ana filipa russo de albuquerque cristino -...

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


4.5.3. 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.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


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



xii

Pág. Figura 105 – Representação gráfica dos valores de absorção capilar em função da raiz








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


Figura 114 – Teor de Na2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos


Figura 115 – Teor de K2O (obtido por EAA) para os vários betões revestidos



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 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






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


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


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


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


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.


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


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


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


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 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


betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em imersão. ......

.................................................................................................................................... A-32


betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em imersão. ......

.................................................................................................................................... A-33


betões revestidos com os diferentes sistemas de protecção conservados em ambiente

natural. ........................................................................................................................ A-33


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



em ambiente de imersão aos 0, 28, 90 e 180 dias de ensaio....................................... A-48



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


centímetros dos betões referentes aos ensaios de migração água/água a 20, 40 e 60 V.....

.................................................................................................................................... A-53

xviii

Pág.


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


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


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


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


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


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..


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


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



4.5.3. 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.


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

0,05

0,10

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-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

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Tempo (dias)

Exp

ansã

o (%

) . Ref-P1

P1

-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-P1

P1

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Tempo (dias)

Exp

an

são

(%

) . Ref-P2

P2

-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-P2

P2

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Tempo (dias)

Exp

ansã

o (%

) . Ref-P3

P3

-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-P3

P3

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Tempo (dias)

Exp

an

são

(%

) . Ref-P4

P4

-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-P4

P4

continua na página seguinte

73

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Tempo (dias)

Exp

an

são

(%

) . Ref-P5

P5

-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-P5

P5

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Tempo (dias)

Exp

ansã

o (%

) . Ref-P6

P6

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Tempo (dias)V

aria

ção

de

ma

ssa

(%

) . Ref-P6

P6

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Tempo (dias)

Exp

ansã

o (%

) . 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 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.

0,00

0,05

0,10

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-P2

Ref-P5

Ref-P7

Figura 37 – Gráfico de expansão dos provetes de betão não revestidos (referência) em imersão a 20 ºC.

77

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-P2

Ref-P5

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

0,00

0,05

0,10

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-P2

P2

-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-P2

P2

0,00

0,05

0,10

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-P5

P5

-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-P5

P5

0,00

0,05

0,10

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 (%

)


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


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

(%

)


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)


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)


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)


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)


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.


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.



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.



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


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.


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


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.


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.

Capítulo Cinco Conclusões e trabalhos futuros

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.

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123

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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.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


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


AOS ENSAIOS DE DIFUSÃO DO IÃO LÍTIO POR IMERSÃO A 20 ºC ............................ A-54


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)


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)


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)


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)


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)


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.



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



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


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



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





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




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.





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





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.






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


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


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


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


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





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.





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.






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


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



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.



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.




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.




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



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



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


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


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

ana filipa russo de albuquerque cristino -...

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