estudo teÓrico do ataque quÍmico em estruturas de concreto …
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ESTUDO TEÓRICO DO ATAQUE QUÍMICO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO
ARMADO
Elane Santana Félix Medeiros
RESUMO
O concreto armado é um material estrutural que possui uma elevada usabilidade na construção
civil. É formado por concreto e aço, possui baixo custo em relação aos demais e ótima
durabilidade estrutural, mas a mesma pode sofrer alterações devido a ataques externos e
internos, como é o caso do ataque químico, ocasionando sua degradação. Diante da
necessidade de se conhecer os ataques químicos que deterioram o concreto armado, a
pesquisa tem a finalidade de realizar um estudo através do levantamento de dados teóricos a
respeito do desgaste e falhas presentes em estruturas de concreto armado por consequência do
ataque químico. O trabalho teve como metodologia a realização de uma breve pesquisa
bibliográfica sobre os diferentes ataques químicos que ocasionam a danificação do material,
além disso, foi realizada uma análise teórica em algumas pesquisas acadêmicas, como teses e
monografias, que possuíam uma relação com o objetivo deste trabalho. Por fim, diante dos
trabalhos analisados, a carbonatação e o processo de corrosão da armadura são considerados
fenômenos frequentes em estruturas de concreto armado.
Palavras-chave: Ataque químico. Concreto. Durabilidade Estrutural.
1 INTRODUÇÃO
Há muito tempo são utilizadas na construção civil, técnicas e materiais que foram
aprimoradas com o passar do tempo em função de atender as necessidades que surgiram no
dia a dia através da evolução da humanidade. Em projeto de estruturas é fundamental
conhecer os materiais utilizados na execução das mesmas. Dentre esses materiais, o concreto
armado é um material de suma importância e largamente utilizado.
O concreto é um material produzido a partir do uso de um meio cimentante
(composição de aglomerante, agregados e água). Segundo Mehta e Monteiro (2014), o
concreto armado é o concreto que, normalmente, contém barras de aço e é projetado sob a
premissa de que os dois materiais atuam juntos na resistência às forças de tração.
De acordo com Neville (2013), o aço utilizado na confecção do concreto armado é
produzido sob condições rigidamente controladas, sempre em ambiente industrial sofisticado
e suas propriedades são determinadas em laboratórios.
Esses dois materiais (aço e concreto), quando complementares, são classificados como
concreto armado e sua usabilidade é elevada em relação aos demais materiais utilizados na
construção civil, pois as estruturas que utilizam desse meio são consideradas duráveis e
resistentes em função das propriedades presentes no material.
Diante da sua elevada usabilidade e importância na área civil, o concreto armado pode
apresentar falhas, tanto pela mudança de temperatura, altas tensões e pelo processo de
corrosão, que pode acontecer nessas estruturas. Essas falhas surgem devido, principalmente,
aos ataques químicos, um fator que ocorre frequentemente em estruturas submetidas a
ambientes agressivos do ponto de vista químico, como por exemplo, áreas marinhas.
Dentro dessa perspectiva de fortalecer pesquisas que permita os profissionais de
engenharia conhecer as substâncias químicas que comprometem a durabilidade de estruturas
de concreto armado, esse trabalho tem como objetivo principal realizar um levantamento
bibliográficos sobre os as substâncias químicas afetam o concreto armado, na tentativa de
identificar, dentre os trabalhos pesquisados qual ou quais substâncias são mais frequentes.
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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. Concreto - considerações gerais
O concreto é considerado um material estrutural, é vastamente utilizado no Brasil
devido a baixo custo, possuir facilidade em encontrar a matéria prima, pouca energia de
fabricação, resistência mecânica, entre outras. Segundo Mehta e Monteiro (2014), o concreto
armado é o material que, normalmente, contém barras de aço e concreto convencional e sua
concepção parte da premissa de que os dois materiais atuam juntos na resistência aos esforços
de tração.
Santos (2017) afirma que o concreto armado, que alia as qualidades da pedra,
durabilidade e resistência à compressão, e do aço, resistência mecânica, é dos principais
materiais utilizados no Brasil. Apesar de possuir características vantajosas como a
possibilidade de assumir qualquer forma e oferecer proteção à armadura, as estruturas de
concreto não têm vida útil ilimitada e sofrem desgaste com o tempo de uso.
A NBR 6118:2014, que trata de Projeto de estruturas de concreto - Procedimento,
caracteriza a vida útil de um projeto como o período de tempo durante o qual se mantêm as
características das estruturas de concreto, sem intervenções significativas, desde que
atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem
como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais.
2.2 Durabilidade em estruturas de concreto armado
Durabilidade, de acordo com a NBR 6118:2014, é capacidade de a estrutura resistir às
influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o
contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. Além disso, a durabilidade das
estruturas é altamente dependente das características do concreto e da espessura e qualidade
do concreto do cobrimento da armadura.
Dentro de uma perspectiva mais superficial com relação ao conceito de durabilidade, a
NBR 15575-1:2013, que trata de Edificações Habitacionais — Desempenho, cita que a
durabilidade é comumente utilizada como termo qualitativo, e é a capacidade da edificação ou
de seus sistemas de desempenhar suas funções, ao longo do tempo e sob condições de uso e
manutenção especificadas.
Sendo assim, garantir que as estruturas de concreto armado sejam duráveis permite
que esse material suporte as diferentes condições nas quais o concreto for submetido, como
por exemplo, em estruturas projetadas em áreas com maiores índices de CO2, sulfatos e
cloretos, entre outras.
2.3 Agentes que afetam a durabilidade
A falta de durabilidade é ocasionada por agentes externos e internos, e por causas
físicas, mecânicas e químicas. As causas químicas que podem ocasionar deterioração no
concreto armado são os ataques por sulfatos, reação álcali-agregado, carbonatação, sais,
lixiviação, corrosão de armaduras.
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2.3.1 Ataques por sulfatos
De acordo com Neville (2013), o concreto que foi atacado por sulfatos possui uma
aparência esbranquiçada, com a deterioração começando normalmente pelas bordas e cantos,
e posteriormente, fissuras e lascamento do concreto.
O íon de sulfato é encontrado frequentemente em água subterrâneas, com origem
natural, mas em algumas situações podem ser provenientes de fertilizantes ou industriais. O
solo pode apresentar contaminação por sulfato, principalmente solos para fins industriais.
Existem sulfatos mais comuns que podem prejudicar a durabilidade do concreto, são
eles: de sódio, potássio, magnésio e cálcio. O sulfato de magnésio possui um efeito mais
danoso em relação aos demais, porém, todos levam a deterioração do concreto e cada um tem
um grau de ataque.
O ataque acontece devido a penetração do sulfato no concreto, o íon reage com o
hidróxido de cálcio e forma o “gesso”, além de reagir com o aluminato tricálcio formando a
etringita tardia. Essas reações causam expansões, fissuras e desintegração. O sulfato possui
atuação direta no concreto, o ataque é feito por difusão quando o concreto está saturado, e por
absorção/adsorção quando está seco, devido ao grau de permeabilidade do concreto. O meio
em que o concreto está inserido é um fator determinante para sua durabilidade.
Segundo Neville, a vulnerabilidade do concreto em relação ao ataque por sulfato pode
ser reduzida com a utilização de um cimento com baixo teor de C3A, tendo em vista que o
aluminato de cálcio é atacado pelos sulfatos. Apesar disso, o mais importante para resistência
do concreto em relação aos ataques por sulfatos é a relação água/cimento, sua deterioração
será menor quando os índices de permeabilidade e porosidade forem menores.
2.3.2 Reação álcali-agregado
O processo de expansão do concreto que leva a perda da resistência e causa a
deformação no material também pode ser ocasionado por reações químicas entre álcalis e íons
hidroxila da pasta de cimento Portland e determinados minerais silicosos reaticos presentes
nos agregados. Esses silicosos são opala (amorfa), calcedônia (criptocristalina fibrosa) e
tridimita (cristalina).
A reação química que ocorre entre a sílica reativa e os álcalis no cimento é
denominada por reação álcali-sílica. Esse tipo de reação foi caracterizado pela primeira vez
por Thomas E. Stanton, em 1940, quando ele analisou fissuras presentes em estruturas de
concreto na Califórnia. De acordo com Stanton (1940), a deterioração era causada pela
expansão de um gel gerado pela sílica reativa do agregado e os álcalis do cimento. Segundo
Mehta e Monteiro (2008), após a caracterização de Stanton, diversos exemplos de
deterioração do concreto de outras partes do mundo têm sido relatados para mostrar que a
reação álcali-sílica pode ser uma das causas de desgastes em estruturas localizadas em
ambientes úmidos, como barragens, pilares de pontes e quebra-mares.
De acordo Neville (2013), a reação inicia com o ataque dos materiais silicosos dos
agregados pelos hidróxidos alcalinos derivados dos álcalis do cimento (Na2O e K2O). Forma-
se um gel de álcali-silicato, atraindo água por absorção ou por osmose, tendendo a aumentar o
volume. O gel é confinado pela pasta de cimento circundante, surgindo pressões internas que
eventualmente causam expansão, fissuração e desagregação da pasta de cimento e fissuram
mapeadas no concreto.
A permeabilidade da pasta de cimento, a porosidade do agregado, quantidade de
álcalis e disponibilidade de água na pasta são alguns dos fatores que influenciam na evolução
da reação álcali-agregado. As condições ambientais também contribuem para esse tipo de
reação, principalmente por consequência da umidade exterior presente no concreto, devido ao
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ambiente em que ele está inserido, ou quando existe uma modificação entre molhagem e
secagem ou em temperaturas elevadas, entre 10 a 38°C.
Além do álcali-sílica, existe outro tipo de reação relacionada aos agregados, como é o
caso da reação álcali-carbonato. Essa reação é rara e uma diferença em relação a álcali--sílica
é a inexistência de quantidades expressivas do gel de álcali-carbonato.
Desse modo, em estruturas em que ocorra a possibilidade de existir a presença de
agregados reativos, a medida mais eficaz é o controle em relação ao teor de álcalis presentes
no cimento.
2.3.3 Carbonatação
O meio ambiente é composto por gás carbônico, ou seja, dióxido de carbono (CO2),
quando ele penetra no concreto ocorre uma reação entre o CO2 e as moléculas de água (H2O),
que estão presentes nos poros do material estrutural, além do hidróxido de cálcio (Ca (OH)2),
que também se localiza nos poros.
A água e o dióxido de carbono formam o ácido carbônico, que possui um baixíssimo
pH. Esse ácido quando reage com as moléculas de hidróxido de cálcio, presentes nos poros,
formam o carbonato de cálcio, ou seja, ocorre a carbonatação.
De acordo com Souza e Ripper (1998), a presença de CO2 na atmosfera manifesta-se
para dentro dos poros do concreto, e com a sua subsequente reação com o hidróxido de cálcio,
existente na água do concreto, formando o carbonato de cálcio e implicando na carbonatação
do concreto.
Segundo Neville (2016), a carbonatação pode ocorrer mesmo em ambientes com baixa
concentração de CO2 na atmosfera (0,03% em volume – ambientes rurais), sendo assim,
fazendo com que a carbonatação seja um dos agentes iniciadores da corrosão mais
importantes.
Esse tipo de reação ocasiona modificações físicas como o aumento da dureza do
concreto. Como principal consequência tem-se a diminuição do pH saindo da ordem de 12,5
devido primordialmente ao Ca(OH)2 consumido na reação, para cerca de 9,4, fator iniciador
da perda da camada de passivação da armadura e sua corrosão (LAPA, 2008).
Segundo Marques (2016) a carbonatação não deteriora o concreto, porém é o agente
despassivante da armadura e causa o início da corrosão. Portanto, para fins de durabilidade é
necessário se conhecer a profundidade carbonatada do concreto, para identificar sua
proximidade com a armadura e assim impedir a despassivação. Na Figura 1 é ilustrado o
processo de carbonatação de forma simplificada.
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Figura 1: Ilustração do processo de carbonatação
Fonte: Santos (2015)
2.3.4 Efeito de sais no concreto
Neville (2016) afirma que o concreto exposto à água do mar pode ser submetido a
diferentes ações químicas e físicas, como ataques químicos, corrosão de armaduras induzida
por cloretos, desgaste por ação de sais. Todas essas ações dependem da posição do concreto
em relação ao nível do mar. Além disso, a ação química que ocorre é resultante do grande
número de sais dissolvidos presentes na água.
De acordo com Mehta e Monteiro (2014), o concreto presente em ambientes marinhos
pode se deteriorar como resultados dos efeitos da combinação entre a ação química dos
constituintes da água do mar com os produtos de hidratação do cimento, expansão devido à
reação álcali-agregado, ação de congelamento em climas frios, corrosão de armaduras. O
ataque ao concreto pode proporcionar o aumento da permeabilidade, tornando o concreto mais
suscetível às ações.
2.3.5 Lixiviação
Segundo Souza e Ripper (1998), a lixiviação consiste na dissolução e arraste do
hidróxido de cálcio existente na massa de cimento Portland endurecido (liberado na
hidratação), devido ao ataque de águas puras ou com poucas impurezas, e ainda de águas
pantanosas, subterrâneas, profundas ou ácidas, que serão responsáveis pela corrosão. Os
autores assimilam este fenômeno que ocorre no concreto com à osteoporose do esqueleto
humano, e pode levar, em um espaço de tempo relativamente curto, o elemento estrutural
atacado à ruína.
A lixiviação é indesejável por causar perda de resistência do concreto, ao aumentar a
porosidade do concreto, e por razões estéticas. Quando o produto da lixiviação interage com o
gás carbônico (CO2) presente no ar, ele resulta na precipitação de crostas brancas de
carbonato de cálcio da superfície, as eflorescências (MEHTA; MONTEIRO, 1994, apud
SANTOS, 2017). Na Figura 2 é apresentado um exemplo desse processo.
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Figura 2: Eflorescência decorrente da lixiviação
Fonte: Google imagens (2019)
2.3.6 Corrosão da armadura
Segundo Gentil (1996), a corrosão pode ser definida como sendo a deterioração de um
material por ação química ou eletroquímica do meio ambiente, geralmente acontece em um
material metálico. A deterioração apresenta alterações indesejáveis, como o desgaste,
variações químicas ou modificações estruturais. A degradação de matérias não-metálicos,
como o concreto, também é considerada como corrosão, afetando sua estabilidade e
durabilidade das estruturas. A armadura presente no concreto armado não é suscetível a sofrer
corrosão, a não ser que ocorra contaminação e deterioração do concreto.
De acordo com Neville (2013), quando o concreto é permeável fazendo com que a
carbonatação atinja o concreto em contato com o aço ou cloretos possam penetrar, chegando
na armadura, e com a presença de água e oxigênio, inicia-se o processo de corrosão de
armadura. Como consequência, resulta em um aumento expansivo em relação ao aço original,
devido a formação de compostos ferrosos, sendo assim, as tensões de expansão causam
fissuração e lascamento do concreto.
Mehta e Monteiro (2008) afirmam que os danos resultantes da corrosão da armadura
se manifestam na forma de expansão, fissuração e eventual lascamento do concreto de
cobrimento. Além da perda de determinado cobrimento, pode ocorrer dano estrutural devido à
perda, não só de aderência entre o aço e o concreto, como também de áreas de seção
transversal da barra.
Conforme Santos (2017), a corrosão pode ser classificada de acordo com a sua
morfologia. Sendo assim, ela é dividida em três tipos: corrosão generalizada, corrosão por pite
e corrosão sob tensão fraturante. De acordo com Cascudo (1987, apud Santos, 2017), a
corrosão generalizada ocorre em toda a barra de aço, podendo ser uniforme ou não. A
corrosão por pite ocorre em regiões específicas da barra, sendo agravada em pontos onde a
relação área catódica/ área anódica é maior. A corrosão sob tensão fraturante também é um
tipo de corrosão localizada, que ocorre junto com uma tensão de tração.
Santos (2017) afirma que corrosão da armadura é um dos mecanismos mais comum de
deterioração do concreto armado, causando efeitos negativos tanto estéticos quanto
relacionados à resistência da estrutura, como a diminuição da seção da armadura e fissuração
do concreto. A Figura 3 apresenta um esquema relacionado com os efeitos neativos
presentes na corrosão da armadura, como fissuração e lascamento.
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Figura 3: Ilustração da corrosão em armaduras
Fonte: Helene (1988, apud Santos, 2017)
3 METODOLOGIA DO TRABALHO
A metodologia utilizada para realização do trabalho foi através de uma pesquisa
exploratória. Para Gil (2002), uma pesquisa exploratória tem como objetivo proporcionar
maior familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo mais explícito ou a constituir
hipóteses. Além do aprimoramento de ideias ou a descoberta de intuições. Esse tipo de
pesquisa envolve: levantamento bibliográfico, entrevistas com pessoas que tiveram
experiências práticas com o problema pesquisado e análise de exemplos que "estimulem a
compreensão".
Sendo assim, o método realizado para alcançar os objetivos foi através de um
levantamento bibliográfico e análises realizadas em pesquisas que possuíam ênfase em
ataques químicos que resultaram no desgaste e deterioração do concreto armado. Para
realização deste levantamento foram utilizadas as seguintes palavras-chave, “concreto”,
“ataques químicos” e “durabilidade estrutural”. A pesquisa exploratória teve como objeto de
estudo sites, periódicos online, revistas, artigos, teses, dissertações e monografias.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Diante do levantamento bibliográfico realizado, foi possível analisar em diferentes
trabalhos que relacionam a deterioração do concreto armado submetido à ataques químicos.
Nesta sessão serão apresentadas essas pesquisas com ênfase nas substâncias químicas e seus
efeitos sobre o concreto.
4.1 Cesário (2014)
Cesário (2014) realizou uma pesquisa com o intuito de analisar as alterações
mecânicas e físico-quimicas, provocadas em concretos destinados as fundações, ocasionadas
pelo ataque de sulfato de sódio, magnésio e ferro. Para realização da análise, foram
desenvolvidos ensaios laboratoriais de resistência à compressão axial, potencial
hidrogeniônico (pH), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX)
nos corpos de provas submersos em água contendo o sulfato característico. Além de um
estudo de campo, no qual foram coletadas amostras de pontes de concreto suspostamente
atacadas por sulfatos, dos rios de Criciúma/SC e região.
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Inicialmente foram moldados corpos de prova cilíndricos (diâmetro de 10 cm; altura
de 20 cm; fck de 20 MPa) que foram submersos em água com sulfato de sódio, magnésio e
ferro, possuindo mesma concentração, durante um período de 182 dias e analisados
periodicamente. Posteriormente, ocorreu um estudo de campo realizado em pontes da região
de Criciúma, com o intuito de identificar possíveis evidencias patológicas causadas por ataque
de sulfato. Na Figura 4 tem-se o esquema desenvolvido pelo autor em relação a distribuição
das amostras e na Figura 5 é apresentado o modelo dos cilindros utilizados como amostra.
Figura 4: Distribuição e procedimento experimental realizado na pesquisa
Fonte: Adaptado de Cesário (2014)
Figura 5: Corpos de provas moldados para a pesquisa
Fonte: Adaptado de Cesário (2014)
Através de uma análise microestrutural, Cesário (2014) constatou que as amostras que
foram submersas em sulfato apresentam fissuras superficiais, quando visualizadas
microscopicamente, diferentes da amostra submersa em água potável, não apresentando essas
fissuras. Além disso, houve a formação de calcita (CaCO3) nas amostras submersas nos três
sulfatos utilizados no trabalho.
A formação de sulfoaluminatos de cálcio hidratado (etringita) foi identificada nas
amostras de concreto submersas em sulfato de ferro e o surgimento de fissuras. Ocorrendo os
mesmos fenômenos nas amostras submersas em sulfato de sódio. Nas amostras do sulfato de
magnésio houve a formação de silicato de magnésio hidratado (M-S-H) e a presença de
fissuras na amostra de sulfato de magnésio com maior intensidade, além da etringita e calcita
como nas demais amostras.
No estudo de campo realizado, Cesário (2014) obteve resultados através do ensaio de
microscopia eletrônica de varredura (MEV) nas amostras retiradas das pontes em diferentes
regiões e foi possível constatar concentrações elevadas de cálcio e oxigênio, formação de
hidróxido de magnésio, sugerindo a presença de sulfato de magnésio, formação de gipsita e
calcita, assim como a presença de sulfato de potássio e hidrogênio, aparecimento de fissuras
ao redor dos poros do concreto, e formação de hidróxido de alumínio, podendo estar ligado ao
sulfato de ferro.
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Cesário (2014) concluiu que a água com presença de sulfato em concentrações reais de
campo apresenta alterações ao concreto, porém são mais expressivas em longo prazo. Além
das microscopias das amostras de estudo de campo, sugerindo a existência do ataque por
sulfato, tendo como agente a água.
4.2 Marques (2016)
Marques (2016) em pesquisa realizada identificou as manifestações patológicas e
avaliou o processo de recuperação em brises de concreto armado, os quais apresentam grande
corrosão de armaduras e segregação do concreto, na antiga sede do Tribunal Regional
Eleitoral no estado do Rio Grande do Norte (TRE-RN). A fim de avaliar a durabilidade da
edificação, a autora propôs na pesquisa realizar inspeções, ensaios e avaliações, identificando
as origens e consequências. Dessa forma, buscou-se entender como o ambiente, o projeto, os
materiais, o processo construtivo e o histórico de manutenções são cooperadores do
surgimento dessas manifestações.
A análise do trabalho parte de inspeção visual e do projeto, ensaios in loco e em
laboratório atrelado ao estudo do histórico do prédio, no intuito de descobrir as possíveis
causas, avaliando, assim o procedimento de restauração estrutural do órgão público.
Diante dos procedimentos utilizados para análise, foi possível constatar que o Tribunal
Regional Eleitoral no estado do Rio Grande do Norte (TRE-RN) possui um alto nível de
agressividade em relação aos ataques por cloretos, devido ao ambiente que está inserido,
tendo em vista a sua aproximação com o mar.
Marques (2016), em seu trabalho, destacou um laudo técnico realizado no ano 2000
pela administração do prédio. Foram utilizados alguns ensaios pela empresa que foi
contratada para realização do laudo, dentre eles, o de profundidade de carbonatação, diante
disso, o laudo afirma que existe influência do gás carbônico como um agente redutor do pH.
No ensaio de teor de cloretos, a empresa consta que o ataque por íons cloreto tem alta
probabilidade de acontecer devido a localização, os resultados obtidos foram maiores do que
0,4%, constatando a incorporação de cloretos na estrutura.
A empresa realizou a determinação do potencial de corrosão e obtiveram valores mais
negativos do que -0,350V, constatando uma corrosão ativo, tendo como base a norma ASTM
C – 876 (1991). Por fim, o laudo apresentou conclusões que o prédio possui diferentes
problemas devido a diferentes fatores, tanto em relação a construção do projeto como devido
aos ataques químicos presentes. Foi elaborado um projeto de recuperação e reforço estrutural
em alguns pilares e vigas, além da aplicação de uma camada de revestimento protetor em
todas as áreas que possuíam concreto aparente. Marques (2016) observou que após dezesseis
anos da execução do laudo e de recuperação do edifício, foi possível observar pontos com
corrosão de armadura e fatores que agravam as patologias, mostrados na Figura 6.
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Figura 6: Pontos de corrosão com desplacamento e redução de concreto observados pela autora.
Fonte: Adaptado de Marques (2016)
Dentre os ensaios realizados pela autora, o ensaio de profundidade de carbonatação
foi realizado em dois brises diferentes, com métodos diferentes, mas os resultados obtidos
foram semelhantes, constatando que os brises se encontram com um alto estado de
carbonatação. Além disso, foi possível identificar a presença de cloretos livres no concreto
através do ensaio de presença de cloretos.
Ao final foi constatado que o prédio possui vida útil comprometida e presença de
diversos problemas patológicos em suas estruturas de concreto. De acordo com a inspeção e
validando o laudo técnico realizado, foi possível destacar a presença de dois agentes
agressivos, a carbonatação do concreto e o ataque por íons cloretos. Esses agentes foram
responsáveis inicialmente pela corrosão encontrada em diferentes pontos da estrutura. Além
disso, o serviço de recuperação realizado apresentou diversas falhas e o concreto presente em
todo o edifício é considerado poroso e propenso a patologias, sendo assim, tendo como
consequência uma curta vida útil do prédio.
4.3 Pereira (2019)
Pereira (2019) através de uma dissertação avaliou a resistência à carbonatação
acelerada em concretos com adição de nanosílica, quando submetidos ao ataque de CO2. A
nanosílica é uma adição mineral que interage de forma química e física nas reações de
hidratação do cimento e na microestrutura do concreto.
O método utilizado nessa pesquisa foi formado por 6 etapas: caracterização dos
materiais, compatibilização entre aglomerantes e aditivo, definição dos traços e moldagem
dos corpos de prova, propriedades mecânicas e físicas, durabilidade dos concretos frente a
ação do CO2 e, por fim, ensaios microestruturais.
No final concluiu-se que a adição de nanosílica em concretos, com relação às
propriedades mecânicas físicas provoca o melhoramento na microestrutura, porém, em
ambientes com elevado teor de CO2 a ação da nanosílica acaba resultando no aumento da
carbonatação, devido a diminuição da reserva alcalina.
4.4 Santos (2019)
Devido a necessidade da obtenção de estruturas de concreto mais duráveis, Santos
(2019) desenvolveu uma pesquisa com o intuito de avaliar o comportamento de concretos
com a adição de nanosílica, quando submetidos à ação combinada dos íons cloreto e do CO2.
O trabalho foi dividido em 4 etapas: caracterização dos materiais, ensaios em pasta, definição
dos traços e ensaios em concreto.
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A pesquisa foi desenvolvida em conjunto com Pereira (2019), que tratou do estudo da
utilização de nanosílica em concretos expostos à carbonatação isolada em diferentes
condições. Além disso, o trabalho relaciona-se com trabalhos já realizados pelo grupo de
pesquisa do Laboratório de Materiais e Componentes (LMC) da Universidade Federal de São
Carlos (UFSCar).
Segundo Santos (2019), na primeira etapa realizou-se a caracterização física e química
dos materiais utilizados nos concretos estudados: cimento Portland, agregado graúdo,
agregado miúdo, sílica ativa, nanosílica e aditivo superplastificante. Na segunda etapa,
realizaram-se ensaios em pasta no estado fresco com o objetivo de se verificar a
compatibilidade entre os materiais utilizados, principalmente entre cimento, nanosílica e sílica
ativa com o aditivo superplastificante escolhido para ser utilizado. Na terceira etapa foram
definidos os traços a serem utilizados, com base em Schmalz (2018), e por meio dos ensaios
em concreto no estado fresco. Posteriormente, iniciou-se a quarta etapa, na qual foram
avaliados os concretos no estado endurecido. Inicialmente realizou-se a caracterização física e
mecânica dos concretos, por meio de ensaios de resistência à compressão e de absorção de
água por capilaridade. Sequencialmente realizaram-se os ensaios de durabilidade frente a ação
dos cloretos e do CO2, de modo isolado e de modo combinado. Para verificação da
durabilidade frente ao ataque de cloretos, foram realizados ciclos de molhagem e secagem em
solução contendo cloreto de sódio e frente ao ataque do CO2, foram realizados ensaios de
carbonatação acelerada. Para verificar a influência da nanosílica nas características dos
concretos foram adicionados diferentes teores de nanosílica nas misturas.
De acordo com etapas realizadas, Santos (2019) teve como resultados mais
expressivos, da adição de nanosílica nas características mecânicas e físicas, o aumento na
resistência à compressão e redução absorção de água por capilaridade. Quanto ao uso
combinado da nanosílica coloidal e da sílica ativa, não foram observadas melhorias
significativas. Tanto a utilização isolada de nanosílica, quanto a utilização de nanosílica em
combinação com a sílica ativa levaram a reduções significativas na profundidade de
penetração de cloretos nos concretos das duas relações água/aglomerante estudadas, quando
comparados ao concreto referência. Por fim, o CO2 atuou dificultando a penetração de
cloretos nos concretos, contribuindo para uma maior durabilidade das estruturas de concreto
frente a corrosão por cloretos.
4.5 Farias (2019)
Farias (2019), realizou uma pesquisa que tinha como finalidade analisar a
profundidade da carbonatação nos pilares de garagem em diferentes obras já concluídas com
idades variadas, todas as obras eram localizadas na região de Criciúma. Na Figura 7 é
apresentado as obras em que foram analisadas e suas respectivas idades.
Figura 7: Obras analisadas
Fonte: Adaptado de Farias (2019)
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O processo consistiu em medir a espessura da carbonatada através de um indicador de
pH, resultando na visualização devido a mudança de cor do concreto. Além desse processo,
foi realizado os ensaios in loco nas obras, ensaio da dureza superficial do concreto,
esclerometria, e também ensaio de difração de raios X para verificar as fases cristalinas
presentes nos diferentes concretos, e posteriormente poder correlacionar com a resistência.
O processo que se utiliza um indicador de pH para medir a espessura da carbonatação,
como é o caso do trabalho, consiste em obter uma solução através da mistura de fenolftaleína,
álcool etílico e água, que quando entra em contato com o concreto sobre variação na cor, com
o pH inferior a 8,3, indica carbonatação no concreto e apresenta característica incolor, já com
o pH superior a 8,3 se torna rosa ou vermelho-carmim e indica a parte não carbonatada,
levando em consideração que o pH normal do concreto fica entre 12,5 a 14.
Farias (2019) realizou furos na área que foi analisada e aplicou a solução, após isso,
verificou a espessura e comparou com a curva de previsibilidade de carbonatação de Helene
(2004) e também a previsibilidade da espessura carbonatada ao longo do tempo de acordo
com a equação apresentada por Andrade (1992). O pó resultante da obtenção dos furos foi
utilizado no ensaio de DRX, com o intuito de obter as fases cristalinas presentes no concreto.
Com a realização dos ensaios, percebeu-se que não ocorre similaridade entre a medida
da espessura, idade e resistência. De acordo com Helene (1986, apud Farias, 2019) explica
que as profundidades de carbonatação aumentam, inicialmente, com grande rapidez,
prosseguindo mais lentamente e tendendo a uma profundidade máxima. Esta tendência ao
estacionamento do fenômeno pode ser explicada pela hidratação crescente do cimento e a
ação dos produtos de transformação que também colmatam os poros superficiais, dificultando
o acesso de CO2 presente no ar, ao interior do concreto.
Mas, comparando os resultados obtidos com estudos de Helene e Andrade, percebeu-
se uma grande diferença, pois cada autor leva em consideração diferentes propriedades do
concreto. A Figura 8 mostra as medidas encontradas de cada obra e as profundidades previstas
por Helene.
Figura 8: Medidas de espessura
Fonte: Adaptado de Farias (2019)
Por fim, Farias (2019) concluiu que a carbonatação está diretamente ligada com as
características de cada concreto analisado, levando em consideração componentes utilizados
na mistura e grau de exposição aos gases agressivos, e não somente a idade da obra. No
ensaio de DRX apresenta as fases cristalinas do concreto, sendo possível identificar a
carbonatação, além das características ligadas a resistência.
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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesse estudo e baseado nos trabalhos pesquisados é possível considerar que diferentes
substâncias podem acarretar na deterioração do concreto armado, dentre elas se destacam os
íons de cloretos, sulfatos, gás carbônico (CO2) e sais. Essas substâncias ocasionam ataques
químicos no concreto através de variados fenômenos, como carbonatação, lixiviação, corrosão
de armaduras, reações álcali-agregado.
Dentre os trabalhos que foram analisados, observou-se que os íons de cloreto e o gás
carbônico são substâncias que mais se destacam diante dos ataques químicos sofridos pelo
concreto. O cloreto é responsável pelo desenvolvimento de um fenômeno frequente na
utilização do concreto armado, a corrosão de armadura. Já o gás carbônico é responsável pelo
desenvolvimento da carbonatação, e, se ocorrer um alto nível de profundidade do CO2 na
estrutura de concreto também ocasiona o surgimento da corrosão na armadura.
Por fim, pode-se concluir que os ataques químicos estão relacionados também com o
ambiente em que a estrutura de concreto está localizada, tendo em vista que algumas
substâncias se encontram na água e no próprio solo, como é o caso dos sulfatos, destacando-se
o sulfato de magnésio que é considerado o mais agressivo. Além de ambientes marinhos que
são caracterizados pela presença de sais.
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