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