ANLISE COMPARATIVA DE PROCEDIMENTOS PARA
ENSAIOS ACELERADOS DE CARBONATAO
Cristiane Pauletti
Porto Alegre
Dezembro 2004
CRISTIANE PAULETTI
ANLISE COMPARATIVA DE PROCEDIMENTOS PARA ENSAIOS ACELERADOS DE CARBONATAO
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia na modalidade Acadmico
Porto Alegre
Dezembro 2004
PAULETTI, Cristiane
Anlise comparativa de procedimentos para ensaios acelerados de carbonatao / Cristiane Pauletti. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2004.
176 p.
Dissertao de mestrado, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Mestre em engenharia. Orientadores: Denise Carpena Coitinho Dal Molin e Claudio de Souza Kazmierczak.
Assunto I. Carbonatao II. Sazonamento III. Ensaio acelerado.
CCAA2
CRISTIANE PAULETTI
ANLISE COMPARATIVA DE PROCEDIMENTOS PARA ENSAIOS ACELERADOS DE CARBONATAO
Porto Alegre, 10 de dezembro de 2004
Prof.a. Denise Carpena Coitinho Dal Molin Prof. Claudio de Souza KazmierczakDra. pela Universidade de So Paulo Dr. pela Universidade de So Paulo
Orientadora Orientador
Prof. Dr. Amrico Campos Filho Coordenador do PPGEC/UFRGS
BANCA EXAMINADORA
Prof. Geraldo Cechella Isaia (UFSM) Dr. pela Universidade de So Paulo
Prof.a. Marlova Piva Kulakowski (FEEVALE) Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof.a. Angela Borges Masuero (UFRGS) Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Aos meus pais, Elio e Maria Aos meus manos, Solange e Julio
AGRADECIMENTOS
Ao papai do cu, o Deus Todo Poderoso, fonte f e fora, pela sade e proteo, por acompanhar e guiar meus passos dia aps dia.
Ao meu pai, um grande homem que exemplo de vida, inspirador da escolha pela engenharia civil, pelo apoio, independente da carreira a ser seguida, por minha formao como ser humano. minha me, uma grande guerreira, pela educao, pelo incentivo e pela confiana, depositados em todas as etapas da minha vida. Muito obrigada, eu amo vocs!
Aos meus manos, pelo carinho e pela torcida de todos os momentos. Amo vocs!
professora Denise Dal Molin, a qual considero uma me, pela orientao, capaz de tornar as tarefas mais leves, pelo conhecimento transmitido, pelo apoio e amizade.
Ao professor Claudio Kazmierczak, responsvel pela minha iniciao cientfica, pelo grande incentivo e confiana, pela orientao, pela dedicao e amizade.
Aos professores, Angela, Carin, Formoso, Greven, Ronaldo, Ruy e Sattler, pelos conhecimentos transmitidos. Ao professor Jos Luis Duarte Ribeiro, pelas importantes contribuies na anlise estatstica deste trabalho.
Aos demais professores e funcionrios do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da UFRGS, pelos auxlios recebidos, e aos funcionrios do NORIE, Luiz Carlos e Simone, pela disponibilidade em ajudar no que fosse possvel. Ao Seu Fontes, do LEME.
Ao Ederson a ao Arton, pela ajuda prestada no laboratrio do NORIE.
Aos auxiliares de pesquisa da UFRGS, em especial ao Andreas e ao Roger, que colaboraram nas moagens de material, realizadas em laboratrio.
UNISINOS, pela oportunidade de realizar parte desta pesquisa em suas dependncias.
Aos laboratoristas da UNISINOS, Dcio, Marcos Paulo, Letcia e Joo, pela ajuda em todas as etapas deste trabalho, pela amizade desenvolvida ao longo desses anos.
Aos auxiliares de pesquisa da UNISINOS, Alexandre, Vicente e Dbora, pelo auxlio nas moldagens, ensaios e anlise de imagens. Tambm Emlia, pela colaborao.
Aos rgos de fomento pesquisa, CAPES e CNPq, pelo apoio financeiro.
s empresas que fizeram doaes para este estudo: Cimentos Votorantim, pelo cimento e cinza volante utilizados nos experimentos; Cimentos Cimpor, pelos corpos moedores; Duratex S.A. (Deca), pelas esferas de alumina; Caf Iguau, pelas embalagens utilizadas no procedimento da RILEM, Chellmar Embalagem Moderna Ltda, pelas embalagens empregadas no procedimento baseado na metodologia adotada no NORIE. Muito obrigada!
Aos meus colegas de turma, Csar, Daniel, Fbio, Fabrcio, Gustavo, Manuel, Morello, Tiago, Vladimir, alm da pequena ala feminina, Aline B. e Natlia, pelo carinho e pelos laos de amizade, que tornaram os dias mais agradveis e as dificuldades menos pesadas.
s amigonas que me abrigaram nas noites que passei em Porto Alegre, Aline Barroso, Aline Morales, Ana Paula, Mara e Natlia, pela cama, comida, mas principalmente pela companhia e amizade de vocs. Muito, muito obrigada!
Aos demais colegas e amigos, sejam eles do NORIE ou no, Alexandre, Andrea Kern, ngela Azevedo, Antnio Eduardo, Bernardo, Cristvo, Daiana, Daniel Pinho, Denise Pitan, Edna, Elaine, Eugen, Fernanda Baiana, Fernanda Leite, Franciele, Geilma, Guguinha, Jairo Wolf, Lu Miron, Luclia, Ludmila, Marcel, Maria Teresa, Paulo (Fifi Kan), Paulo Srgio, Renato, Rodrigo, Simone, pelo carinho e amizade de sempre.
s amigas Aguida e Marlova, pela disposio e inestimvel ajuda, prestadas em todos os momentos, pela fora e amizade de vocs, muito obrigada.
Aos amigos que conquistei vida afora, Ana Krei, Arlete, Claudinha, Dnis, Iraci, Lisete, Lu Mendel, Pati, Onilde, Serginho, pelo incentivo e apoio de todas as horas, pela amizade, maior bem que vocs me proporcionam.
minha amigona, Yuriko, e meu afilhado, Pedro Henrique, pelos imensos momentos de alegria que passei ao lado de vocs, pelo apoio e por acreditarem em mim, amo vocs.
Ao meu namorado, Vincius, verdadeiro amigo e companheiro, pelo amor, pelo conforto do colo, pela dedicao, apoio e confiana. Eu te amo muito!
Aos meus familiares e aos que considero parte da famlia, Roberta, Ins, Andrea, Deise e Vicente, pelo carinho, pelo incentivo. Muito obrigada!
A todas as pessoas que no foram citadas aqui, mas que de uma forma ou de outra contriburam para a realizao deste trabalho. Muito obrigada.
A todos, do fundo do meu corao, muito obrigada, e minha eterna gratido.
Cristiane
A mente que se abre a uma nova idia jamais voltar ao seu tamanho natural.
Albert Einstein
RESUMO
PAULETTI, C. Anlise comparativa de procedimentos para ensaios acelerados de carbonatao. 2004. Dissertao (Mestrado em Engenharia) Escola de Engenharia, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
A durabilidade das estruturas de concreto armado tem sido motivo de grande interesse nas
pesquisas em construo civil, nos ltimos anos. Dentre os problemas que mais afetam a
durabilidade dessas estruturas, est a corroso de armaduras. O concreto que envolve o ao,
proporciona-lhe uma barreira fsica, atravs do cobrimento, e uma proteo qumica, gerada
pela elevada alcalinidade do concreto, formando uma pelcula passivadora em torno do ao.
Uma das formas de romper essa pelcula passivadora, atravs da diminuio da alcalinidade
do concreto, por reaes fsico-qumicas entre o dixido de carbono (CO2) da atmosfera, com
os produtos da hidratao do cimento, caracterizando a carbonatao. Esse fenmeno em si,
no prejudicial ao concreto armado, mas propicia condies para a corroso da armadura.
Em funo do tempo que as estruturas levam para carbonatarem naturalmente, so utilizados
ensaios acelerados para conhecer seu comportamento. Esses ensaios no so padronizados, o
que muitas vezes dificulta, e at mesmo impede a comparao entre as diversas pesquisas.
Nesse sentido, esse trabalho faz uma anlise comparativa de alguns procedimentos e fatores
envolvidos nos ensaios de carbonatao acelerada. Para tanto, foram empregadas argamassas,
que foram preparadas com dois tempos de cura submersa (7 e 28 dias), dois tipos de cimento
(CPI-S e CPIV), trs relaes gua/cimento (0,40, 0,55 e 0,70), dois tipos de secagem (em
sala climatizada e em estufa, pelas recomendaes da RILEM), dois tempos de secagem (o
mesmo perodo para todas as amostras, e diferentes perodos para cada trao) e, dois
percentuais de dixido de carbono (6% e cmara saturada de CO2). Os resultados da anlise
estatstica, indicaram que os fatores mais significativos foram o percentual de CO2 e a relao
gua/cimento. As amostras carbonatadas em cmara saturada de CO2 apresentaram um
comportamento distinto daquelas carbonatadas a 6%, alm de atingirem profundidades de
carbonatao inferiores. A secagem que segue as recomendaes da RILEM, propiciou
condies para profundidades de carbonatao maiores. O tipo de cimento e o tipo de
secagem apresentaram uma significncia intermediria na profundidade de carbonatao,
quando comparados aos demais fatores. O tempo de cura submersa e o tempo de secagem,
influenciaram muito pouco na carbonatao.
Palavras-chave: carbonatao, sazonamento, ensaio acelerado.
ABSTRACT
PAULETTI, C. Comparative assessment of procedures used in accelerated carbonation tests. 2004. Dissertao (Mestrado em Engenharia) Escola de Engenharia, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
The life of reinforced concrete structures has been the object of in-depth research in civil
construction in recent years. One of the most serious problems affecting these structures is the
corrosion of steel bars. In this type of material, the concrete layer acts both as a physical and
as a chemical barrier. The former effect is provided by the concrete layer covering the steel
while the latter is a result of the high alkalinity of the concrete, which generates a passivation
film on the steel surface. The alkalinity of the concrete may be reduced by physical-chemical
reactions between atmospheric carbon dioxide with the products of cement hydration, in a
process known as carbonation. This alone is not detrimental to the concrete but can create
favorable conditions to the corrosion of the steel bars. Since natural carbonation is a process
extending over an extremely long period, accelerated carbonation tests are used to assess the
behavior of reinforced concrete structures. These tests are not standardized, which makes
comparisons between different studies difficult or even impossible. The present study presents
a comparative assessment of some procedures and factors affecting accelerated carbonation
tests. The study used mortars prepared with two periods of underwater cure (7 and 28 days),
two cement types (ordinary Portland cement and pozzolanic Portland cement), three different
w/c ratios (0.40, 0.55 and 0.70), two drying processes (in a room with controlled temperature
and in an oven, according to the RILEM recommendations), two drying periods (the same
period for all samples and different periods for each composition) and two concentrations of
carbon dioxide (6% and saturated chamber). Statistical analysis results indicate that the most
significant factors are the concentration of carbon dioxide and the w/c ratio used. The samples
undergoing carbonation in saturated chamber behaved differently from those undergoing
carbonation with 6% CO2, in addition to displaying lower carbonation depths. The drying
procedure following the RILEM guidelines yielded greater carbonation depths. The type of
cement and the type of drying process used had an intermediate impact on carbonation,
assessing with the other factors. The length of underwater cure and the length of the drying
period were shown to have a negligible effect on carbonation.
Keywords: carbonation, drying period, accelerated tests.
SUMRIO
LISTA DE FIGURAS................................................................................... 13
LISTA DE TABELAS.................................................................................. 16
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS................................................... 17
1 INTRODUO........................................................................................ 19
1.1 JUSTIFICATIVA.................................................................................... 22
1.2 OBJETIVOS............................................................................................ 25
1.2.1 Objetivo Principal................................................................................. 25
1.2.2 Objetivos Secundrios.......................................................................... 25
1.3 LIMITAES DA PESQUISA.............................................................. 26
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO............................................................ 26
2 ASPECTOS RELACIONADOS COM A DURABILIDADE DAS
ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO...................................... 27
2.1 DURABILIDADE, DESEMPENHO E VIDA TIL............................. 27
2.2 MECANISMOS DE DETERIORAO................................................ 30
2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE..................................................... 32
2.3.1 Permeabilidade..................................................................................... 34
2.3.2 Suco Capilar...................................................................................... 36
2.3.3 Difuso................................................................................................. 38
3 CARBONATAO................................................................................. 41
3.1 MECANISMOS DA CARBONATAO............................................. 42
3.2 MEDIO DA CARBONATAO ATRAVS DE INDICADORES QUMICOS................................................................... 45
3.3 FATORES QUE INFLUENCIAM A CARBONATAO................... 47
3.3.1 Meio Ambiente..................................................................................... 47 3.3.1.1 Concentrao de CO2............................................................................................ 48
3.3.1.2 Umidade Relativa.................................................................................................. 49
3.3.1.3 Temperatura.......................................................................................................... 51
3.3.2 Fatores Relacionados ao Concreto....................................................... 52 3.3.2.1 Cimento................................................................................................................. 52
3.3.2.2 Adies.................................................................................................................. 54
3.3.2.3 Cura....................................................................................................................... 57
3.3.2.4 Porosidade............................................................................................................. 59
3.4 MTODOS ADOTADOS POR DIVERSOS PESQUISADORES PARA OS ENSAIO DE CARBONATAO.......................................... 61
3.4.1 Quanto s Condies do Ambiente...................................................... 61 3.4.1.1 Concentrao de CO2............................................................................................ 61
3.4.1.2 Umidade Relativa.................................................................................................. 63
3.4.1.3 Temperatura.......................................................................................................... 64
3.4.2 Quanto s Caractersticas das Amostras e dos Ensaios de Carbonatao ............................................................................................ 65
3.4.2.1 Tipo e Forma de Amostra...................................................................................... 65
3.4.2.2 Relao a/c............................................................................................................ 67
3.4.2.3 Condies e Tempo de Cura................................................................................. 68
3.4.2.4 Sazonamento......................................................................................................... 69
3.4.2.5 Tempo de Exposio............................................................................................. 71
3.4.3 Resumo das variveis adotadas em diversas pesquisas........................ 71
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL.......................................................... 76
4.1 PLANEJAMENTO DO EXPERIMENTO............................................. 77
4.1.1 Variveis Independentes....................................................................... 77
4.1.2 Variveis de Resposta.......................................................................... 78
4.1.3 Organizao das Atividades................................................................. 79
4.2 MATERIAIS........................................................................................... 80
4.2.1 Cimento................................................................................................ 80
4.2.2 Agregado Mido................................................................................... 82 4.2.3 Cinza Volante....................................................................................... 83 4.2.4 gua..................................................................................................... 84
4.3 PROPORCIONAMENTO E PROCEDIMENTO DE MISTURA DAS ARGAMASSAS........................................................................................ 84
4.4 MTODOS.............................................................................................. 86 4.4.1 Carbonatao Acelerada....................................................................... 86 4.4.1.1 Sazonamento......................................................................................................... 87
4.4.1.1.1 Sazonamento Utilizado no NORIE..................................................................... 87 4.4.1.1.2 Sazonamento conforme a RILEM....................................................................... 91 4.4.1.2 Ensaio de Carbonatao Acelerada....................................................................... 97
4.4.1.3 Procedimentos para Anlise dos Resultados......................................................... 101
4.4.2 Resistncia Compresso Axial.......................................................... 105
5 RESULTADOS E DISCUSSO............................................................. 107
5.1 CARBONATAO................................................................................ 107
5.2 RESISTNCIA COMPRESSO AXIAL.......................................... 138
6 CONSIDERAES FINAIS................................................................... 140
6.1 CONCLUSES....................................................................................... 140 6.1.1 Com Relao aos Resultados de Profundidade de Carbonatao........ 140 6.1.2 Com Relao aos Resultados de Resistncia Compresso Axial...... 143 6.1.3 Com Relao Forma de Medio da Profundidade de
Carbonatao............................................................................................. 144 6.1.4 Consideraes Finais Quanto aos Procedimentos................................ 144
6.2 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS.................................. 145
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...................................................... 147
APNDICE A Data de incio e perodo de durao, de cada etapa
dos procedimentos que antecederam os ensaios acelerados de
carbonatao............................................................................................ 156
APNDICE B Massa aps cura e ao final da secagem em sala
climatizada, conforme a metodologia baseada nos procedimentos
do NORIE, do bloco 1, a ttulo de exemplo........................................... 158
APNDICE C Parmetros da etapa de precondicionamento,
conforme recomendaes da RILEM (1999), no TC 116-PCD........... 160
APNDICE D Massa aps cura, m calculado e massa a ser atingida ao final de secagem em estufa, conforme os procedimentos
da RILEM, do bloco 1, a ttulo de exemplo.......................................... 162
APNDICE E Equaes utilizadas para o clculo de algumas
profundidades de carbonatao............................................................. 166
APNDICE F Valores mdios da profundidade de carbonatao
aos 7, 14, 21 e 28 dias de exposio ao CO2........................................... 168
APNDICE G Resultados da resistncia compresso axial dos
quatro blocos de ensaio, aos 7, 28 e 63 dias........................................... 173
APNDICE H Dados de alguns equipamentos e materiais, e seus
respectivos fornecedores......................................................................... 175
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Limites dos raios dos poros relevantes para diferentes fenmenos de transporte...................................................................................................................... 33
Figura 4.1: Etapas do programa experimental.................................................................. 80
Figura 4.2: Cmara de sazonamento, (a) croqui e (b) fotografia...................................... 88
Figura 4.3: Disposio das amostras para secagem na sala climatizada........................... 89
Figura 4.4: Corpo-de-prova embalado aps equilbrio da umidade na sala climatizada.. 90
Figura 4.5: Corpos-de-prova em fase de redistribuio da umidade na sala climatizada. 90
Figura 4.6: Disposio das amostras para secagem na estufa........................................... 96
Figura 4.7: Corpo-de-prova embalado aps atingir perda de massa desejada na estufa... 97
Figura 4.8: Corpos-de-prova em fase de redistribuio da umidade na estufa................. 97
Figura 4.9: Esquema de montagem da cmara de carbonatao a 6% de CO2................. 98
Figura 4.10: Ventiladores da parte superior da cmara de 6% de CO2............................. 98
Figura 4.11: Vista lateral da cmara de 6% de CO2.......................................................... 99
Figura 4.12: Vista frontal da cmara de saturada de CO2................................................. 100
Figura 4.13: Imagem digital aberta no programa de anlise............................................. 102
Figura 4.14: Imagem com a rea no carbonatada delimitada pelas linhas trao, ponto, ponto............................................................................................................................. 103
Figura 4.15: Imagem com delimitao das reas carbonatadas em cada uma das laterais (linhas contnuas)............................................................................................. 103
Figura 4.16: Imagem com medida da distncia (linhas tracejadas) limitada pelas linhas trao, ponto, ponto........................................................................................................ 104
Figura 4.17: Imagem com medida da maior e menor profundidade de carbonatao para cada uma das laterais (linhas pontilhadas)............................................................ 104
Figura 5.1: Esquema dos blocos de ensaio com os resultados de ec mdios..................... 110
Figura 5.2: Amostra em que a frente de carbonatao no bem definida e ec foi determinada pela linha de tendncia dos demais pontos.............................................. 113
Figura 5.3: Valores de profundidade de carbonatao obtidos em funo do tempo de exposio do bloco 1, para (a) relao a/c=0,40; (b) relao a/c=0,55 e (c) relao a/c=0,70........................................................................................................................ 114
Figura 5.4: Valores de profundidade de carbonatao obtidos em funo do tempo de exposio do bloco 2, para (a) relao a/c=0,40; (b) relao a/c=0,55 e (c) relao a/c=0,70........................................................................................................................ 115
Figura 5.5: Valores de profundidade de carbonatao obtidos em funo do tempo de exposio do bloco 3, para (a) relao a/c=0,40; (b) relao a/c=0,55 e (c) relao a/c=0,70........................................................................................................................ 116
Figura 5.6: Valores de profundidade de carbonatao obtidos em funo do tempo de exposio do bloco 4, para (a) relao a/c=0,40; (b) relao a/c=0,55 e (c) relao a/c=0,70........................................................................................................................ 117
Figura 5.7: Efeito isolado do tempo de cura submersa na profundidade de carbonatao................................................................................................................. 119
Figura 5.8: Efeito isolado do tipo de cimento na profundidade de carbonatao............. 121
Figura 5.9: Efeito isolado da relao a/c na profundidade de carbonatao..................... 122
Figura 5.10: Efeito isolado do tipo de secagem na profundidade de carbonatao.......... 124
Figura 5.11: Efeito isolado do percentual de CO2 na profundidade de carbonatao....... 125
Figura 5.12: Efeito isolado do tempo de secagem na profundidade de carbonatao....... 127
Figura 5.13: Interao entre o tempo de cura submersa e o tipo de cimento na profundidade de carbonatao...................................................................................... 128
Figura 5.14: Interao entre o tempo de cura submersa e o percentual de CO2 na profundidade de carbonatao...................................................................................... 129
Figura 5.15: Interao entre o tempo de cura submersa e o tipo de cimento para: (a) 6% de CO2 e (b) cmara saturada de CO2, na profundidade de carbonatao............. 130
Figura 5.16: Interao entre o tempo de cura submersa e o tipo de secagem na profundidade de carbonatao...................................................................................... 131
Figura 5.17: Interao entre o tipo de cimento e o tipo de secagem na profundidade de carbonatao................................................................................................................. 132
Figura 5.18: Interao entre o tipo de cimento e o percentual de CO2 na profundidade de carbonatao............................................................................................................ 133
Figura 5.19: Interao entre o tempo de cura submersa e a relao a/c na profundidade de carbonatao............................................................................................................ 133
Figura 5.20: Interao entre o tipo de cimento e a relao a/c na profundidade de carbonatao................................................................................................................. 134
Figura 5.21: Interao entre o tipo de secagem e a relao a/c na profundidade de carbonatao................................................................................................................. 135
Figura 5.22: Interao entre o tipo de cimento e o percentual de CO2 na profundidade de carbonatao............................................................................................................ 136
Figura 5.23: Interao entre o tipo de secagem e o percentual de CO2 na profundidade de carbonatao............................................................................................................ 136
Figura 5.24: Interao entre o tipo e o tempo de secagem na profundidade de carbonatao................................................................................................................. 137
Figura 5.25: Resistncia compresso axial mdia com relao ao tempo de ruptura, (a) bloco 1, (b) bloco 2, (c) bloco 3 e (d) bloco 4......................................................... 139
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1: Caractersticas dos estudos de carbonatao em concretos realizados por diversos pesquisadores................................................................................................. 72
Tabela 3.2: Caractersticas dos estudos de carbonatao em argamassas realizados por diversos pesquisadores................................................................................................. 74
Tabela 4.1: Normas adotadas para a caracterizao fsica e mecnica dos cimentos empregados................................................................................................................... 81
Tabela 4.2: Resultados da caracterizao fsica e mecnica dos cimentos CPI-S e CPIV............................................................................................................................. 81
Tabela 4.3: Composio qumica dos cimentos utilizados na pesquisa............................ 82
Tabela 4.4: Normas adotadas para a caracterizao fsica do agregado mido................ 83
Tabela 4.5: Resultados da caracterizao fsica do agregado mido................................ 83
Tabela 4.6: Dimetros mdios da cinza volante em funo do tempo de moagem.......... 84
Tabela 4.7: Caracterizao fsica da cinza volante............................................................ 84
Tabela 4.8: Proporcionamento de materiais, em massa, para confeco das argamassas. 85
Tabela 4.9: Quantidade de materiais para cada moldagem............................................... 85
Tabela 5.1: Resultados das medidas de profundidade de carbonatao mdia aos 28 dias de ensaio dos blocos 1 e 2..................................................................................... 111
Tabela 5.2: Resultados das medidas de profundidade de carbonatao mdia aos 28 dias de ensaio dos blocos 3 e 4..................................................................................... 112
Tabela 5.3: Anlise de varincia dos resultados de carbonatao acelerada aos 28 dias de ensaio....................................................................................................................... 118
Tabela 5.4: Resultados mdios da resistncia compresso axial dos quatro blocos, em cada idade de ruptura.................................................................................................... 138
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a/agl: relao gua/aglomerante
a/c: relao gua/cimento
ABCP: Associao Brasileira de Cimento Portland
ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas
ACI: American Concrete Institute
AMN: Asociacin Mercosur de Normalizacin
ANOVA: Anlise de Varincia
ASTM: American Society for Testing and Materials
C2S: silicato diclcico
C3A: aluminato triclcico
C3S: silicato triclcico
C4AF: ferroaluminato tetraclcico
Ca(OH)2: hidrxido de clcio
CaCO3: carbonato de clcio
CaO: xido de clcio
carb.: carbonatao
CEB: Comit Euro-International du Bton
CEN: Comit Europen de Normalisation
CO2: dixido de carbono ou gs carbnico
CPI: cimento Portland comum
CPII: cimento Portland composto
CPIII: cimento Portland de alto-forno
CPI-S: cimento Portland comum com adio
CPIV: cimento Portland pozolnico
CPV-ARI: cimento Portland de alta resistncia inicial
CPV-ARI-RS-MS: cimento Portland de alta resistncia inicial resistente sulfatos com adio de slica micropulverizada
C-S-H: silicato de clcio hidratado
ec: profundidade de carbonatao
fc: resistncia compresso axial
H2S: cido sulfdrico
ident.: identificao
ISO: International Organization for Standardization
KOH: hidrxido de potssio
LACER: Laboratrio de Cermica
LMC: Laboratrio de Materiais de Construo
MPa: Mega Pascal
NaCl: cloreto de sdio
NBR: Norma Brasileira Regulamentada
m: micro metro (10-6 metros) nm: nano metro (10-9 metros)
NORIE: Ncleo Orientado para a Inovao da Edificao
pH: potencial de hidrognio
redist.: redistribuio de umidade
RILEM: Reunion Internationale de Laboratoires Dessais et Materiaux
sat.: saturada de CO2
sec.: secagem
SO2: dixido de enxofre
UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
UNISINOS: Universidade do Vale do Rio dos Sinos
UR: umidade relativa
19
1 INTRODUO
O cimento um dos materiais mais utilizados na construo civil, no mundo todo. Coutinho
(1997, p. 1) faz um histrico do incio de seu uso. Entre 1812 e 1817, Louis Vicat realizou
estudos que mostraram que a queima conjunta do calcrio e argila conduzia obteno do
cimento, sendo autorizado, em 1819, a utilizar o material na construo da ponte Souillac,
sobre o rio Dordogne. Em 1824, Joseph Aspdin patenteava a fabricao do cimento artificial,
usando temperaturas superiores s utilizadas por Vicat. O impulso decisivo para o concreto
armado foi dado em 1848, por Joseph-Louis Lambot, ao construir um barco. A primeira obra
em concreto armado com a idia de dar s armaduras o papel da resistncia trao e, ao
concreto, da resistncia compresso, foi realizada por Franais Coignet, em 1852. E, a partir
de 1890, o concreto toma as propores que se conhecem hoje.
Usa-se concreto armado desde 1848 e, no entanto, faz pouco tempo que os aspectos de
durabilidade passaram a ter importncia. Cerca de 30 anos aps a inveno do cimento, o
prprio Louis Vicat observava as primeiras alteraes decorrentes da gua do mar no produto
que tinha criado. Thomas E. Stanton descobria, em 1940, a possibilidade da interveno da
natureza na estabilidade do concreto. Em 1950, Jacques Farran despertou a ateno para
reaes qumicas e fsico-qumicas entre os compostos hidratados do cimento e a superfcie
do agregado (COUTINHO, 1997, p. 3).
Conforme Mehta (1991, p. 2), no Simpsio de Qumica dos Cimentos, em 1938, ainda no
havia publicaes que fizessem referncia a questes como corroso, ataques por sulfatos,
carbonatao ou reao lcali-agregado, apenas um pargrafo contemplando aspectos de
resistncia qumica. Em 1952, no Terceiro Simpsio de Qumica dos Cimentos, Thorvaldson
fez a primeira publicao com aspectos qumicos de durabilidade com referncia ao de
sulfatos (MEHTA, 1991, p. 4). Nos ltimos anos, a durabilidade das edificaes tem sido um
dos temas mais estudados pelos pesquisadores de materiais e estruturas. As caractersticas de
durabilidade dos materiais passaram a ter a mesma importncia dos aspectos de resistncia
mecnica e custo inicial.
Conforme Papadakis et al. (1989, p. 1639), o concreto largamente utilizado na construo
civil, em todo o mundo, no s pelo baixo custo, mas tambm pelo seu desempenho
20
satisfatrio em servio. O bom desempenho inclui durabilidade que pode ser superior do ao
e da madeira. No entanto, nos ltimos tempos, a durabilidade tem se tornado insatisfatria.
Laranjeiras e Helene (1993, p. 1) justificam que o aumento do nmero de problemas das
estruturas de concreto devido ao seu envelhecimento e que muitos defeitos se originam na
fase de projeto. Saetta e Vitaliani (2004, p. 578) salientam que, nos ltimos anos, a ateno s
estruturas de concreto tm aumentado, devido sua falncia precoce e altos custos de reparo,
indicando que h interesse em construes seguras. Os pesquisadores tambm sugerem que h
problemas na fase de projeto, uma vez que se deve considerar os materiais e o meio em que
sero inseridos, sendo difcil fazer predies.
At a recente reviso da norma brasileira de projeto de estruturas de concreto, sob a
designao NBR 6118 (ABNT, 2004), os aspectos referentes durabilidade das estruturas de
concreto referiam-se aos ambientes que a norma classifica como agressivos. A durabilidade
era abordada em termos de escolha dos materiais constituintes, consumo de cimento e relao
gua/cimento, no entanto, em limites bastante amplos. Hoje, a norma possui um captulo que
contempla os critrios de projeto que visam a durabilidade.
preciso entender que a durabilidade vai depender de diversos fatores que envolvem o
concreto. Conforme Mehta (1991, p. 18), para ser durvel, o concreto necessitaria permanecer
impermevel ou livre de fissuras durante a vida til de projeto requerida, e isso no ser
possvel at que fornecedores e usurios de concreto entendam e respeitem os efeitos do
comportamento de cada componente principal do concreto e a interao entre eles.
Segundo Mehta e Monteiro (1994, p. 120), os custos de reparos e substituies em estruturas
devido a falhas nos materiais tm se tornado parte substancial do oramento total das
construes. Por exemplo, estima-se que acima de 40% do total dos recursos da indstria de
construo sejam aplicados no reparo e manuteno de estruturas j existentes, em pases
industrialmente desenvolvidos, e menos de 60% em novas instalaes. Esse crescimento no
custo de recuperao de estruturas e a nfase do custo do ciclo da vida ao invs do custo
inicial esto forando os engenheiros a tomarem conscincia dos aspectos de durabilidade.
Somado a isso, sabe-se que existe uma estreita relao entre a durabilidade de materiais e
ecologia. A preservao de recursos atravs da produo de materiais mais durveis , alm
de tudo, um passo ecolgico (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 120). Deve-se usar as
informaes e conhecimento disponveis para conscientizar a fazer certo.
21
Dentre os problemas que afetam a durabilidade das estruturas de concreto armado destaca-se a
corroso de armaduras, que pode causar grandes danos, tanto no aspecto econmico, como
pela dificuldade das tcnicas de recuperao e sua eficcia ao longo do tempo.
Andrade (1992, p. 19) coloca que a durabilidade do ao nas estruturas de concreto armado
depende da ao que o concreto exerce sobre o ao: por uma parte, o cobrimento de concreto
uma barreira fsica, e por outra, a elevada alcalinidade do concreto desenvolve sobre o ao
uma camada passiva que o mantm inalterado por um tempo indefinido. Essa alcalinidade
surge durante o processo de hidratao do cimento, quando gerado um conglomerado slido,
constitudo pelas fases hidratadas do cimento e pela fase aquosa que ocupa a rede de poros
intersticiais e capilares do concreto. A alcalinidade gerada apresenta um potencial de
hidrognio (pH) suficiente para passivar o ao, protegendo-o da corroso enquanto no
houver alteraes fsicas ou qumicas na camada de concreto que o cerca, que permitam a
ao de agentes agressivos externos (KAZMIERCZAK, 1995, p. 11).
Caso ocorram alteraes e o ao perca a passividade, pode iniciar um processo de corroso
eletroqumica. Os produtos da corroso tm volume superior ao ao, o que gera presses que
fissuram o concreto ao longo da barra, fazendo com que a aderncia ao concreto seja perdida
e, at mesmo, que a armadura seja exposta por descolamento do concreto de cobrimento
(TUUTTI, 1982, p. 18). Freqentemente a segurana e problemas estticos causados pela
corroso antes do fim da vida til da estrutura so to srios que a mesma precisa ser
demolida, ou o custo de reparo muito elevado. Isso tem levado a muitas pesquisas no intuito
de entender os mecanismos e control-los (PAPADAKIS et al., 1989, p. 1639).
A pelcula passivadora que protege a armadura pode ser destruda, principalmente, pela ao
de ons cloreto, que penetram no concreto por difuso na gua dos poros e alcanam a
armadura, ou pela perda de alcalinidade do concreto, devido difuso do dixido de carbono
da atmosfera no lquido existente nos poros do concreto e reao com o hidrxido de clcio,
caracterizando a carbonatao, ou ainda, pela combinao desses dois mecanismos
(PAPADAKIS et al., 1989, p. 1639), sendo a carbonatao o tema central deste trabalho.
A carbonatao um complexo processo fsico-qumico de difuso e dissoluo do gs
carbnico nos poros do concreto, preenchidos parcialmente por gua, que ir reagir com
hidrxidos e silicatos de clcio hidratados ou no (PAPADAKIS, 1989, p. 1640), para formar
e precipitar carbonatos menos solveis. O resultado final uma lenta, mas completa
22
substituio do xido de clcio solvel, em carbonato de clcio insolvel (SMOLCZYK,
1976, p. 2).
Parrot (1986, p. 28) alerta que os custos de manuteno, reparo e reabilitao associados aos
danos causados por carbonatao podem ser considerveis. Seria muito mais lucrativo
canalizar recursos equivalentes a pequenas fraes desses montantes para desenvolver
medidas preventivas e minimizar ou evitar trabalhos de recuperao e reparo.
Para prover condies de predio e medidas preventivas que sejam satisfatrias, com relao
aos danos que podem ser causados por carbonatao, as pesquisas relacionadas a esses
aspectos necessitam de padronizao, no sentido de possibilitar a unio de esforos em prol
desses objetivos.
1.1 JUSTIFICATIVA
Apesar do grande nmero de pesquisas realizadas na rea da durabilidade, com relao
carbonatao do concreto, no Brasil (ABREU, 2004; ALVES, 2000; FIGUEIREDO, 2004;
ISAIA, 1995; JOHN, 1996; KAZMIERCZAK, 1995; KIRCHHEIM, 2003; KULAKOWSKI,
2002; LOPES, 1999; MONTEIRO, 1996; SEIDLER, 1999; VAGHETTI, 1999;
VENQUIARUTO, 2002; WOLF, 1991, entre outros), e no mundo (ANDRADE et al., 1988;
BALAYSSAC et al., 1995; DHIR et al., 1989; FATTUHI, 1988; GERVAIS et al., 2004;
PAPADAKIS, 2000, PAPADAKIS et al., 1989, 1991a, 1991b, 1992; ROY et al., 1999;
SAETTA et al., 1995, entre outros), ainda h muito a ser estudado.
Um estudo a ser realizado o que determina os procedimentos a serem adotados para ensaios
acelerados de carbonatao realizados em laboratrio, uma vez que no h padronizao para
esses ensaios devido falta de normas que regulamentem os mesmos. Desta forma, cada
pesquisador adota uma metodologia de pesquisa distinta, dificultando e at mesmo
impossibilitando comparaes entre estudos.
Apesar da necessidade de se comparar o resultado de pesquisas com outras realizadas, vrios
autores (ALVES, 2000, p. 95; ISAIA, 1995, p. 203; JIANG et al. 2000, p. 699; KIRCHHEIM,
2003, p. 45; KULAKOWSKI, 2002, p. 5; VAGHETTI, 1999, p. 84; VENQUIARUTO, 2002,
23
p. 113, entre outros) salientam que na maioria das vezes as condies de investigao so
distintas, o que dificulta uma comparao fidedigna dos resultados obtidos.
Parrot (1986, p. 15) alerta que raramente se encontram informaes descrevendo condies de
exposio dos materiais ensaiados. s vezes, so citadas a temperatura e umidade, mas o
mtodo utilizado no claro. A quantidade de CO2 empregada em ensaios ao ambiente
natural raramente reportada. O autor salienta que necessrio realizar um programa de
ensaios com diferentes umidades relativas, temperaturas e percentuais de CO2, colocando
amostras iguais em diferentes ambientes, com condies distintas (PARROT, 1986, p. 29).
Vaghetti (1999, p. 85) alerta para a necessidade de normalizar o perodo de cura inicial e o
percentual de gs carbnico a ser utilizado nos ensaios acelerados de carbonatao. Sanjun e
Olmo (2001, p. 951) tambm consideram que o percentual de gs carbnico, assim como a
umidade relativa, deveriam ser padronizados para os testes de laboratrio.
Segundo Neville (1997, p. 500), muitos trabalhos so feitos com bases variveis, no levando
a generalizaes aproveitveis. A exemplo de identificar o concreto ideal para prover um
desempenho timo, em particular para a corroso de armaduras, Papadakis (2000, p. 291)
coloca que apesar do grande nmero de contribuies tcnicas, isso no possvel, pois, alm
de haver uma quantidade de parmetros envolvidos bastante significativa, h diversas
controvrsias na literatura a respeito de uma mesma varivel.
Mehta (1991, p. 18) e Saetta et al. ( 1995, p. 1704) ressaltam que o conhecimento muito
fragmentado, que os estudos so realizados com uma varivel por vez e que existe grande
dificuldade de transpor os resultados obtidos em laboratrio para a realidade.
O Comit Europen de Normalisation (CEN) (2000) desenvolveu um esboo de norma sob a
designao prEN 13293. Tal esboo prescreve a determinao da resistncia de carbonatao,
de amostras feitas com produtos de reparo ou com sistemas de reparo, excluindo camadas de
proteo, a partir de ensaios acelerados de laboratrio. Apesar de ser recente, nenhuma
publicao consultada fez uso ou meno do referido esboo, com exceo de Abreu (2004, p.
39) que cita os parmetros por ele estabelecidos.
A Reunion Internationale de Laboratoires Dessais et Materiaux (RILEM) (1988), nas
recomendaes do CPC-18, apresenta os procedimentos para medio da profundidade de
carbonatao, quando as amostras j esto carbonatadas. Os parmetros nos quais os ensaios
24
de carbonatao devem ser conduzidos no so especificados. O TC 116-PCD (RILEM,
1999), referente permeabilidade do concreto como critrio da sua durabilidade, parte A,
traz um esboo de norma que descreve um mtodo para precondicionar corpos-de-prova de
concreto para medio da permeabilidade a gases e absoro capilar de gua. Essa
recomendao ressalta que o mtodo tambm pode ser usado para outros ensaios que desejam
distribuio uniforme de umidade no corpo-de-prova. As especificaes das recomendaes
citadas so detalhadas no item 4.4.1.1.2 deste trabalho. Na literatura consultada, diversos
pesquisadores (BALAYSSAC et al., 1995; DHIR et al., 1989; KAZMIERCZAK, 1995;
KIRCHHEIM, 2003; KULAKOWSKI, 2002; LOPES, 1999; VENQUIARUTO, 2002, entre
outros) utilizam as recomendaes do CPC-18 para determinao da profundidade de
carbonatao, entretanto, na bibliografia consultada, apenas um trabalho (VENQUIARUTO,
2002) adota a metodologia prescrita nas recomendaes do TC 116-PCD.
A determinao da carbonatao j possui mtodos consagrados (asperso de indicadores
qumicos, petrografia, anlise trmica diferencial, variao de massa, entre outros), que
apresentam resultados bastante semelhantes entre si, embora sejam utilizadas diferentes
concentraes de CO2.
No entanto, os procedimentos de sazonamento empregados so os mais diversos. O
sazonamento constitui a etapa entre a cura das amostras e o incio do ensaio de carbonatao
propriamente dito, quando os corpos-de-prova so submetidos ao do CO2. Para a etapa de
sazonamento devem ser definidos o tipo e o tempo de secagem a serem adotados, a fim de que
os corpos-de-prova alcancem as condies ideais para o ensaio acelerado. Segundo alguns
autores (ABREU, 2004, p. 62; KAZMIERCZAK, 1995, p. 56; KIRCHHEIM, 2002, p. 86;
KULAKOWSKI, 2002, p. 55, entre outros), na fase de sazonamento, as amostras devem ficar
livres de qualquer contato com o gs carbnico, a espera da obteno da umidade determinada
para o ensaio de carbonatao e equilbrio da mesma dentro do corpo-de-prova.
As diferentes formas de sazonamento influenciam na carbonatao, pois nessa etapa que
sero desenvolvidas propriedades que interferem nos resultados dos ensaios. A quantidade de
gua a ser perdida pelo corpo-de-prova, bem como a forma e o tempo necessrios para
alcanar essa perda, podem alterar a hidratao dos aglomerantes e, por conseqncia, a
quantidade e tamanho dos poros. Em ltima anlise, os diferentes procedimentos de
sazonamento podem alterar a velocidade de penetrao da frente de carbonatao. No entanto,
no h normalizao que padronize esta etapa e assim, cada pesquisador sazona as amostras
25
de uma forma diferenciada. Em alguns trabalhos (BRANCA et al., 1993; LO; LEE, 2002;
NAGATAKI; OHGA, 1993; ROY et al., 1999, entre outros), esta etapa de sazonamento nem
descrita ou no realizada. Dessa forma, esta pesquisa procura avaliar uma srie de
procedimentos para os ensaios acelerados de carbonatao, contemplando diferentes
sazonamentos.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Principal
Comparao de diferentes formas de sazonamento, contemplando dois tipos de secagem (em
sala climatizada e em estufa) e dois tempos de secagem (o mesmo perodo para todas os
corpos-de-prova e diferentes perodos para cada trao), na carbonatao de corpos-de-prova
de argamassa utilizando-se ensaios acelerados.
1.2.2 Objetivos Secundrios
Os ensaios de carbonatao acelerada em laboratrio tm por objetivos secundrios:
a) verificao da influncia do tempo de cura, tipo de cimento, relao a/c e
percentual de CO2 na profundidade de carbonatao;
b) verificao da existncia de interaes entre os fatores analisados nos ensaios
de profundidade de carbonatao;
c) verificao da influncia do tipo de cimento e da relao a/c na resistncia
compresso para fins de controle de produo.
26
1.3 LIMITAES DA PESQUISA
As limitaes da pesquisa esto relacionadas ao nmero de frmas disponveis para a
moldagem dos corpos-de-prova, tamanho das cmaras de carbonatao e tamanho da estufa.
Em funo disso, os ensaios foram realizados em 4 blocos distintos.
O tempo para a carbonatao completa, dos corpos-de-prova ensaiados na cmara saturada de
CO21 foi superior ao previsto. Em funo disso, quando as amostras do bloco 4 estavam
prontas para o incio do ensaio de carbonatao, no havia espao suficiente na cmara
saturada de CO2. Com isso, essas amostras foram carbonatadas somente na cmara com 6%
de CO2 e os valores para a cmara saturada de CO2 foram estimados.
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho est dividido em 6 captulos. No captulo 1 est a apresentao do tema, a
justificativa do estudo, os objetivos, as limitaes da pesquisa e a estrutura do trabalho.
Aspectos relacionados s estruturas de concreto, referentes sua durabilidade, e os principais
fatores intervenientes so abordados no captulo 2. Neste captulo, ainda so expostos os
mecanismos de transporte no concreto e principais formas de deteriorao.
No captulo 3 so contemplados os assuntos referentes carbonatao, seus mecanismos, os
fatores que a influenciam, e por fim, as variveis adotadas por diversos pesquisadores para os
ensaios de carbonatao.
No captulo 4 est a descrio do programa experimental. So relatadas as etapas relacionadas
escolha e caracterizao dos materiais, os ensaios realizados e procedimentos adotados.
Os resultados obtidos esto no captulo 5. Alm disso, so feitas consideraes, discusses e
ilustraes dos mesmos.
No captulo 6 so apresentadas as concluses s quais este estudo conduziu.
1 Definiu-se chamar cmara saturada de CO2 aquela em que a substituio do ar por CO2, no interior da mesma, foi sempre igual ou superior a 60%. Este valor estimado, uma vez que no se tem disponibilidade de um sensor especfico para a mensurao do teor de CO2.
27
2 ASPECTOS RELACIONADOS COM A DURABILIDADE DAS
ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
Neste captulo so apresentados aspectos referentes durabilidade, desempenho e vida til
das estruturas de concreto, bem como as formas de deteriorao e os mecanismos de
transporte de lquidos e gases.
2.1 DURABILIDADE, DESEMPENHO E VIDA TIL
De acordo com o Comit Euro-International du Betn (CEB) (1993, p. 264), como conceito
de durabilidade entende-se que as estruturas de concreto devem ser projetadas, construdas e
operadas de forma que mantenham sua segurana, utilidade e aparncia aceitvel, sob as
influncias ambientais esperadas, durante um perodo de tempo, sem a necessidade de altos
custos de manuteno e reparo. Conforme a mesma fonte, a durabilidade depende
fundamentalmente das propriedades da camada de superfcie dos elementos de concreto.
Portanto, essa camada dever ser da mais alta qualidade possvel.
O American Concrete Institute (ACI) (1991, p. 201.2R-2), no Comit 201, define a
durabilidade do concreto de cimento Portland como a sua capacidade de resistir ao das
intempries, ataques qumicos, abraso ou qualquer outro processo de deteriorao, mantendo
sua forma original, qualidade e vida til quando exposto ao meio.
A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) (2004, p. 13), na norma de projeto de
estruturas de concreto (NBR 6118), coloca que a durabilidade consiste na capacidade de a
estrutura resistir s influncias ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do
projeto estrutural e o contratante, no incio dos trabalhos de elaborao do projeto.
Nakamura2 (2004, p. 24) aborda as principais mudanas da NBR 6118 que passou a ser vlida
a partir de 30 de maro de 2004. Antes da sua reviso, a norma compreendia projeto e
execuo de obras de concreto armado, passando agora a contemplar apenas aspectos
referentes ao projeto de estruturas de concreto armado. Dentre as principais mudanas est o
2 Reportagem da revista Tchne, edio 86, editora Pini, 2004.
28
aumento dos cobrimentos mnimos de armadura, em funo do grau de agressividade do
ambiente, e o controle mais rigoroso de fissuras.
Acredita-se que uma srie de fatores, tais como: envelhecimento das obras de construo
civil, negligncia na escolha e mistura dos materiais, falta de inspeo e eventual reparo, entre
outros, tenham tornado a durabilidade insatisfatria. Em funo disto, os aspectos
relacionados durabilidade passaram a ter maior importncia nas ltimas dcadas,
aumentando o nmero de pesquisas na rea, bem como, levando profissionais e usurios a
encontrarem formas de diminuir custos de manuteno e reparos, em muitos casos
considerados elevados para curtos perodos de utilizao (cerca de 5 a 10 anos). Estes
esforos vm contribuindo para o entendimento dos fatores que afetam a durabilidade,
provendo condies de torn-la satisfatria.
Atrelados ao conceito de durabilidade esto os conceitos de desempenho e de vida til. A
International Organization for Standardization (1980, p. 1), na ISO-6240, define que o
desempenho est relacionado ao comportamento de um produto em relao ao seu uso. Leal3
(2004, p. 32) comenta a criao da norma brasileira de desempenho de edifcios habitacionais
de at cinco pavimentos, que est em fase de discusso. A nova norma vai regulamentar a
forma como a edificao deve se comportar depois de entregue. Em sua proposta atual,
contempla a vida til de projeto, para os diversos sistemas da edificao, estabelecendo nveis
mnimos, intermedirios e superiores.
H cerca de 15 anos atrs, Kazmierczak (1989, p. 8) colocava que surgia uma tendncia
nacional de usar a metodologia de desempenho, utilizada na Europa a partir dos anos 50, para
definir as condies finais a serem atendidas pelas edificaes. As exigncias do usurio so
especificadas para cada edificao e abrangem aspectos tcnicos, fisiolgicos, psicolgicos e
sociolgicos. Por razes econmicas entre outras, muitas vezes torna-se difcil o pleno
atendimento dos requisitos estabelecidos, sendo que os nicos que devem ser
obrigatoriamente satisfeitos so os relativos segurana (KAZMIERCZAK, 1989, p. 10).
A American Society for Testing and Materials (ASTM) (1998)4, em sua norma E 632,
conceitua a vida til de uma estrutura ou material, como o perodo de tempo, aps a
3 Reportagem da revista Tchne, edio 86, editora Pini, 2004. 4 A publicao original dessa norma foi em 1978, edio corrente de 1982 com reaprovao em 1996. A mesma est sob a responsabilidade do Subcommittee G03.03 on Simulated and Controlled Environmental Tests, pertencente ao ASTM Committee G-3 on Durability of Nonmetallic Materials.
29
instalao, durante o qual todas as propriedades superam os valores mnimos aceitveis. No
caso da corroso de armaduras, Helene (1993, p. 48) coloca que esse perodo de tempo pode
ser divido em pelo menos trs partes:
a) vida til de projeto: o perodo de tempo que deve ser adotado no projeto da
estrutura, ficando a favor da segurana. Normalmente denominado como
perodo de iniciao, vai at a despassivao da armadura, o que no significa
que a partir desse momento haver corroso importante;
b) vida til de servio ou de utilizao: o perodo de tempo que vai at o
aparecimento de manchas na superfcie do concreto, ou ocorrncia de fissuras
no concreto de cobrimento, ou ainda ao destacamento do concreto de
cobrimento. Varia de caso a caso pois, em certos lugares, a presena de
manchas e fissuras no aceitvel, em outros, apenas a queda de pedaos de
concreto, colocando em risco a segurana humana, considerado o momento
de trmino da vida til de servio;
c) vida til total: o perodo de tempo no qual h reduo significativa da seo
resistente da armadura ou perda importante da aderncia, e vai at a ruptura e
colapso parcial ou total da estrutura.
No modelo de vida til das estruturas de concreto com referncia ao fenmeno da corroso de
armaduras proposto por Helene (1993, p. 49), ainda h a introduo do conceito de vida til
residual, correspondente ao perodo de tempo que a estrutura ainda desempenhar suas
funes, a partir da data de uma vistoria. A vistoria e diagnstico podem ser realizados a
qualquer momento da vida em uso da estrutura, e o fim do perodo de vida til residual pode
ser tanto o limite das condies de servio, quanto o limite de ruptura, originando uma vida
til residual mais curta, contada at o aparecimento de manchas, fissuras ou destacamento do
concreto, e outra longa, contada at a perda da capacidade resistente do componente
estrutural.
O modelo clssico de vida til das estruturas de concreto, do ponto de vista das armaduras, foi
proposto por Tuutti (1982, p. 18). O modelo consiste num perodo de iniciao, onde agentes
agressivos, como o dixido de carbono e os cloretos, penetram na estrutura at alcanarem a
armadura, despassivando-a, e num posterior perodo de propagao, onde inicia-se o processo
de corroso que ir depender da temperatura, umidade relativa e composio qumica da
30
soluo dos poros em que a armadura est inserida. Esse perodo de propagao acaba no
nvel mximo aceitvel do grau de deteriorao, sendo influenciado pela porosidade do
concreto e espessura do cobrimento, entre outros.
As medidas necessrias para assegurar a vida til so escolhidas de acordo com as condies
do ambiente e a importncia da estrutura. A vida til depende, ainda, do comportamento dos
elementos da edificao, devendo os mesmos ser considerados no projeto, execuo e uso da
estrutura (CEB, 1993, p. 264).
Durabilidade, desempenho e vida til esto diretamente relacionados, por isso, o desempenho
inadequado de um componente qualquer numa edificao, pode comprometer sua
durabilidade e diminuir sua vida til. Os mecanismos de deteriorao, que so apresentados a
seguir, tambm contribuem para a diminuio da durabilidade e em conseqncia, da vida til
das obras de construo civil.
2.2 MECANISMOS DE DETERIORAO
Mehta e Monteiro (1994, p. 120) colocam que, com o passar do tempo, a microestrutura e as
propriedades dos materiais podem mudar como resultado de interaes ambientais, e como
conseqncia, a durabilidade do concreto alterada.
Neville5 (1987, apud MEHTA, 1991, p. 22) expressa que, antes de tudo, se deve levar em
conta que o concreto estrutural no tem uma vida til indefinida, e que a qualidade do
concreto, em termos de composio e no de resistncia aos 28 dias, ir determinar a sua vida
til. Mais que isso, necessria a manuteno do concreto, e isso significa a adoo de
inspees regulares e reparos ocasionais.
De acordo com Neville (1997, p. 481), raramente a deteriorao tem uma causa isolada. As
causas da durabilidade inadequada podem ser fsicas, qumicas ou mecnicas, sendo que os
efeitos qumicos e fsicos podem atuar sinergicamente, e esto assim divididas:
5 NEVILLE, A. Why we have concrete durability problems. Editor: J. M. Scanlan, ACI SP-100, 1987, pp. 21-30.
31
a) fsicas: altas temperaturas, diferentes coeficientes de dilatao trmica,
congelamento e degelo, entre outras;
b) qumicas: reaes lcali-slica, lcali-carbono, ao de ons agressivos
(cloretos, sulfatos, CO2, lquidos e gases naturais ou industriais);
c) mecnicas: impacto, abraso, eroso e cavitao.
Mehta e Gerwick6 (1982, apud MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 128) agruparam as causas
fsicas da deteriorao do concreto em duas categorias e as causas qumicas em trs
categorias, conforme descrito abaixo, embora ressaltem que a distino puramente arbitrria
e que na prtica as duas se sobrepem:
a) fsicas: (1) desgaste superficial ou perda de massa devida abraso, eroso e
cavitao; (2) fissurao devida a gradientes normais de temperatura e
umidade, presses de cristalizao de sais nos poros, carregamento estrutural e
exposio a extremos de temperatura tais como congelamento ou fogo;
b) qumicas: (1) hidrlise dos componentes da pasta de cimento por gua pura;
(2) trocas inicas entre fluidos agressivos e a pasta de cimento; (3) reaes
causadoras de produtos expansveis, tais como na expanso por sulfatos, reao
lcali-agregado e corroso da armadura no concreto.
Atravs de uma reviso bibliogrfica abrangente, Mehta (1991, p. 3) aponta, em ordem
decrescente de importncia, as causas de deteriorao que necessitam de maior ateno:
corroso de armaduras, ao do gelo e degelo em climas frios, efeitos qumicos da hidratao
da pasta de cimento por agentes externos (gua contaminada por dixido de carbono, sulfatos
e cloretos) e efeitos fsico-qumicos de fenmenos internos como a reao lcali-agregado e
resistncia aos sais.
Semelhante ao apontado anteriormente, Saetta et al. (1995, p. 1703) colocam que vrios
autores identificaram a corroso como a causa de deteriorao mais importante, seguida de
congelamento e efeitos fsico-qumicos da estrutura interna e externa da pasta de cimento
hidratada. Os autores ainda acrescentam que, devido ao fato das causas geralmente serem
combinadas, fica difcil a identificao da razo inicial e/ou principal.
6 MEHTA, P. K.; GERWICK, B. C. Jr. Concr. Int. Vol. 4, n 10, pp. 45-51, 1982.
32
2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE
H falta de consenso na nomenclatura dos mecanismos de transporte de lquidos e gases no
concreto, na literatura pesquisada. Acredita-se que parte dessa falta de consenso tenha origem
em tradues inadequadas ou mesmo decorrente das sutis diferenas entre alguns termos.
O conflito maior est em torno do termo permeabilidade. Permeabilidade definida como a
propriedade que governa a taxa de fluxo de um fluido para o interior e atravs de um slido
poroso. Mehta (1994, p. 124) explica que o termo permeabilidade, em um sentido mais amplo,
cobre a propriedade de transporte global de um fluido no material. Da mesma forma, Neville
(1997, p. 482) coloca que permeabilidade um termo comumente aceito para o movimento
global dos fluidos para o concreto e atravs do mesmo. Diversos autores (MEHTA;
MONTEIRO, 1994; MENG, 1994, NEVILLE, 1997, entre outros) adotam o termo
permeabilidade com referncia a um mecanismo de transporte, da mesma forma adota-se o
termo neste trabalho, embora se saiba que a permeabilidade uma propriedade e no um
mecanismo de transporte do concreto.
Ao tratar de outro mecanismo de transporte, no caso a suco capilar, tambm h distino de
nomenclaturas na literatura. So utilizados os termos: suco, absoro, soro e adsoro.
Em consulta a um dicionrio de lngua portuguesa (HOUAISS; VILLAR, 2001), pode-se
perceber que no h diferenciao que venha a alterar o mecanismo, apenas os diferentes
ensaios que caracterizam o fenmeno. No presente trabalho ser adotado o termo suco
capilar. No entanto, os termos utilizados pelos diversos autores citados sero mantidos
conforme seus originais.
O CEB (1993, p. 66) divide o transporte de lquidos e gases no concreto em: penetrao,
difuso e suco capilar, podendo, tambm, haver uma combinao desses mecanismos.
Porm, quando expe a penetrao, aps sua conceituao, passa a usar o termo
permeabilidade.
Neville (1997, p. 483) distingue trs mecanismos referentes ao deslocamento de fluidos:
permeabilidade (escoamento sob diferencial de presso), difuso (deslocamento por diferena
de concentrao) e soro (resultado de movimentos capilares nos poros do concreto abertos
ao meio), destacando que o que realmente importa o grau de facilidade de penetrao desses
fluidos no concreto.
33
No caso especfico do transporte de cloretos, h um outro fenmeno conhecido como migrao
inica, que pode transportar e concentrar ons atravs da ao de um campo eltrico (HELENE,
1993, p. 128). Essa migrao pode ser dada pelo prprio campo gerado pela corrente eltrica no
processo eletroqumico ou oriundo de campos eltricos externos, como os gerados no emprego
de proteo catdica para o controle da corroso (CASCUDO, 1997, p. 44).
Meng (1994, p. 127) mostra que cada fenmeno de transporte ocorre em uma estrutura de
poros distinta. A figura 2.1 mostra os vrios limites dos raios de poros relevantes, para
diferentes mecanismos de transporte.
-2-3-4-5-6-7-81010101010101010
-9
Raios dos poros (m)
ascenso capilar
permeabilidade
superficialescoamento
soro
difusogasosa
Figura 2.1: Limites dos raios dos poros relevantes para diferentes fenmenos de transporte (MENG, 1994)
Dependendo do tipo de fluido que ser transportado, um dos mecanismos de transporte pode
ser predominante, no entanto pode haver, tambm, uma combinao entre eles. No que diz
respeito penetrao do CO2, esta ocorre preponderantemente por difuso. Absoro capilar e
migrao de ons no se aplicam ao caso e dificilmente haver gradientes de presso que
justifiquem permeabilidade (HELENE, 1993, p. 99). Embora este trabalho aborde a
carbonatao, e neste caso a difuso seja o mecanismo predominante, a permeabilidade e a
suco capilar tambm so descritas brevemente.
34
2.3.1 Permeabilidade
Como descrito anteriormente, a permeabilidade a propriedade que governa a velocidade de
fluxo de um fluido para dentro e atravs de um material slido poroso, por meio de um
diferencial de presso. O coeficiente de permeabilidade (K), para um fluxo laminar,
determinado pela expresso de Darcy, conforme a equao 2.1:
=LHAK
dtdq (equao 2.1)
Onde:
dq/dt = taxa do fluxo do fluido;
K = coeficiente de permeabilidade;
H = gradiente de presso; A = rea superficial do slido;
L = espessura do slido;
= viscosidade do fluido. Neville (1997, p. 492) alerta que o ensaio de permeabilidade no foi padronizado e os
coeficientes apresentados em diversos trabalhos geralmente no so comparveis. O autor
coloca que se mede o escoamento em regime permanente e que, em concretos com baixas
relaes gua/cimento (a/c), a gua no escoa atravs do concreto, apenas penetra at uma
determinada profundidade. A expresso, transformando a penetrao em coeficiente de
permeabilidade, desenvolvida por Valenta7 (1969 apud NEVILLE, 1997, p. 492), assim como
a permeabilidade ao ar e ao vapor, so apresentadas por Neville (1997, p. 484 e p. 493).
Diversos autores e publicaes (CEB, 1993; HOUST et al., 1993; MENG, 1994; NEVILLE,
1997; RILEM, 1979, entre outros) apresentam frmulas e mtodos de ensaios para
determinao dos coeficientes de permeabilidade gua, vapor dgua e aos gases para
diversas situaes.
7 VALENTA, O. Kinetics of water penetration into concrete as an important factor of its deterioration and of reinforcement corrosion, RILEM International Symposium on the Durability of Concrete. Prague, Part I pp. 177-93 (1969).
35
A ABNT (1989), na norma NBR 10786, descreve um mtodo para a determinao do
coeficiente de permeabilidade gua para concretos endurecidos.
A permeabilidade do concreto no uma simples funo da porosidade, mas depende tambm
das dimenses, distribuio, forma, tortuosidade e continuidade dos poros. A porosidade a
medida da proporo do volume total do concreto ocupada pelos poros, geralmente expressa
em porcentagem. Mesmo com uma porosidade alta, a permeabilidade do concreto pode ser
baixa, se os poros forem descontnuos, dependendo da maior ou menor comunicao de poros
capilares (HELENE, 1986, p. 12; NEVILLE, 1997, p. 488).
Mehta e Monteiro (1994, p. 127) afirmam que a permeabilidade da argamassa e do concreto
tendem a ser maiores que a permeabilidade da pasta de cimento correspondente, pois
normalmente ocorrem microfissuras na zona de transio, entre agregados e pasta. Segundo
eles, o tamanho e a granulometria dos agregados afetam a exsudao, e esta influencia a zona
de transio.
Entretanto, Larbi8 (1993 apud NEVILLE, 1997, p. 482) concluiu que apesar da zona de
transio ser maior em concretos, a permeabilidade controlada pela pasta de cimento
hidratada, nica fase contnua no concreto. Portanto, o autor afirma que a permeabilidade da
pasta de um concreto no maior que a permeabilidade de uma pasta de cimento semelhante.
Considerando que h zona de transio em concretos e argamassas, em funo da presena
dos agregados, e sendo que nesta zona geralmente ocorrem microfissuras, as quais podem
tornar os poros comunicveis, a afirmao de Larbi parece inconsistente, pois em funo
disto, a permeabilidade dessas pastas, provavelmente, ser diferente da permeabilidade da
pasta de cimento semelhante.
Segundo Mehta e Monteiro (1994, p. 128), a permeabilidade pode ser reduzida atravs da
reduo da relao a/c, com um consumo de cimento adequado e condies apropriadas de
adensamento e cura. Alm disso, deve-se dar ateno ao tamanho e granulometria dos
agregados, deformaes trmicas, retrao por secagem, carga prematura e espessura do
concreto que determina a tortuosidade da trajetria do fluxo do fluido.
8 LARBI, L. A. Microestructure of the interfacial zone around aggregate particles in concrete. Heron, 38, n l, 69 pp. (1993).
36
2.3.2 Suco Capilar
Lquidos, particularmente gua, podem ser transportados para dentro do concreto por suco
capilar, tambm denominada absoro capilar (CEB, 1993, p. 71).
Neville (1997, p. 485) coloca que pela absoro mede-se o volume dos poros, geralmente
secando-se uma amostra at constncia de massa, em seguida imergindo-a em gua e ento,
determinando-se o acrscimo percentual sobre a massa seca. O autor salienta que so
utilizados vrios procedimentos e os resultados so diversos, no se podendo usar a absoro
como medida da qualidade do concreto. Tais ensaios podem ser utilizados para comparar a
qualidade de materiais que seguem os mesmos mtodos, no entanto, os resultados de diversas
pesquisas no devem ser comparados indiscriminadamente.
O CEB (1993, p. 71) apresenta equaes que permitem calcular o coeficiente de absoro de
gua e Neville (1997, p. 486) faz comentrios a respeito de ensaios de absoro total e absoro
inicial e explica que em funo das dificuldades associadas aos ensaios de absoro e sendo que
os ensaios de permeabilidade medem a resposta do concreto presso (que dificilmente a
fora impulsora dos fluidos que entram no concreto), surgiu necessidade de outro ensaio. Este
ensaio, que o autor chama de soro, mede a absoro de gua por suco capilar no concreto
no saturado posto em contato com a gua, no havendo coluna de gua, ou seja, sem presso.
No ensaio, um prisma de concreto apoiado em suportes de modo que 2 a 5mm fiquem
imersos, registrando-se o aumento de massa do prisma. As condies de umidade devem ser
preestabelecidas e se possvel acondicionar a amostra a 105C antes do ensaio.
Hall (1989, p. 52) j dizia que a permeabilidade um parmetro errneo para modelar o fluxo
capilar nas estruturas de construo. requerida uma teoria fsica do fluxo capilar em
materiais insaturados, e que se incorpore a idia do fluxo de Darcy nos poros do material em
resposta fora capilar que surge de cada poro da estrutura, todos saturados fracionadamente.
A absoro de gua acumulada (por unidade de rea) aumenta conforme a raiz quadrada do
tempo transcorrido. Hall (1989, p. 52) e Neville (1997, p. 487) apresentam uma equao para
clculo da soro.
A RILEM (1982a, 1982b, 1984) nos CPC11.1, CPC11.2 e CPC11.3 apresenta ensaios de
absoro por imerso, por capilaridade e por imerso sob vcuo, respectivamente. A ABNT,
(1995) sob designao NBR 9779, apresenta a determinao da absoro de gua por
capilaridade de argamassas e concretos endurecidos.
37
Helene (1993, p. 122) apresenta a clssica lei de Jurin que modela a ascenso capilar e Meng
(1994, p. 126 e 128) coloca que o fluxo capilar limitado pela fora capilar na estrutura dos
poros, descrevendo a equao desse fluxo.
Conforme Helene (1986, p. 13), a diminuio do dimetro dos poros capilares aumenta as
presses capilares que iro fazer com que a absoro seja maior e mais rpida. Por outro lado,
concretos porosos absorvem pouca gua por capilaridade, mas tm maior permeabilidade.
Estudos realizados por Hall (1989) conduzem a um modelo matemtico que relaciona soro
com difuso hidrulica (ou potencial de umidade, ou condutividade hidrulica). O modelo
desenvolvido foi confirmado por experimentos de laboratrio com vrios materiais. Existe
uma tendncia de diminuir a soro quando se aumenta a densidade do material, e isso
depende da composio e do mtodo de execuo. O autor concluiu tambm que a soro
aumenta com o aumento da temperatura (cerca de 43%, ao passar a temperatura de 5 para
35C), e que sofre alteraes quando o lquido utilizado no gua pura. Alm disso, a gua
absorvida acumulada maior em argamassas que em concretos, em funo da baixa absoro
do agregado grado.
Martys e Ferraris (1997, p. 747) salientam que a soro capilar vai depender da saturao dos
poros. Experimentos por eles realizados determinaram os acrscimos de massa, conforme
descrito anteriormente no ensaio de soro. Concluram que uma simples comparao com a
teoria de soro implica que, em idades iniciais, o processo controlado pelos poros capilares
e, em fases posteriores, o gel dos poros limita a taxa de fluxo, ou seja, o ingresso da gua pode
ser controlado pelo processo de difuso de umidade. Alm do mais, dois regimes diferentes
associados soro capilar em argamassas e concretos foram encontrados.
Em suas pesquisas, Meng (1994, p. 125) chegou concluso que o transporte de umidade
envolve uma complexa interao entre diferentes processos de transporte. Difuso e fluxo
capilar so interligados e necessrio estabelecer relaes entre transporte de umidade e a
estrutura de poros.
Segundo Helene (1993, p. 124), a absoro capilar pode ser considerada como um fenmeno
de curta durao, uma vez que a gua s pode penetrar por capilaridade at certa
profundidade, limitada ao mximo pela lei de Jurin. Aps esse mximo, s pode continuar
penetrando por difuso e no mais por absoro capilar.
38
Diversos so os ensaios propostos para medir a suco capilar e os mtodos utilizados devem
ser levados em conta quando forem comparados resultados de diferentes pesquisas.
2.3.3 Difuso
Difuso o fenmeno de transporte de massa atravs de um fluido por efeito de gradientes de
concentrao. Se a difuso ocorre em estado estacionrio, pode ser modelada pela primeira lei
de Fick, se for em condio transiente, pode ser descrita pela segunda lei de Fick. O CEB
1993, p. 67) e Helene (1993, p. 124), entre outros, descrevem as leis de Fick.
A difuso de gua e gases apresentada de forma distinta pelo CEB (1993, p. 68-70). Meng
(1994, p. 126) coloca que a difuso de gases menor que a difuso de vapor de gua.
guas agressivas podem penetrar em concretos saturados por difuso, pois pode haver
gradientes de concentrao. Isso propiciado pelos diferentes meios aquosos (o da soluo
dos poros do concreto e o do meio ambiente) em contato ntimo, e ser tanto menor quanto
mais compacto for o concreto (HELENE, 1986, p. 13).
A difuso de gases pode ocorrer em um espao preenchido com gua ou com ar, no entanto,
quando esse espao for preenchido com gua o processo mais lento que em ar, cerca de 104
a 106 vezes, segundo Neville (1997, p. 483) e cerca de 10-9 m/s menor, segundo Papadakis et
al. (1989, p. 1642). A difuso dos gases como ar, O2, CO2 primeiramente controlada pela
umidade contida no concreto. Para concretos expostos s intempries, o coeficiente de difuso
substancialmente menor que em concretos protegidos. A atmosfera circundante, assim como
as propriedades de um concreto particular, tm forte influncia no coeficiente de difuso
(MENG, 1994, p. 126).
Lawrence9 (1984 apud NEVILLE, 1997, p. 484) mostra que a difusividade linearmente
proporcional permeabilidade intrnseca do concreto, em metros quadrados. Neville (1997, p.
484) e Papadakis et al. (1992, p. 126) colocam que o coeficiente de difuso de um gs
inversamente proporcional raiz quadrada da sua massa molecular, permitindo, assim, fcil
9 LAWRENCE, C. D. Transport of oxygen through concrete. In: The Chemistry and Chemically-Related Properties os Cement. Ed. F.P. Glasser, British Ceramis . Proceedings. N 35 pp. 277-93 (1984).
39
converso de um gs para outro. O oxignio se difunde 1,17 vezes mais rapidamente que o
dixido de carbono (NEVILLE, 1997, p. 484).
Se a difuso atravs dos poros comunicveis dificultada, os gases necessitam atravessar uma
distncia maior, fazendo um caminho mais tortuoso. A tortuosidade definida como a
distncia necessria para atravessar o material dividida por sua espessura. Assim, o
coeficiente de difusividade efetiva (dado pelas leis de Fick) pode ser determinado apenas para
uma amostra de espessura representativa (HOUST et al., 1993, p. 280).
Papadakis et al. (1991b, p. 371) consideram que a presena do agregado no afeta
consideravelmente o valor da difuso efetiva, ou seja, a presena da zona de transio parece
contrabalanar a baixa porosidade do agregado. Contudo, Houst et al. (1993, p. 281) colocam
que a elevada porosidade da zona de transio tem grande influncia nos mecanismos de
transporte como a difuso de gases. Grandes volumes de agregados tendem a formar zonas de
transio prximas, e estas tornam-se comunicveis, criando canais contnuos e aumentando a
porosidade. A existncia da zona de transio parcialmente devida exsudao e depende
da reatividade do agregado. A existncia de microfissuras na zona de transio devidas
retrao por secagem tambm observada.
A difuso de gases pode ocorrer por:
a) difuso molecular (ou difuso de Fick, ou difuso normal): ocorre quando
os poros so maiores que os dimetros mdios dos caminhos livres das
molculas de gs. As molculas de gs se movem pela coliso entre si, e
assumido que a presso absoluta a mesma nas duas extremidades dos poros
(HOUST; WITTMANN, 1994, p. 1166);
b) difuso de Knudsen: ocorre quando os poros so menores que os dimetros
mdios dos caminhos livres das molculas de gs. Assim, as molculas de gs
colidem mais com as paredes dos poros do que entre si (ISHIDA;
MAEKAWA, 2000). A coliso entre molculas pode ser negligenciada e este
mecanismo o mesmo para gradientes de presso parcial ou absoluta
(HOUST; WITTMANN, 1994, p. 1166);
c) difuso superficial: ocorre quando as molculas de gs se difundem atravs
das paredes dos poros por uma sucesso de reaes de adsoro e dessoro, de
40
um lado ativo para outro (Van der Waals). Em poros muito grandes, a difuso
superficial pode ser desconsiderada (HOUST; WITTMANN, 1994, p. 1166).
Ishida e Maekawa (2000) modelaram a difuso do CO2 na fase gasosa dos poros e sua
dissoluo na fase aquosa, sendo que apenas a difuso molecular e a difuso de Knudsen
foram consideradas no modelo por eles proposto. Diversos autores (HOUST et al., 1993;
HOUST; WITTMANN, 1994; ISHIDA; MAEKAWA, 2000) apresentam expresses e
consideraes a respeito dessas difuses.
A difuso de gases como o dixido de carbono e o oxignio apresentam grande interesse, pois
o primeiro leva carbonatao e o segundo torna possvel a corroso da armadura
(NEVILLE, 1997, p. 484).
No presente trabalho, a difuso do CO2 possui a maior relevncia. A taxa de difuso de CO2
depende de diversos fatores como porosidade total, tamanho e distribuio dos poros,
quantidade de gua, cimento, agregados, cura, idade, temperatura, concentrao de CO2 e
umidade relativa, entre outros (HOUST et al., 1993, p. 279; JIANG et al., 2000, p. 700;
PAPADAKIS et al., 1992, p. 126; SAETTA; VITALIANI, 2004, p. 576). A primeira etapa
das reaes de carbonatao consiste exatamente na difuso do CO2 da atmosfera na fase
gasosa, nos poros do concreto. O CO2 ocorre em uma concentrao molar na atmosfera e a
difuso atravs dos poros do concreto com uma difusibilidade efetiva, de regies onde a
concentrao de CO2 alta para aquelas onde baixa (PAPADAKIS et al., 1991a, p. 30).
Dhir et al. (1989, p. 141) dizem que h estreita relao entre a permeabilidade intrnseca da
capa de concreto e a resistncia carbonatao, sem levar em conta o proporcionamento e
cura da mistura. Esta relao pode ser usada para prever a resistncia de carbonatao do
concreto, e a permeabilidade intrnseca relacionada com a difuso de gases. Os autores
explicam que esta relao ocorre porque a concentrao e a presso, associadas difuso e
permeabilidade, respectivamente, perturbam o equilbrio dos fluidos nos poros mdios,
resultando num escoamento para restabelecer o equilbrio.
Dos mecanismos de transporte apresentados, apenas a difuso tem relao direta com o tema
central do presente trabalho, ou seja, com a carbonatao. difcil dizer se um dos outros
mecanismos, permeabilidade e suco capilar, atua em alguma das etapas dos ensaios
realizados. A seguir so apresentados o fenmeno de carbonatao e os fatores que a
influenciam.
41
3 CARBONATAO
A carbonatao um complexo processo fsico-qumico onde os compostos do cimento,
hidratados ou no, so gradualmente substitudos por carbonatos, atravs de reaes com o
dixido de carbono (CO2) e outros gases cidos como o dixido de enxofre (SO2) e cido
sulfdrico (H2S). Este processo ocorre lentamente segundo a reao principal, apresentada na
equao 3.1:
OHCaCOCO)OH(Ca 2322 ++ (equao 3.1)
Quanto aos aspectos qumicos, Smolczyk (1976, p. 1) ressalta que os cimentos possuem de 45
a 65% de xido de clcio (CaO) e mais 2% de lcalis. Os produtos gerados so fortemente
bsicos e a soluo dos poros possui um pH entre 12,6 e 13,510. O Ca(OH)2 pode reagir com o
CO2 e formar carbonato de clcio (CaCO3), que insolvel. O CaCO3, na forma
mineralgica, aparece como: calcita, vaterita e raramente na forma de aragonita. Sob
condies normais, uma certa quantidade de CaO permanece no carbonatada e parece ser
independente do tipo de cimento e relao a/c. Um cimento com 65% de CaO tem
aproximadamente 40% de CaO carbonatvel. O CO2 de 1m de ar (com 0,03% de CO2)
carbonata 2g desse cimento (SMOLCZYK, 1976, p. 3).
Referente aos aspectos fsicos, Smolczyk (1976, p. 3) coloca que os concretos com elevada
umidade ou de baixa permeabilidade so resistentes carbonatao, tornando-se evidentes os
problemas de transporte que existem tambm a altas concentraes de CO2. A porosidade e a
distribuio dos poros exercem forte influncia sobre a carbonatao. Aspectos fsicos fornecem
respostas a alguns fenmenos no explicados quimicamente (SMOLCZYK, 1976, p. 5).
O concreto exerce sobre o ao uma proteo fsica, por meio do cobrimento da armadura e
tambm uma proteo qumica, atravs da passivao pelo elevado pH (acima de 10,5). Com
a carbonatao o pH diminui para valores prximos a 9,4 (HELENE, 1986, p. 9). Isaia (1999,
p. 5) explica que isso ocorre porque, quando o Ca(OH)2 transformado em carbonato, este se
precipita, havendo diminuio da sua concentrao na soluo dos poros, possibilitando a
10 O pH da soluo dos poros depende dos constituintes do cimento, podendo atingir valores prximos a 14,0. O valor do pH da soluo saturada de Ca(OH)2 ( temperatura ambiente) da ordem de 12,6 (HELENE, 1986, p. 4).
42
dissoluo de maiores quantidades de Ca(OH)2 para restabelecer o equilbrio, resultando na
diminuio da reserva alcalina.
A espessura da capa superficial carbonatada denomina-se profundidade de carbonatao e a
reduo do pH pode ser visualizada atravs de um indicador qumico apropriado, pela
mudana de cor (ANDRADE, 1992, p. 76). Ying-Yu e Qui-Dong (1987, p. 1927) salientam
que h uma rea carbonatando entre as reas carbonatada e no carbonatada. Esta rea
carbonatando pode ser chamada de frente de carbonatao e geralmente possui pH distinto
daqueles apresentados pelas reas j carbonatada e no carbonatada.
Tuutti (1982, p. 36) indica que a carbonatao faz parte do processo de iniciao da corroso,
pois diminui a estabilidade qumica da capa protetora ou pelcula passivadora do ao. Alm
disso, o fenmeno provoca retrao por carbonatao, a qual conduz a tenses de trao
adicionais, aumentando sua tendncia de fissurao (SILVA, 1995, p. 74).
3.1 MECANISMOS DA CARBONATAO
Na hidratao do cimento ocorrem reaes qumicas nas quais materiais carbonatveis so
produzidos. Os processos fsico-qumicos da carbonatao envolvem reaes gasosas,
dissoluo e precipitao de slidos. As reaes envolvidas nas diversas etapas deste processo
so apresentadas por Papadakis et al. (1989, 1991a, 1991b, 1992) e, segundo os autores,
consistem em:
a) difuso do CO2 da atmosfera