de 5mm de gua sobre tela plstica; b) aferio da massa do corpo de prova. .......................................................... 49Figura 25 - a) Faceadora de corpos de prova de concreto; b) Faceamento de corpo de prova. .............................................................................................................................. 50Figura 26 - Prensa servo-hidrulica do Laboratrio de Materiais de Construo LABOTEC/UEFS. .......................................................................................................... 50Figura 27 - (a) Prensa com aparato para ensaio de trao por compresso diametral; (b) Detalhe do corpo de prova. ............................................................................................. 51Figura 28 - a) Moldagem das barras de argamassa; b) Amostras em soluo com temperatura controlada; c) Leitura da expanso das amostras. ...................................... 52Figura 29 - a) Corte dos corpos de prova cilndricos; b) Detalhe do corpo de prove recm cortado. ................................................................................................................ 53Figura 30 - Esquema de corte dos corpos de prova para o ensaio de carbonatao. ...... 54Figura 31 - a) Amostras em estufa 105C; b)Impermeabilizando as laterais dos corpos de prova com parafina. ................................................................................................... 54Figura 32 Corpos de prova em cmara de carbonatao no laboratrio. .................... 55Figura 33 - Definindo a escala no software ImageJ. ...................................................... 55Figura 34 - Calculando a rea carbonatada. ................................................................... 56Figura 35 - Esquema de corte dos corpos de prova para o ensaio de migrao inica. . 57Figura 36 - a) Tcnica adaptada para seleo de amostras mais semelhantes (RIBEIRO, 2010); b) Seleo de amostras para o ensaio de migrao inica. ................................. 57Figura 37 - Equipamento de migrao inica. ................................................................ 58Figura 38 - Correlao emprica entre condutividade (mS/cm) e o teor de NaCl (M). .. 59Figura 39 - Padro do ensaio de migrao de cloretos, onde () o time lag, () e () so o incio e fim, respectivamente, do estado estacionrio de difuso. Fonte: RIBEIRO (2010). ............................................................................................................................ 59Figura 40 - Sonda Wenner RESIPOD para aferio de resistividade eltrica................ 61Figura 41 - Funcionamento da sonda Wenner RESIPOD. Fonte: www.jroma.pt. ......... 62Figura 42 - Sonda Wenner Surf GIATEC SCIENTIFIC para aferio de resistividade eltrica. ........................................................................................................................... 63

xii

Figura 43 - a)Absoro de gua por imerso e b) ndice de vazios relativos de concretos contendo cinzas............................................................................................................... 64Figura 44 - Massa especfica aparente de concretos contendo cinzas. ........................... 65Figura 45 - Resultados de Absoro de gua por capilaridade das misturas estudadas aos 28 dias. ............................................................................................................................ 66Figura 46 - Resultados de Absoro de gua por capilaridade das misturas estudadas aos 56 dias. ............................................................................................................................ 67Figura 47 - Absoro capilar das misturas a) CC10 e b) CF10 28dias em mesmo estgio de ensaio. ........................................................................................................................ 68Figura 48 - Resultados do ensaio de resistncia compresso aos 28 e 56dias de idade do concreto. .................................................................................................................... 70Figura 49 - Resistncia trao por compresso diametral relativa. ............................. 72Figura 50 - Resultado do mtodo acelerado com barras de argamassa C 1260 (ASTM, 2007). .............................................................................................................................. 73Figura 51 - Expanses aos 14 dias pelo mtodo acelerado de barras de argamassa. ..... 74Figura 52 - Corpos de prova ao final do ensaio. ............................................................. 75Figura 53 - Profundidade de carbonatao dos concretos estudados. ............................ 76Figura 54 - Evoluo da profundidade de carbonatao dos concretos estudados e identificao do coeficiente de carbonatao. ................................................................ 77Figura 55 - Fotografia das amostras com 28dias de idade com a finalizao do ensaio de carbonatao: a) REF, b) CF10 e c) CC10. .................................................................... 77Figura 56 - Fotografia das amostras com 56dias de idade com a finalizao do ensaio de carbonatao: a) REF, b) CF10 e c) CC10. .................................................................... 78Figura 57 - Evoluo da concentrao de cloreto na soluo da clula andica ( = incio do estado estacionrio e = final do estado estacionrio). .................................. 78Figura 58 - Fluxo de ons cloreto (JCl) pelas amostras de concreto............................... 79Figura 59 - Resistividade dos concretos REF, CF10 e CC10. ........................................ 80

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Listagem de concentrao de CO2 utilizadas por alguns pesquisadores. Fonte: Pauletti (2004). ............................................................................................................... 17Tabela 2 - Relao entre resistividade eltrica e risco de corroso proposta pelo CEB 192. Fonte: Abreu (1998). .............................................................................................. 36Tabela 3 - Caracterizao granulomtrica do cimento Portland ..................................... 39Tabela 4 Caracterizao fsica do agregado mido ..................................................... 39Tabela 5 - Caracterizao fsica do agregado grado ..................................................... 41Tabela 6- Composio qumica das cinza de biomassa .................................................. 42Tabela 7 - Caracterizao granulomtrica das cinzas de biomassa aps a moagem ...... 44Tabela 8 - Quantidade de materiais para produo de 1m3 de concreto......................... 45Tabela 9 - Sequncia de produo do concreto .............................................................. 46Tabela 10 - Absoro de gua por imerso, ndice de vazios e massa especfica aparente das misturas de concreto em estudo. .............................................................................. 64Tabela 11 - Anlise de varincia para misturas contendo cinza na propriedade de massa especfica aparente. ......................................................................................................... 66Tabela 12 - Absoro de gua por capilaridade dos concretos estudados ...................... 67Tabela 13 - Anlise de varincia para misturas contendo cinza na propriedade de absoro capilar aos 28 dias. .......................................................................................... 69Tabela 14 - Anlise de varincia para misturas contendo cinza na propriedade de absoro capilar aos 56 dias. .......................................................................................... 69Tabela 15 - Resultados dos ensaios mecnicos desenvolvidos. ..................................... 70Tabela 16 - Relao entre a resistncia trao por compresso diametral e a resistncia compresso................................................................................................................... 72

1

1 INTRODUO

A introduo de fontes de energias baseadas em queima da biomassa vem se apresentando como uma oportunidade de singular importncia. Diante da necessidade de minimizao das emisses globais de CO2, o simples uso da biomassa faz com que os nveis de emisso de poluentes para a atmosfera se mantenham constantes, pois ao ser queimada, o CO2 liberado proporcional ao absorvido pelas plantas durante a fotossntese (FOLETTO et al., 2005). Vantagens como estas, fazem com que a biomassa seja uma opo estratgica para o Brasil.

O termo biomassa usado para descrever todas as formas de plantas e derivados que podem ser convertidos em energia utilizvel como, por exemplo, madeira, resduos urbanos e florestais, gros, talos, leos vegetais e lodo de tratamento biolgico de efluentes. Essa energia gerada pela biomassa, tambm conhecida como energia verde ou bioenergia, fazendo uma vinculao da nomenclatura sua fonte.

As fontes de energia renovveis, como o caso da produzida pela biomassa, esto em harmonia com o desenvolvimento sustentvel e em equilbrio com a natureza. Alm disso, os resduos de biomassa, quando processados adequadamente, podem gerar energia que contribui para o desenvolvimento econmico e social da regio em que est localizada a atividade produtiva.

Como a agricultura a principal fonte de renda em vrias localidades do Brasil, h uma grande gerao de resduos agroindustriais provenientes dessa atividade. O alto poder calorfico da maior parte desses resduos, a ausncia de espaos para a sua disposio e o seu baixo custo vm contribuindo para que o mesmo seja utilizado como biomassa em fornos e caldeiras, convertendo-se em energia trmica e eltrica. Para torrefao de caf, por exemplo, os teores de cinza apresentados pelos carves derivados da palha do caf foram da ordem de 14,80 e 15,60% da biomassa queimada (SAITER, 2008).

No entanto, apesar da diminuio considervel da quantidade de cinza gerada, em relao ao material que foi queimado, a quantidade dessa biomassa utilizada demasiadamente grande. Por consequncia, a cinza gerada tambm em proporo de grandes toneladas e, sendo assim, a gerao desse subproduto tem sido atualmente o principal problema ambiental do setor agroindustrial. No processo de torrefao de

2

gros de cacau, somente uma empresa localizada no sul da Bahia gera 15 toneladas por ms de cinza, a qual ser analisada neste estudo.

Logo, surge a necessidade de destinao desta grande quantidade de cinza de biomassa gerada, aliada a busca pelo baixo custo de investimento pelo gerador do resduo. Essa gerao das cinzas tem feito com que se adotem prticas de sua deposio em reas inadequadas e sem as medidas de proteo necessrias. Em decorrncia dessas aes, vem a possibilidade de que elementos como metais pesados e ons sulfato estejam presentes nestas cinzas, gerando contaminao (OSTERAS et al., 2005). Sabe-se que estes metais pesados podem ser solubilizados e, tendo acesso ao lenol fretico, podem contaminar fontes de abastecimento atuais e potenciais, alm de provocar a prpria contaminao do solo onde aplicado.

Por outro lado, as caractersticas qumicas desse resduo torna-o fonte de nutrientes para as plantas e como condicionador do solo de baixo custo. No entanto, o uso inadequado, como, por exemplo, em quantidades excessivas, pode resultar em danos ao solo da rea onde realizada sua aplicao, pelas alteraes provocadas nas relaes entre os nutrientes presentes (ALBUQUERQUE et al., 2002).

Uma das formas de minimizar o impacto da deposio da grande quantidade de cinzas o seu aproveitamento na construo civil como, por exemplo, adio mineral na fabricao de concretos e argamassas. Vrios aditivos minerais oriundos de subprodutos so empregados atualmente, dentre os quais se destacam a cinza volante e a cinza da casca de arroz.

Alm dos aspectos econmicos e ambientais, a utilizao desses materiais pode resultar em melhorias no desempenho de argamassas e concretos. Pesquisas realizadas indicam benefcios na reologia, nas propriedades mecnicas e na durabilidade proporcionados pelo emprego de aditivos minerais nestes materiais (NEVILLE, 1997; SABIR et al., 2001; CORDEIRO, 2006). Porm, o sucesso da aplicao de cinzas como material de construo depende da composio qumica e mineralgica da biomassa que a originou, a qual est diretamente associada ao tipo de resduo utilizado.

No que tange a composio qumica do material, um dos fatores que chamam a ateno o teor de lcalis do cimento, pois podem acarretar reaes qumicas danosas a pastas, argamassas ou concretos. Essas reaes geram um gel expansivo slico-alcalino que

3

pode comprometer gravemente a durabilidade do concreto, permitindo tambm o acesso de outros agentes agressivos.

A cinza de biomassa utilizada neste trabalho proveniente de uma fbrica situada na regio do cacau, no municpio de Ilhus-BA, e um resduo proveniente de fornos para gerao de energia. Por possuir um alto teor de lcalis e composio qumica atpica para adies minerais usualmente utilizadas, esta pesquisa pretende verificar sua influncia em propriedades de durabilidade de um concreto convencional, atravs da adio deste resduo.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Geral

Estudar propriedades de durabilidade em concretos com a adio de cinza de biomassa (CB) com alto teor de lcalis.

1.1.2 Especficos

Beneficiamento da CB atravs de peneiramento e moagem;

Caracterizao da CB atravs de ensaios fsicos (massa especfica, granulometria a laser) e qumicos (composio qumica);

Investigao de propriedades de durabilidade em concretos produzidos com CB, atravs de ensaios de verificao da expanso de barras de argamassa, migrao inica, carbonatao, absoro capilar e resistividade do concreto.

1.2 ESTRUTURA DA DISSERTAO

O trabalho est dividido em cinco captulos. No captulo 1 apresentada a introduo, abordando a temtica da utilizao da cinza de biomassa nas indstrias e aborda-se a no existncia de uma destinao bem definida para ela. Traz tambm a relevncia do trabalho e os objetivos geral e especficos.

No captulo 2, uma reviso de literatura aborda os aspectos da durabilidade de concretos, os mecanismos de transporte existentes nesses concretos que influenciam na

4

maior ou menor penetrao de agentes agressivos e a utilizao das cinzas de biomassa para a produo de materiais cimentcios.

O captulo 3 apresenta o programa experimental, onde so mostradas as caractersticas dos materiais utilizados, a metodologia de caracterizao, e os ensaios adotados para a anlise das propriedades dos concretos estudados.

No captulo 4 so apresentados os resultados obtidos nos ensaios executados, bem como a sua discusso, baseada em anlises estatsticas e literaturas pertinentes.

O captulo 5 aborda as consideraes finais e sugestes para futuros trabalhos.

5

2 CINZA DE BIOMASSA NA CONSTRUO CIVIL

Vrios estudos realizados e em andamento tem focado na viabilizao de uso das diversas cinzas de biomassa na construo civil, principalmente como adies minerais.

Em estudo realizado com a cinza da casca de arroz (CCA), Bezerra et al. (2011) confeccionaram argamassas de assentamento com trao de 1:2:9 (cimento: cal: areia) com teores de substituio do cimento pela cinza de 0, 6, 9, 15 , 20 e 30%. Foi verificada a sua alta finura e rea superficial, seu alto teor de slica (83,41%), teor de lcalis superior a 1,6%, alm de identificao de sua estrutura como amorfa e sua pozolanicidade, segundo a NBR 12653 (ABNT, 1992). Os resultados obtidos mostraram aumento da resistncia compresso simples para todas as argamassas quanto mais avanado foi o perodo de cura estabelecido, exceto com substituio de 6%, indicando ineficincia desta pozolana neste teor; diminuio na absoro de gua por imerso para os teores de 6, 9 e 15% em relao referncia, provavelmente, devido ao refinamento dos poros e favorecimento do empacotamento, mas houve aumento na absoro para os teores de 20 e 30%, possivelmente devido grande quantidade da cinza utilizada, cuja dimenso da partcula inferior e o volume superior ao do cimento, no favorecendo o empacotamento na argamassa pela grande quantidade de finos e gerando mais poros.

Em outro estudo tambm com CCA, Kieling et al. (2009) estudaram a influncia da substituio de 0, 5 e 10% em volume do cimento por cinza na aderncia de argamassas de revestimento em substratos compostos por blocos cermicos estruturais. A cinza analisada passou por analise qumica apenas qualitativa, sendo atravs da difrao de raio-X, indicando a presena predominante de silcio (Si), mas tambm de outros elementos, como por exemplo, potssio, clcio, fsforo, ferro, enxofre e, em menor quantidade, alumnio, magnsio, cloro, mangans, zinco e titnio. Tambm foram analisadas nas argamassas a resistncia ao arrancamento e a extenso de aderncia, e pde ser constatado que a argamassa com de 5% apresentou uma maior resistncia de aderncia e uma menor quantidade de vazios na interface.

Paula et al. (2009) utilizaram a cinza do bagao da cana-de-acar (CBCA) em substituio parcial do cimento, sendo os teores de substituio ao cimento nos teores de 0, 10, 20 e 30%. A pesquisa indicou que a cinza apresenta atividade pozolnica e, atravs de anlise qumica, verificou-se quase 84% de slica e teor de Na2Oeq inferior a 4%. Os resultados dos ensaios de resistncia compresso aos 28 dias indicaram

6

resistncias estatisticamente iguais para as argamassas com substituio de 0, 10% e 20% de cimento pela cinza. Constatou-se viabilidade de uso de ate 20% de cinza sem prejuzo a resistncia compresso.

Cordeiro et al. (2012) desenvolveu um estudo com duas cinzas de biomassa, a CCA e a CBCA em concretos, com a substituio de 20% em massa do cimento Portland. Com relao composio qumica, ambas as cinzas possuam teor bastante elevado de slica e somente a CBCA apresentava teor de lcalis equivalente acima do limite de 1,5% da NBR 12653 (ABNT, 2012). Os teores de slica e lcalis equivalentes foram respectivamente de 78,3% e 2,40% para a CBCA e 82,6% e 1,28% para a CCA. O ensaio de resistncia compresso aos 28 dias da mistura de referncia e da mistura com CBCA foram consideradas estatisticamente iguais, enquanto que a mistura contendo CCA apresentou aumento de 33% na resistncia, devido alta atividade pozolnica desenvolvida pela cinza.

Lima & Rossignolo (2008) utilizaram a cinza de casca de castanha de caju em substituio parcial ao cimento Portland nos teores de 0, 2,5, 5, 10, 15, 20 e 30%. A partir do estudo, foi verificado que a cinza tinha um teor de slica de 12,17% e um teor de lcalis de 18,02%, considerado muito alto. Para argamassas no estado fresco, houve aumento progressivo do teor do ar incorporado, proporcional ao teor de cinza utilizado. J os resultados de resistncia compresso comprovaram a ausncia de atividade pozolnica, pois eles diminuram com o aumento do teor de cinza, indicando estatisticamente viabilidade de substituio de somente para o teor 2,5% de substituio.

Nakanishi (2013) fez uma investigao com a utilizao de cinza residual da queima de capim elefante para utilizao como material pozolnico em substituio ao cimento, cujo teor de slica chegou at 47,50% nas folhas. Porm, foi constatado um alto teor de lcalis equivalente (Na2Oeq) nesta cinza, principalmente K2O, chegando a pouco mais que 16%. A autora fez o estudo de duas formas de mitigar a presena dos lcalis, atravs de tratamento com gua a 70C, com uma concentrao de cinza a 0,6kg/L, permanncia do aquecimento atrelado agitao por 30minutos, filtragem da cinza a vcuo e secagem por 24h em estufa a 105C; e o mtodo com cido clordrico, que utilizou uma soluo de 3% v/v de HCl misturada cinza em um erlenmeyer com uma barra magntica por 1h de agitao com aquecimento de 90C, filtragem a vcuo da cinza e secagem em estufa a 60C com circulao de ar por 72h. Os resultados desses

7

mtodos indicaram ineficincia do tratamento com a gua quente e bons resultados com o cido clordrico, reduzindo o teor de lcalis e elevando o teor de slica da cinza (80%), potencializando seu uso como pozolana. Atravs do ensaio de resistncia compresso axial, verificou-se que o teor de at 20% da cinza no implicou na perda da resistncia.

8

3 DURABILIDADE DO CONCRETO

Os conceitos relacionados a durabilidade esto atrelados ao desempenho do material para sua funo planejada, prevendo que no haja interferncia no seu desempenho devido ao desgaste no decorrer do tempo de utilizao esperado. Percebe-se que no incio dos questionamentos sobre durabilidade desde o sculo XX, sempre foram utilizados definies e parmetros subjetivos baseados no bom senso e experincia do profissional, sem um embasamento terico apurado sobre este conceito.

Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2007), a durabilidade de uma estrutura de concreto consiste na capacidade da estrutura resistir s influncias ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no incio dos trabalhos de elaborao do projeto. J os autores Mehta & Monteiro (2008), definem este conceito de concreto durvel, como aquele que resiste e preserva sua forma, qualidade e capacidade de uso originais ao longo da exposio ao ambiente para o qual foi projetado.

Alm disso, Flauzino (1983) tambm fez uma considerao de que, para avaliar o desempenho de um material, necessrio identificar as necessidades do seu determinado uso, como por exemplo, a sua resistncia e os aspectos estticos envolvidos.

De modo geral, pode-se atrelar durabilidade a alguns mecanismos de envelhecimento e deteriorao do concreto, da armadura e da estrutura, propriamente. Para o concreto, esses mecanismos abrangem, segundo a NBR 6118 (ABNT, 2007):

a) lixiviao: por ao de guas puras, carbnicas agressivas ou cidas que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento;

b) expanso por ao de guas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando origem a reaes expansivas e deletrias com a pasta de cimento hidratado;

c) expanso por ao das reaes entre os lcalis do cimento e certos agregados reativos;

d) reaes deletrias superficiais de certos agregados decorrentes de transformaes de produtos ferruginosos presentes na sua constituio mineralgica.

J para a armadura, a mesma norma trata da sua deteriorao atravs da despassivao pelo elevado teor de ons cloro (cloretos) do meio ou por carbonatao, que ocorre pela

9

penetrao do gs carbnico da atmosfera no concreto. Essa despassivao gerada permitir a ocorrncia da corroso das armaduras, que uma reao expansiva e danosa.

E para a estrutura como um todo, a perda da durabilidade est atrelada a fatores relacionados s aes mecnicas, movimentaes de origem trmica, impactos, aes cclicas, retrao, fluncia e relaxao, de acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2007). Percebem-se, ento, os diversos mecanismos e fontes de deteriorao das estruturas de concreto, bem como algumas de suas consequncias. E para compreender melhor o processo de perda de durabilidade, importante conhecer os mecanismos de transporte dos agentes agressivos que penetram no concreto.

3.1 MECANISMOS DE TRANSPORTE NO CONCRETO

Os mecanismos de transporte em um concreto esto ligados diretamente com a sua durabilidade, pois atravs da penetrao de agentes agressivos no concreto, com maior ou menor facilidade, haver influncia direta na sua qualidade.

Os principais fluidos danosos que podem penetrar no concreto so o dixido de carbono, o oxignio e a gua pura ou com ons agressivos, dentre eles sulfatos e cloretos (NEVILLE, 1997). Segundo Mehta & Monteiro (1994), a penetrabilidade destes fluidos tem relao com a formao dos poros e capilares no interior do concreto e, consequentemente, define a permeabilidade maior ou menor nestes concretos. Dessa maneira, possvel avaliar a durabilidade de um concreto atravs de um bom ndice: o coeficiente de permeabilidade (SONG & KWON, 2007).

importante ressaltar que a permeabilidade est relacionada com a continuidade e interconectividade dos canais de poros e vazios, diferentemente da porosidade, que trata da totalidade deles (NEVILLE, 1997).

Alguns fatores determinantes para a formao dessa estrutura interna do concreto so a relao gua-aglomerante, o grau de hidratao, o tipo de cimento, as adies minerais, os agregados, a temperatura, os procedimentos de cura, o adensamento, entre outros (MEHTA & MONTEIRO, 2014). Quanto aos poros, Neville (1997) afirmou que uma caracterstica importante para a permeabilidade que eles devem ter dimenso de pelo menos 120 a 160 nm e serem contnuos. E a permeabilidade fica comprometida quando

10

os poros so descontnuos ou contm gua adsorvida ou, ainda, tm tamanhos superiores a estas dimenses, mas com acessos estreitos.

Ribeiro (2010) afirmou que os poros com dimenses maiores que 10-7 m (100 nm) contribuem para quatro mecanismos de transporte, enquanto que os poros inferiores a esta dimenso influenciariam somente na difuso gasosa e na difuso e migrao inica, conforme mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Relao do mecanismo de transporte e a dimenso dos poros em metros. Fonte: AITCIN (2003).

Existem diversas formas de permeabilidade dos fluidos no interior do concreto e, de acordo com Neville (1997), se subdividem em escoamento, difuso e absoro capilar (capilaridade). Helene (1993) afirmou que, no caso especfico do transporte de cloretos, h a migrao inica, que transporta os ons atravs da ao de um campo eltrico. A seguir so apresentados alguns dos mecanismos de transporte abordados.

3.1.1 Escoamento

O escoamento nomeado por alguns autores tambm de permeabilidade e trata do transporte de fluidos sob diferena de presso. O escoamento dado pelo coeficiente de permeabilidade (K), conforme a equao a seguir, pela lei de Darcy para fluxo laminar atravs do meio poroso (NEVILLE, 1997).

.

.

(2.1)

10

Onde:

dq/dt = taxa do escoamento do fluido (m3/s);

K = coeficiente de permeabilidade (m2);

h = diferena de altura da coluna hidrulica atravs do elemento (gradiente de presso) (m);

A = rea da seo transversal do elemento (m2);

L = espessura do elemento (m).

O coeficiente de permeabilidade de cerca de 10-4 a 10-5 cm/s, em uma pasta de cimento recm misturada, diminuindo com o decorrer da hidratao do cimento, chegando ao final da hidratao com cerca de 10-11 cm/s (MEHTA & MONTEIRO, 2014), haja vista que o preenchimento dos poros dificulta a permeabilidade.

Segundo os mesmos autores, no caso de argamassas e concretos, a incorporao do agregado, que possui baixa permeabilidade (aproximadamente de 10-12 a 10-11 cm/s, para os granitos, por exemplo), deveria gerar uma reduo na permeabilidade da matriz. Porm, na prtica ocorre o inverso, h um aumento da permeabilidade de 1 x 10-10 cm/s para 1 x 10-9 cm/s, para um agregado de 38mm, por exemplo. Isso explicado pela zona de transio agregado-pasta, que, por ser fraca e vulnervel durante a hidratao inicial do cimento, sofre microfissuras. Estas surgem devido a esforos diferenciais entre a pasta e o agregado em funo do carregamento externo e pelas retraes por secagem e trmica, tornando os poros comunicveis e favorecendo a permeabilidade (PAULETTI, 2004; MEHTA & MONTEIRO, 2014).

Segundo Mehta & Monteiro (1994), a permeabilidade pode ser reduzida atravs da diminuio da relao a/c, com um consumo de cimento adequado e condies apropriadas de adensamento e cura.

11

3.1.2 Difuso

A difuso um transporte espontneo de massa dado pela diferena de concentrao em meios diferentes que estejam em contato, na qual a substncia se difunde para igualar as concentraes entre esses meios (RIBEIRO, 2010). No caso do concreto, pode ocorrer o deslocamento de gs ou vapor para o seu interior atravs da difuso. Ela ocorre em poros preenchidos com gua ou com ar, sendo que, no caso da gua, o processo mais lento 104 a 106 vezes do que no caso do ar, de acordo com Neville (1997) e, para Papadakis et al. (1989), essa velocidade nos poros com gua seria cerca de 10-9 m/s menor do que com ar.

Esse mecanismo a forma de transporte predominante para penetrao dos principais agentes agressivos ao concreto, os ons cloreto (transporte espontneo), o CO2 e o O2, que comprometem a durabilidade do concreto armado. No que diz respeito penetrao do CO2, ele o agente responsvel pela carbonatao do concreto (NEVILLE, 1997; PAULETTI, 2004), abrindo portas para agentes agressivos armadura como, por exemplo, o O2. Pode-se afirmar, ento, que este mecanismo de penetrao possui considervel influncia no perodo de iniciao da corroso da armadura (STANISH et al., 2000; SANTOS, 2006).

O coeficiente de difuso efetivo (D) mensura este mecanismo, sendo, no caso de um gs, inversamente proporcional a sua massa molecular, como por exemplo, o do oxignio cerca de 1,17 vezes maior que o do dixido de carbono (NEVILLE, 1997). Neville (1997) afirma que esse coeficiente pode ser expresso segundo a primeira lei de Fick a seguir.

. (2.2)

Onde:

J = velocidade de transporte de massa (kg/m2.s ou moles/m2.s);

D = coeficiente de difuso efetivo (m2/s);

L = espessura do elemento (m);

dc/dL = gradiente de concentrao (kg/m4 ou moles/m4).

12

Houst & Wittmann (1994) indicaram que a difuso dos gases pode ocorrer de trs maneiras: difuso molecular, difuso Knudsen e difuso superficial. A difuso molecular, tambm chamada de difuso de Fick ou normal, ocorre quando o dimetro mdio dos caminhos livres das molculas de gs so inferiores ao dos poros. Assim sendo, a movimentao do gs se d pela coliso das suas molculas e assume-se uniformidade de presso absoluta nas duas extremidades dos poros.

Para a difuso Knudsen, os autores afirmaram caracterstica inversa difuso molecular, ou seja, os poros tm dimetros menores do que os dos caminhos livres e as molculas tendem a colidir mais com as paredes dos poros do que entre si.

E a difuso superficial foi definida pelos autores por ocorrer quando as molculas de gs so movimentadas devido a reaes sucessivas de adsoro e dessoro, de um lado ativo para outro (Van der Waals). Para poros muito grandes, este tipo de difuso poderia ser desconsiderada.

No presente trabalho a difuso do CO2 possui relevncia maior, j que este agente proporciona a carbonatao do concreto, um dos objetos de estudo da pesquisa.

3.1.3 Absoro capilar

Alguns autores nomeiam a absoro capilar por adsoro, soro ou suco capilar (NEVILLE, 1997; CEB, 1993 apud PAULETTI, 2004; BARIN, 2008). Esse mecanismo de transporte ocorre atravs de movimentos capilares nos poros abertos ao meio ambiente e parcialmente secos, no ocorrendo em poros totalmente secos ou saturados, segundo Neville (1997). Outra definio da absoro capilar o transporte de lquidos devido tenso superficial que atua nos poros capilares do concreto (RIBEIRO, 2010).

Neville (1997) ainda abordou que vrios procedimentos diferentes so utilizados para mensurar a absoro capilar de concretos atravs de ensaios e os resultados so diversos, no podendo se basear na absoro para definir a qualidade do concreto indiscriminadamente, pois h diversos fatores que agregam esse conceito ao concreto.

Com relao ao dimetro dos poros do concreto, quanto menor o dimetro, maiores as presses nos poros, gerando tambm maior absoro. Porm, quando os concretos so muito porosos, a tendncia de absoro de gua por permeabilidade e no mais por absoro capilar, j que as presses nos poros diminuem (HELENE, 1986). Vale

13

tambm salientar que este mecanismo de transporte pode ser considerado como de curta durao, haja vista que a gua penetra o concreto at somente uma certa profundidade atravs dos poros capilares, continuando essa absoro por difuso (HELENE, 1993).

Nacionalmente, h a NBR 9779 (ABNT, 2012), que prescreve a metodologia do ensaio de absoro de gua por capilaridade para argamassas e concretos endurecidos, incluindo seus clculos.

3.1.3.1 Efeitos das adies minerais

A insero de adies minerais em argamassas e concretos refinam os poros, principalmente as adies pozolnicas, pelo seu preenchimento por produtos das reaes pozolnicas (MEHTA, 1994). Sperb (2003) afirmou que as adies pozolnicas contribuem para seccionar os capilares e reduzir, assim, a absoro de gua.

Diversas pesquisas tm demonstrado comportamento positivo quanto absoro capilar. Segundo estudo de Fontes (2008), utilizando cinza volante de resduos slidos urbanos, os resultados de absoro por capilaridade reduziram em 34% e 46%, respectivamente, para os teores de 5% e 10% de substituio do cimento Portland pela cinza, em comparao com argamassas convencionais sem adio da cinza.

J Sperb (2003), observou que uma substituio de 20% do cimento Portland por cinza de casca de arroz e cinza volante em concreto, proporcionou reduo da absoro capilar em at 54,28% e 41,52%, respectivamente, havendo maior reduo quanto maior a relao gua/aglomerante empregada.

3.2 CARBONATAO

3.2.1 Mecanismo de carbonatao

A carbonatao um fenmeno que ocorre naturalmente nos concretos a partir do momento em que eles esto expostos ao ambiente. Segundo Pauletti (2004), carbonatao um processo fsico-qumico complexo e lento, que envolve reaes gasosas, dissoluo e precipitao de slidos, onde dixido de carbono (CO2), dixido de enxofre (SO2), cido sulfdrico (H2S), entre outros gases reagem com os compostos hidratados ou no do cimento, que so gradualmente substitudos por carbonatos.

14

A equao principal e mais genrica que rege a carbonatao apresentada pela Equao 2.3.

(2.3)

Silva (2007) apresentou o fenmeno de carbonatao de modo mais detalhado e atravs das equaes que seguem. O processo se inicia com a difuso do CO2 do ambiente na fase gasosa dos poros do material e, em seguida, dissoluo na gua desses poros, formando o cido carbnico (H2CO3), conforme a Equao 2.4.

(2.4)

Posteriormente, ocorre a dissoluo dos cristais de hidrxido de clcio (Ca(OH)2) na gua dos poros e sua difuso das regies de maior para menor alcalinidade (Equao 2.5).

(2.5)

Reagem ento o CO2 e Ca(OH)2 dissolvidos na gua dos poros (Equao 2.6).

(2.6)

Neville (1997) e Pauletti (2004) apontaram que quando o hidrxido de clcio consumido na reao de carbonatao, a reao parte para o silicato de clcio hidratado (C-S-H), formando o carbonato de clcio, o gel de slica e gua. J Taylor (1997) apud Silva (2007) indicou que a reaes de carbonatao de ambos ocorrem simultaneamente. A reao que envolve o C-S-H apresentada pelas Equaes 2.7 e 2.8.

. !. ! (2.7)

"#!$ (2.8)

Os produtos da carbonatao precipitam nos poros, reduzindo seus volumes e a gua gerada na reao condensa nas paredes dos poros do material (PAPADAKIS et al., 1992 apud PAULETTI, 2004). Como o volume da molcula do carbonato cerca de 11% maior do que do hidrxido, isso explica tambm o preenchimento dos poros do concreto (BERTOS et al., 2004; PARIS, 1973 apud SILVA, 2007).

15

Alm do Ca(OH)2, os lcalis do cimento, hidrxido de sdio (NaOH) e potssio (KOH), tambm esto suscetveis ao processo de carbonatao. Os lcalis so mais solveis que o Ca(OH)2 e reagem primeiro, pois so encontrados dissolvidos na forma de ons. O Ca(OH)2 est na forma de cristais e sua solubilidade depende da diminuio da concentrao de OH- na soluo intersticial. (BARIN, 2008). Quanto menor a concentrao de OH-, menor a alcalinidade e maior a dissoluo do Ca(OH)2 (SILVA, 2007).

3.2.2 Profundidade de carbonatao

A profundidade de carbonatao pode ser verificada atravs de vrios mtodos de ensaio, como por exemplo, difrao de raios-X, microscopia eletrnica de varredura (MEV) e utilizao de indicadores de pH. Pauletti (2004) e Tasca (2012) indicaram que este ltimo mtodo o mais difundido pela sua praticidade e baixo custo.

Os indicadores de pH utilizados usualmente so timolftalena, amarelo de alizarina R, Napthol green B, indicador de longa durao fluorescente (Acridine Orange) misturado a um indicador de absoro (Thiazole yellow) e a fenolftalena (PAULETTI, 2004; SILVA, 2007; TASCA, 2012).

A RILEM (1988) recomendou a utilizao de uma soluo com 1% de fenolftalena, 29% de gua e 70% de lcool etlico a ser borrifada sobre a superfcie recm-fraturada a ser analisada (por compresso diametral, por exemplo). Tasca (2012) sugeriu que seu emprego no fosse feito em superfcie serrada, molhada ou com presena de p, pois essas situaes podem tornar duvidoso o resultado ou mascar-lo. De modo geral, ao utilizar este indicador a superfcie fraturada torna-se rosada para pH acima de 9,0 e, para pH abaixo deste valor, no h alterao de colorao na superfcie do material (TASCA, 2012).

Em relao zona de carbonatao, que separa a regio rosada da incolor, esta pode no estar bem delimitada, haja vista que a fenolftalena no permitiria definir completamente regies com pH entre 8,3 e 10 (ISAIA, 1999). E Neville (1997) tambm alertou que a colorao rosada indica alto teor de Ca(OH)2, mas no a ausncia total de carbonatao.

Lo & Lee (2002) analisaram amostras utilizando a fenolftalena e pelo mtodo de espectroscopia por infravermelho. Eles afirmaram que este ltimo mtodo indicou

16

carbonatao superior em 24% em relao ao resultado utilizando a fenolftalena, indicando variabilidade entre os resultados obtidos pelos diferentes mtodos. No entanto, a utilizao da fenolftalena considerada vlida, principalmente pelo efeito comparativo entre amostras de concreto com traos diferentes em estudos laboratoriais, mas indica-se a necessidade de ensaios complementares para estudo de concretos em obras j finalizadas (ISAIA, 1999; TASCA, 2012).

A partir da identificao da zona carbonatada, que manteve sua colorao mesmo aps a aplicao da fenolftalena, pode-se aferir a profundidade em que o CO2 penetrou e gerou a carbonatao. Sabe-se que a frente de carbonatao no uniforme, logo tomam-se medidas ao longo da zona incolor do corpo de prova para que se possa indicar um valor mdio da profundidade (TASCA, 2012).

Para auxiliar a aferio da profundidade de carbonatao, alguns autores se utilizam de fotografias digitais e softwares como, por exemplo, o AutoCAD e o ImageJ, que permitem a medio da rea carbonatada com maior preciso.

3.2.3 Variabilidade do mtodo de ensaio de carbonatao e fatores de influncia

De forma geral no h uma padronizao do ensaio de carbonatao no Brasil, isto vai desde a dimenso e forma da amostra at a concentrao e tempo de exposio ao CO2. Logo, os pesquisadores tendem a definir sua metodologia que, normalmente, pouco comparvel entre eles.

Os ensaios de carbonatao podem ser naturais, que levam mais tempo, ou acelerados em laboratrio sob condies controladas. No caso do natural, Pauletti (2004) mostrou que poucos so os autores que medem a concentrao do CO2 no ambiente, mas, dos que a relatara m, h variao de 0,015 a 1%. J Silva (2007) apresentou um teor de CO2 de aproximadamente 0,03% em ambientes rurais e de 0,3-1,0% em ambiente urbano. No mtodo acelerado, a variao dos autores bastante grandiosa, abrangendo de 1 a 100%, que seriam condies mais severas. Na Tabela 1 est apresentada uma listagem das concentraes de CO2 utilizadas por alguns autores.

17

Tabela 1 - Listagem de concentrao de CO2 utilizadas por alguns pesquisadores. Fonte: Pauletti (2004).

Concentrao de CO2 (%) Pesquisador

1 Johannesson e Utgenannt (2001), Tuutti (1982) 2 Lo e Lee (2002) 3 Papadakis (2000), Sanjun e Olmo (2001) 4 Dhir et al. (1989), Ho e Lewis (1987)

5 Abreu (2004), Alves (2000), Van Gerven at al. (2004), Goi e Guerrero (2003), John

(1995), Kulakowski (2002), Sanjun e Olmo (2001), Seidler (1999), Venquiaruto (2002)

6 Roy et al. (1999) 7 Ohga e Nagataki (1989) 10 Isaia (1995), Kobayashi e Uno (1989), Vaghetti (1999) 15 Hamada (1969) 20 Van Gerven et al. (2004), Jiang et al. (2000), Sanjun e Olmo (2001), Ying-Yu e Qui-Dong (1987) 30 Branca et al. (1993) 50 Bauer (1995, p. 124), Papadakis et al. (1991b)

100 Andrade (1988), Coelho et al. (2002), Cunha e Helene (2001), Fattuhi (1988), Gervais et al. (2004), Kazmierczak (1995), Kirchheim (2003), Lopes (1999),

Monteiro (1996), Nepomuceno (1992), Sanjun e Olmo (2001)

A umidade relativa (UR) tambm um fator levado em considerao pela maioria dos autores. Mas h dvidas se os autores tratam da UR do interior da cmara de carbonatao ou do laboratrio em que ela se encontra, sendo importante salientar que h distino entre essas umidades (PAULETTI, 2004). O mesmo autor afirmou que a UR ideal para ocorrncia das reaes de carbonatao varia entre 50-80%, j Silva (2007) reduziu um pouco este teor usual para 50-75%.

A presena de umidade nos poros essencial para a ocorrncia da reao de carbonatao. Quando a UR inferior a 25%, o processo de carbonatao quase insignificante e, quando esta superior a 75%, a umidade nos poros restringe a penetrao dos gases (SILVA, 2007; BARIN, 2008). Silva (2007) ainda salientou sobre a dificuldade de avano das reaes quando h incidncia de chuva devido saturao dos poros. Sabe-se que quanto maior for a quantidade de gua nos poros, menor a difuso do CO2 e, consequentemente, menor a velocidade de carbonatao (PAULETTI, 2004).

Segundo Pauletti (2004), alm da umidade, outro fator de grande influncia nas reaes a porosidade e distribuio dos poros do concreto, pois esto diretamente ligados penetrao e transporte dos gases.

18

A temperatura, assim como os demais fatores, muito varivel nos ensaios de carbonatao realizados, variando na faixa de 20 a 40C, mas a temperatura dentro desta faixa exerce pouca influncia nas reaes de carbonatao, pois o processo ainda seria controlado pela difuso (PAPADAKIS et al., 1991).

Em relao forma das amostras, j foram utilizados cubos, prismas e cilindros de concreto; com relaes gua-cimento variando de 0,35-1,00; cura mida ou submersa de 7 ou 28 dias; utilizando ou no o pr-acondicionamento (sazonamento), para equilbrio da umidade das amostras e, quando utilizado, chegando at 6 meses; e perodo de exposio ao CO2 de 1 a 1295 dias, sendo mais usuais perodos de 28 e 56 dias (PAULETTI, 2004).

Um outro fator a se definir com cautela o tipo e tempo de cura do concreto. Lo & Lee (2002) alertaram que a cura tem grande importncia na formao da microestrutura do concreto, influenciando na sua porosidade e consequentemente na difuso do CO2. Os autores fizeram um estudo comparativo entre a cura mida e cura ao ar em relao carbonatao acelerada com durao de 3 meses e constataram que a primeira delas gerou vantagem em relao segunda, com diminuio de 28% da carbonatao. O estudo mostrou que a cura ao ar gerou maiores poros e canais mais intercomunicveis, sendo menos vantajosa do que a cura mida.

3.2.4 Efeitos das adies Minerais

Diversas pesquisas apontaram benefcios do uso de adies minerais, como adio mistura ou em substituio ao cimento Portland, para propriedades do concreto, como, por exemplo, a resistncia compresso. Com relao a carbonatao, Costa et al. (2005) verificaram que a utilizao de escria de alto forno, em substituio parcial ao cimento Portland, gerou aumento da profundidade de carbonatao quanto maior foi o teor de escria utilizado. Apesar desta adio consumir o hidrxido de clcio que reagiria na carbonatao com o CO2, a reao pozolnica produz CSH que tambm carbonata com o CO2, mantendo a frente de carbonatao. Porm, os mesmos autores identificaram que a carbonatao reduziu quando aumentada a classe de resistncia dos concretos, pois houve reduo na porosidade e elevao da compacidade, gerando uma menor difusividade dos gases e agentes agressivos para o interior do concreto.

19

No estudo de Venquiaruto (2002) apud Barin (2008) em concretos com adies pozolnicas (cinza volante, cinza de casca de arroz e slica ativa), houve aumento da profundidade de carbonatao quanto maior o teor e a finura utilizados, j que partculas finas tm maior potencial de reatividade. Porm, o autor indicou que utilizando uma dosagem adequada, essas adies podem promover densificao da matriz e reduo do tamanho dos poros, dificultando a penetrao dos agentes agressivos no concreto.

De forma geral, a incorporao de adies minerais ao concreto, em substituio parcial ao cimento Portland, levam ao aumento da profundidade de carbonatao, pois as reaes pozolnicas consomem o hidrxido de clcio (Ca(OH)2), mas produzem CSH, que tambm reage com o CO2 (BARIN, 2008). Porm, esse contexto trata somente de adies pozolnicas e cada adio mineral vai se comportar de maneira distinta numa matriz cimentcia, a depender da sua composio qumica e de suas caractersticas fsicas.

3.3 REAO LCALI-SLICA (RAS)

3.3.1 Fenmeno das reaes

A origem do termo reao lcali-slica (RAS) vem da reao lcali-agregado (RAA), como anteriormente era generalizado. A RAA subdividida em trs tipos de reaes: RAS, reao lcali-silicato e reao lcali-carbonato. Porm, usualmente e tambm na literatura recente convencionou-se utilizar somente o termo RAS e englobar as duas primeiras reaes juntas e esse ser o foco deste trabalho. A diferenciao entre essas duas reaes englobadas na RAS est relacionada mineralogia e o tempo de ocorrncia, que mais lento quando envolve silicato, j que os minerais reativos esto mais disseminados na matriz (FIGUERA & ANDRADE, 2007; TRINDADE, 2011).

A RAS uma reao qumica que ocorre no concreto, argamassa ou pasta de cimento Portland, pela interao entre os hidrxidos alcalinos provenientes, principalmente, do cimento e a slica reativa presente no agregado ou adies minerais (TRINDADE, 2011). O maior foco dos estudos so direcionados ao concreto. Santos & Brito (2008) afirmaram, ainda, que essas reaes expansivas de origem interna ao concreto surgem apenas na presena de quantidades suficientes de lcalis, de slica potencialmente

20

reativa e tambm de gua. Peterson et al. (2000) disseram que este tipo de reao continuar enquanto existirem esses reagentes para interagir, independente da quantidade de gel expansivo formado como produto.

A formao desse gel expansivo ocorre quando um agregado reativo entra em contato com os hidrxidos alcalinos da soluo intersticial do concreto (SANTOS & BRITO, 2008). Dependendo do tempo, da temperatura e dimenso da partcula, todos os minerais da slica (silicatos), slica hidratada (opala) ou formas amorfas (obsidiana, vidro de slica) so passiveis de reagir com as solues alcalinas do concreto (METHA & MONTEIRO, 2008). J Fernandes (2005) dividiu esses grupos como minerais de slica (opala, calcednia, cristobalite, tridimite, quartzo cripto e microcristalino e quartzo deformado e recristalizado), rochas que contm quartzo fortemente deformado (grauvaques, filitos, xistos, gnaisses, files de quartzo e arenitos) e rochas vtreas (riolito, andesito, alguns vidros artificiais, chert, ardsia e alguns tipos de calcrio).

A normalizao brasileira relacionada a esta temtica, a NBR 15577-1 (ABNT, 2008), deixa mais bem definida esta diferenciao entre os minerais envolvidos nas reaes lcali-agregado. A norma indica que as slicas reativas abrangem: opala, tridimita, cristobalita, vidro vulcnico, entre outros; e os silicatos reativos compreendem o quartzo tensionado por processos tectnicos e alguns minerais classificados como filossilicatos, que so as ardsias, filitos, xistos, gnaisses, granulitos, quartzitos, entre outros.

Um fator que influencia o teor de slica reativa a superfcie especfica do agregado utilizado, sendo maior quanto maior for a razo da superfcie pelo volume (FORABADA, 2005). Segundo o mesmo autor, bem como Mehta (1986), quando se trata da frao areia, a expanso do concreto tanto maior quanto menor for o gro do agregado at atingir 75m, de acordo com estudos experimentais. Quanto menor o gro, maior ser a superfcie de contato existente e, consequentemente, isto facilitar a RAS. Os autores afirmaram que quando a dimenso do gro inferior a 75m, a reao se desenvolveria de forma mais dispersa sem gerar grandes fissurasses ou tenses no concreto.

Segundo Kurtis et al. (2002), qualquer agregado que possuir slica na sua constituio potencialmente reativo no que tange a reao lcali-slica. Santos & Brito (2008) confirmaram esta informao e ressaltaram que o quartzo, apesar de cristalino, possui na

21

sua superfcie ligaes Si-O polarizadas negativamente, possibilitando as interaes com os lcalis.

A RAS pode ser representada, de forma simplificada, pelas equaes a seguir (WEST, 1996):

%&'()'**'()%&'3.*'gels"l&co2s34&co.5

%&'6'**'6%&'3.*'gels"l&co27o89ss&co.:;

No desenvolvimento da RAS, a gua necessria reao pode ser tanto a gua livre no interior do concreto quanto a gua proveniente do meio externo. Essa gua transporta os ons alcalinos (Na+2 e K+) e os ons OH, sendo absorvida pelo gel slico-alcalino. O gel pode, em alguns casos, expandir e criar presso entre a pasta endurecida e os agregados (FERNANDES, 2005; SANTOS & BRITO, 2008). Larive (1998) apud Santos & Brito (2008) e Hasparyk (2011) afirmaram que a gua possui um efeito duplo na RAS. Por um lado, influencia a velocidade de expanso no momento de formao do gel (produto da reao), sendo considerada um agente reativo; e, por outro lado, um meio reacional e assegura o transporte das diferentes espcies reativas.

A unidade bsica da slica (SiO2) um tetraedro composto por um on Si+4 e quatro ons O-2, conforme Powers & Steinour (1995a; 1995b), sendo que cada oxignio comum a dois tetraedros. De acordo com Fernandes (2005), essas unidades tetradricas de slica esto conectadas formando uma rede tridimensional, podendo estar cristalina (orientada) ou amorfa (aleatria), conforme a Figura 2.

Figura 2 - a) Slica cristalina; b) slica amorfa. Fonte: Santos & Brito (2008).

a) b)

22

Percebe-se na figura anterior que, internamente, as cargas da slica esto neutralizadas, mas nos limites da cadeia, os ons oxignio esto ligados a somente um silcio, tornando a estrutura instvel na superfcie. Esta superfcie polarizada torna-se hidratada ao ter contato com a gua, ligando um on H+ a um dos ons O-2 e ligando um on OH- ao silcio, conforme a Figura 3.

.

Figura 3 - Estrutura da slica no plano. Fonte: Paulon apud Sabbag (2003).

Posteriormente, ocorre a atrao dos ons sdio (Na+) e potssio (K+) em associao com as cargas negativas do meio, formando um gel slico-alcalino, conforme a Figura 4. Mas, para alm disso, tambm h o ataque ao grupo siloxano (=Si-O-Si=) pela hidroxila presente no meio, rompendo suas ligaes e favorecendo mais ainda a formao do gel (HASPARYK, 2011), como pode ser verificado na Figura 5.

Figura 4 - Associao dos ctions aos ons H-. Fonte: Wang & Gillott (1991).

Figura 5 - Ataque s ligaes do grupo siloxano. Fonte: Wang & Gillott (1991).

23

O produto desta reao, conforme previamente tratado, um gel slico-alcalino expansivo, que inicialmente encontra-se confinado, criando tenses localizadas e microfissuraes no concreto (HASPARYK, 2011). Esse produto da RAS no muito solvel e tem tendncia a se concentrar ao redor dos agregados (GLASSER; 1992). Segundo Poole (1992) apud Hasparyk (2011), esse gel pode migrar ao longo das fissuras internas do concreto e, por meio de trocas inicas com os hidratos existentes, incorporar outros ons como, por exemplo, o Ca+2. E, segundo os estudos de Fournier & Brub (2000), quanto maior o teor de clcio no gel formado, menor ser sua capacidade de expanso.

Tratando da ocorrncia dessa expanso, necessrio abranger um pouco a qumica envolvida nesse processo. Hasparyk (2011) afirmou que quando uma fase slida inicia contato com uma fase lquida, a superfcie do slido carrega o excesso de carga, tornando-se eletrificada. Esse mecanismo de expanso corrobora com a explicao de Prezzi et al. (1997), que afirmaram que ocorre o inchamento do gel devido s foras de repulso da dupla camada eltrica formada na superfcie da slica presente no gel.

Mitchell (1992) nomeou essa camada carregada de dupla camada difusa, onde h uma superfcie carregada e uma camada difusa adjacente, conforme a Figura 6.

Figura 6 - Distribuio dos ons adjacentes na superfcie do slido, segundo o conceito da dupla camada difusa. Fonte: Mitchell (1992).

24

Segundo Prezzi et al. (1997), a espessura dessa camada eltrica regida por uma fora eltrica produzida pelo excesso localizado de ctions, pela deficincia de nions no meio e pelo campo eltrico gerado pela repulso e atrao de ons. Esses ctions em excesso so basicamente os ons alcalinos sdio (Na+), potssio (K+) e clcio (Ca+2) (HASPARYK, 2011). Esta autora completou, indicando que quanto maior a rea da interface, maior ser a quantidade de gua adsorvida na slica, provocando maiores foras de repulso e tambm maiores expanses.

De acordo com estudos de Hasparyk (2011), nem sempre o gel exsudado o mesmo produto do interior do concreto. Mas a autora afirmou que o gel exsudado um silicato de potssio hidratado, que tem algumas semelhanas com o vidro, com baixa concentrao de sdio, contendo gua livre na sua estrutura. Este produto exsudado um material praticamente amorfo, conforme resultados de difrao de raios X e espectrometria de infravermelho (HASPARYK, 2005). A exsudao do gel pode ser conferida na Figura 7.

Figura 7 - Detalhe do gel exsudado a partir de uma fissura na superfcie do concreto. Fonte: Hasparyk (2005).

As consequncias que a RAS pode gerar, devido a formao deste gel, so a expanso e fissurao do concreto, com sua perda de resistncia e mdulo de deformao e exsudao de lquido viscoso slico-alcalino (gel). As primeiras descries deste fenmeno foram publicadas por Stanton em 1940, a partir de seus estudos investigativos (MEHTA & MONTEIRO, 2008). Essas consequncias da RAS podem ser verificadas nas Figuras 8 a 10.

25

Figura 8 - Estrutura degradada pela RAA possivelmente RAS em Recife-PE. Fonte: Andrade (2006).

Figura 9 - Bloco de fundao com padro de fissurao tpico de RAA. Fonte: Pecchio et al. (2006).

Figura 10 - Estrutura degradada pela RAA possivelmente RAS no Viaduto Robert-Bourassa - Charest, Qubec, Canada. Fonte: Sanches (2010).

26

A sequncia de eventos da RAS ocorre resumidamente com a rpida penetrao dos lcalis e ons hidroxila nas partculas dos agregados, promovendo a dissoluo da slica reativa e precipitando certo teor de slica dentro das partculas de agregado. Em seguida, essa reao com a slica resulta em um gel expansivo nos agregados, fazendo com que estes aumentem de tamanho e fissurem o concreto, facilitando a penetrao de outros ons agressivos (BEN HAHA apud TRINDADE, 2011).

3.3.2 Fatores de influncia da RAS

Como j abordado anteriormente, alguns fatores so condicionantes para a ocorrncia da RAS: agregado reativo, lcalis (hidrxidos alcalinos) e gua (umidade), conforme esquematicamente mostrado na Figura 11.

Figura 11 - Fatores condicionantes para a RAS.

No tocante gua interna ao concreto ou argamassa, uma menor relao gua-cimento

utilizada ser responsvel por melhores propriedades mecnicas, menor teor de gua livre, menor permeabilidade e influenciar positivamente contra as expanses das reaes lcali-agregado (FOURNIER & BRUB, 2000).

Alm do conhecimento da atuao da gua internamente na reao, Hasparyk (2011) alertou para a influncia da umidade relativa do ambiente onde se encontra o concreto, pois quando o seu teor est acima de 80%, a RAS tem um aumento em sua magnitude. Mehta & Monteiro (2008) j haviam alertado para esta considerao e informaram que

27

por este motivo as barragens, fundaes de pontes e estruturas marinhas esto mais propensas RAS.

Com relao aos agregados, sua reatividade ser mais potencial quanto mais desorganizada e instvel for sua estrutura, sendo mais reativos segundo a ordem: slicas opala e vidro (estrutura amorfa), silicato do tipo quartzo calcednia (microcristalina a criptolistalina), as slicas tridimita e cristobalita (metaestvel), e os silicatos quartzo deformado, feldspato deformado e filossilicatos alterados (cristalinos) (HASPARYK, 2011). Alm disso, a reatividade ser maior quanto mais fino for o gro do agregado, afinal haver maior superfcie para reagir (MEHTA, 1986; FORABADA, 2005; HASPARYK, 2011).

Os lcalis, de modo geral, so os elementos qumicos pertencentes primeira coluna da tabela peridica, exceto o hidrognio. Porm, restringindo-os para a Engenharia Civil, so considerados somente como lcalis do cimento os elementos sdio e o potssio. Os lcalis existentes no concreto podem ser provenientes dos minerais dos agregados utilizados (feldspato e mica, por exemplo), do contato com a gua do mar ou, principalmente, do cimento utilizado na mistura. Neste caso, a presena dos lcalis provm do processo de calcinao do clnquer do cimento Portland, cuja matria prima de fabricao , por exemplo, o calcrio, argila, xisto argiloso ou carvo combustvel (FERNANDES, 2005). Segundo Peterson et al. (2000), os ons K+ e Na+ presentes na calcinao do clnquer, so vaporizados pela alta temperatura e, em seguida, condensados pelo transporte do clnquer no forno, formando principalmente uma camada superficial de lcalis, mas tambm se agregando no interior da sua estrutura.

Os lcalis existentes no clnquer so divididos nas categorias solveis, presentes nos sulfatos, e insolveis, encontrados na fase slida nos silicatos e aluminatos (HASPARYK, 2011). Nesse caso, durante a hidratao do cimento, o fornecimento dos lcalis se processa mais rpido a partir dos sulfatos, segundo Glasser (1992).

O teor de lcalis existentes no cimento Portland proveniente dos compostos de sdio e potssio que o compe. Porm, costuma-se expressar este teor como o xido de sdio (Na2O) solvel em cido equivalente, ou usualmente chamado de teor de xido de sdio equivalente, que calculado atravs da equao 2.11 a seguir.

28

A razo 0,658 desta equao obtida atravs da razo entre as massas dos dois xidos da equao (FERNANDES, 2005).

Segundo Mehta & Monteiro (2008), os teores de lcalis do cimento provenientes do clnquer correspondem a cerca de 0,2 a 1,5% de Na2Oeq. Para o caso deste teor ser superior a 0,6% no cimento e combinado com um agregado reativo, segundo estudos dos mesmos autores, as consequncias de reao so altamente expansivas. Logo, o teor ideal de Na2Oeq no cimento deve ser inferior a 0,6% a fim de minimizar os riscos de aparecimento das reaes lcali-slica (FERNANDES, 2005; MEHTA & MONTEIRO, 2008).

Outro fator que Hasparyk (2011) tambm afirmou favorecer a acelerao da RAS a elevao da temperatura, conforme a Figura 12, que apresenta o desenvolvimento da expanso nas temperaturas de 20C e 38C. A elevao da temperatura fez tambm elevar a expanso provocada pela RAS, sendo mais danosa a matriz.

Figura 12 - Desenvolvimento da expanso da RAS nas temperaturas de 20C e 38C. Fonte: Hasparyk (2011).

Essa acelerao das reaes tambm pode ser verificada entre os diferentes mtodos empregados para a RAS, como por exemplo o mtodo dos prismas de concreto, cujo tempo usual de 12 meses 38C e o mtodo das barras de argamassa, que ocorre em 16-28 dias 80C.

Hasparyk et al. (2009) ainda indicaram que a elevao da temperatura no s acelera a RAS, mas tambm conduz ao aumento volumtrico do gel exsudado, principalmente a partir dos 100C, conforme mostrado na Figura 13. Os mesmos autores afirmaram que o

29

gel vai se tornando poroso ao longo da evaporao da gua presente na sua composio, chegando a um aspecto esponjoso aps os 200C.

Figura 13 - Aumento volumtrico do gel exsudado: a) a 50C; b) a 200C. Fonte: Hasparyk (2011).

3.3.3 Mtodos de investigao da RAS

Com o intuito de evitar danos em estruturas de concreto a serem executadas, diversos mtodos de investigao foram desenvolvidos para verificao da RAS e para dar melhores indicaes da correta utilizao de agregados potencialmente reativos.

3.3.3.1 Anlise petrogrfica

A anlise petrogrfica, recomendada para identificao e distribuio das fases mineralgicas potencialmente reativas nos agregados, atravs de sua cuidadosa coleta e representatividade da jazida ou depsito, seguindo as prescries da NBR 15577-2 (ABNT, 2008) e fazendo a sua caracterizao atravs da NBR 15577-3 (ABNT, 2008) ou da C 295 (ASTM, 2008).

Este mtodo se utiliza da microscopia ptica para suas anlises investigativas, podendo requerer tcnicas complementares, como por exemplo anlise por difrao de raios X, anlise termodiferencial (ATD), espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrnica de varredura (MEV) e anlise de raio X por energia dispersiva (EDX) (NBR 15577-3, 2008). Hasparyk (1999) indicou que isso se deve existncia de outros fatores, alm dos fornecidos pela anlise petrogrfica, que contribuem para a ocorrncia da reao.

3.3.3.2 Mtodo qumico

Segundo Lima et al. (2009), este mtodo foi desenvolvido por Richard Melem entre 1947 e 1952, a partir da avaliao de 71 agregados, gerando ao final um grfico

30

representativo com os limites entre os materiais deletrios e incuos. Atravs da concentrao de slica dissolvida e a reduo da alcalinidade, este mtodo permite avaliar a reatividade potencial do agregado, normalizado pela norma C 289 (ASTM, 2007). A Associao Brasileira de Normas Tcnicas tambm possua uma prescrio para este tipo de mtodo, a NBR 9774 (ABNT, 1987), mas em 2008 ela foi cancelada.

3.3.3.3 Mtodo Osipov

O mtodo Osipov, tambm conhecido como mtodo trmico, foi criado pelo engenheiro Albert Osipov no Institute Hydroproject de Moscou, na Rssia.

O mtodo preconiza que o agregado grado, com dimenses de 20 a 50 mm, deve ser submetido temperatura de aproximadamente 1000C por 60 segundos. Havendo a fragmentao do agregado com a alta temperatura, indica-se indcio da sua potencialidade reativa. Entretanto, se a fragmentao no ocorrer, no pode ser afirmado o carter incuo, necessitando, ento, investigaes por outros mtodos (ANDRADE, 1997; LIMA et al., 2009).

3.3.3.4 Mtodo acelerado em barras de argamassa

A avaliao da potencialidade de um agregado atravs deste mtodo ocorre de forma bastante rpida, podendo indicar resultados com 16 ou em at 30 dias de ensaio.

O surgimento dessa tcnica se deu pelos pesquisadores Oberholster & Davies em 1986 na frica do Sul, nomeando-o de mtodo acelerado Sul Africano NBRI (National Building Research Institute) (HASPARYK, 2011). Atualmente, este mtodo tem seu procedimento executado seguindo as normalizaes C 1260 (ASTM, 2007) e a brasileira NBR 15577-4 (ABNT, 2009).

As fraes do agregado a ser utilizado e as quantidades de todos os materiais so especificadas, incluindo a relao gua-cimento, igual a 0,47. Segundo a norma americana, aps desmoldar as barras de argamassa elas so imersas em gua a 80C por aproximadamente 24 horas, para, em seguida serem imersas em soluo de hidrxido de sdio (NaOH) a 1N e 80C. So feitas leituras para verificao do comprimento das barras aps o desmolde, aps a retirada da imerso em gua e durante a imerso em soluo de NaOH, sendo esta ltima composta de verificaes peridicas chegando s idades de 16 ou 28 dias.

31

No caso da normalizao brasileira, a NBR 15577-1 (ABNT, 2008) define os agregados incuos, quando a expanso obtida pela NBR 15577-4 (ABNT, 2009) for inferior a 0,19% aos 30 dias, e potencialmente reativos, se maior ou igual a 0,19% para este mesmo perodo.

3.3.3.5 Mtodo de expanso em barras de concreto

Este mtodo, tambm conhecido como anlise da expanso em prismas de concretos, tem o intuito de verificar a potencialidade reativa de agregados na RAS, atravs da variao do comprimento de corpos de prova prismticos, na presena dos ons hidroxila (OH-) associados aos lcalis, potencializando a ocorrncia da reao.

Essa potencializao feita a partir da determinao do teor de lcalis do cimento de 0,900,10%, com a adio do hidrxido de sdio (NaOH) na gua de amassamento, aumentando a concentrao dos lcalis da mistura, respeitando o limite especificado de 1,25% da massa de cimento utilizada. Alm disso, uma das condies de armazenamento dos corpos de prova que eles no podem ter contato direto com a gua nem paredes do recipiente.

Esse mtodo pode ser executado segundo as prescries da NBR 15577-6 (ABNT, 2008) e atravs da C 1293 (ASTM, 2006). Segundo esta norma americana, as expanses das barras de concreto iguais ou superiores a 0,04% indicam um agregado potencialmente deletrio.

Tal mtodo foi desenvolvido com o intuito de demonstrar um comportamento mais prximo do real, perdurando por um ano. Porm, Fournier & Brub (2000) ainda consideram um mtodo acelerado, justificando que no so reproduzidas as condies de exposio do concreto fielmente. Como a grande maioria dos ensaios em laboratrio, no possvel ter condies completamente iguais s diversas situaes de exposio e s diferentes regies geogrficas de localizao, mas so normalizaes que tentam retratar da melhor maneira a condio de exposio que uma estrutura de concreto sofrer, por exemplo.

32

3.3.4 Mitigao da RAS

3.3.4.1 Efeitos das adies minerais

Cinza volante

De acordo com estudos feito por Hoobs (1982), o comportamento e efeitos da cinza volante para o concreto variam conforme suas propriedades, como por exemplo, o teor de lcalis e a finura de suas partculas. A normalizao EN 450-1 (EUROPEAN STANDARD, 2001) limita esse teor de lcalis da cinza volante a 5,0%, em massa.

Nixon & Gaze (1981) apud Trindade (2011) tambm fizeram estudos com cinzas volante e verificaram que, quanto maior a pozolanicidade da cinza, maior as redues das expanses na RAS. Alm disso, os autores identificaram uma exceo em um certo tipo de cinza em estudo que, apesar de ter sido classificada como de baixa pozolanicidade, teve tambm um bom efeito quanto s expanses do concreto, possivelmente devido ao baixo teor de lcalis. sabido que h uma relao entre o uso de pozolanas e a reduo da alcalinidade do meio, devido ao consumo do hidrxido de clcio (CH), e Trindade (2011) tambm mostrou a reteno dos lcalis presentes. Portanto, essa reduo da alcalinidade tem efeitos positivos para a RAS.

Lucca (2010) afirmou que a substituio parcial do cimento Portland por cinza volante influencia diretamente na expanso do concreto e fez estudos com teores de substituio de 0, 5, 15, 30 e 45%. Segundo seus estudos, a autora verificou que a cinza utilizada nos teores de 15, 30 e 45% tiveram comportamento bastante satisfatrio na substituio, atendendo ao limite de 0,20% da expanso definida pela NBR 15577-5 (ABNT, 2008). Porm, o teor de 5% de substituio acarretou expanses superiores ao limite normalizado, mas inferiores ao da argamassa de referncia, aos 16 dias de ensaio previstos em norma. Tal fato foi justificado pela baixa quantidade de cinza na mistura, que teria sido incapaz de reduzir a quantidade de lcalis disponvel e teria tambm densificando a estrutura pela reduo de poros em pontos localizados, dificultando a acomodao e disperso do gel expansivo nos poros da argamassa e concentrando-o para expandir em pontos especficos.

Dessa maneira, necessrio fazer testes com diferentes teores de substituio da cinza para que se verifique, no todo, as interaes entre os agregados utilizados, cimento e

33

cinza e, assim, possa se ter resultados especficos sobre influencia desses materiais na RAS.

Cinza de casca de arroz

Furnas (1997) realizou um estudo sobre a RAA utilizando a cinza de casca de arroz (CCA) sem controle no processo de queima, com substituio parcial em teores de 20 e 30% do cimento Portland de alto-forno (contendo cerca de 35% de escria moda). O estudo investigativo indicou que a CCA conseguiu gerar menores expanses na presena do quartzito reativo. Porm, o autor pde detectar que no houve diferena significativa entre os teores de substituio de 20 e 30% na reduo das expanses, alcanando-se uma eficincia de aproximadamente 50% em ambos os casos.

Vale salientar que quando a queima bem controlada, acredita-se que o efeito desta pozolana possa ser similar ao da slica ativa, ou seja, ser benfica no combate da reao expansiva. Hasparyk (1999) investigou o uso de uma CCA especial, em comparao com uma slica ativa, e identificou que ambas se comportaram como adies minerais pozolnicas eficientes no combate da RAA. Segundo a autora, a utilizao de 15 % de CCA e slica ativa representaram um teor timo, pois foi este o mais eficiente na reduo das expanses para a presena tanto do quartzito reativo quanto do basalto. Nesse estudo, para o caso do basalto, no foi observado nenhum teor prejudicial ou crtico de pozolana nas amostras que fosse capaz de gerar expanses a nveis muito elevados, o que no ocorreu na presena do quartzito. Dessa maneira, quando se utiliza o quartizito reativo como agregado, alerta a autora, deve haver cautela em relao ao teor de adio, com o intuito de se evitar um efeito indesejado.

Alguns pesquisadores tambm indicaram o uso de aditivos qumicos ao concreto para preveno da RAS. Natesayer & Hover (1992) avaliaram os efeitos da utilizao de alguns aditivos e verificaram a eficincia do sulfato de alumnio e do sulfato de zinco na reduo da solubilidade da slica em 95 e 75%, respectivamente. Mas, a maioria dos aditivos empregados a fim de prevenir a RAS, utilizam-se do ltio, principalmente nas formas de LiOH (hidrxido de ltio), LiF (fluoreto de ltio), Li2CO3 (carbonato de ltio) e LiNO2 (nitrato de ltio) (HASPARYK, 2005). Entretanto, segundo a autora, apesar dos estudos comprovarem efeitos positivos na reduo da RAS, o seu comportamento e atuao ainda muito pouco explicado.

34

Outro ramo de pesquisa, ainda com poucas referncias bibliogrficas, por exemplo, o estudo feito por Carvalho et al. (2010) que utilizar

Avaliação de concretos contendo cinza de biomassa com alto teor de álcalis

Documents

Transcript of Avaliação de concretos contendo cinza de biomassa com alto teor de álcalis