( PDF ) Investigação da reação álcali-agregado (RAA) em testemunhos de concreto e agregados constituintes

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Campus de Ilha Solteira

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

“Investigação da Reação Álcali-Agregado (RAA) em Testemunhos de

Concreto e Agregados Constituintes”

CAMILO MIZUMOTO

Orientador: Prof. Dr. Antônio Anderson da Silva Segantini

Dissertação apresentada à Faculdade de

Engenharia - UNESP – Campus de Ilha Solteira,

para obtenção do título de Mestre em

Engenharia Civil.

Área de Conhecimento: Estruturas

Ilha Solteira – SP

Junho/2009

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Este trabalho é dedicado a minha família e

a minha companheira Liane

AGRADECIMENTOS

Agradeço a meus pais Célia Aparecida Sanches Mizumoto e Mamoro Mizumoto e

meus irmãos Igor Mizumoto e Joicy Mizumoto por sempre me incentivarem nos

momentos da minha vida.

Aos meus orientadores, Prof. Dr. Antônio Anderson da Silva Segantini e Eng. Flávio

Moreira Salles pela paciência, auxílio, dedicação, interesse e amizade adquirida ao

longo do desenvolvimento deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Selmo Chapira Kuperman pelas sugestões nos diversos passos desta

pesquisa, bem como a dedicação, interesse e auxílio científico nas pesquisas

desenvolvidas no método da mancha.

Ao Prof. Dr. José Renato J. Delben, Prof. Dr. Fábio S De Vicente e Prof

. Drª Ângela

A. S. Tardivo Delben, pelo aprendizado, parceria científica e desenvolvimento

conjunto nas visualizações microestruturais da reação álcali-agregado desenvolvidas

no Laboratório de Física da UFMS – Universidade Federal do Mato Grosso do Sul –

campus Campo Grande-MS.

Agradeço ao grupo de polímeros do Laboratório de Física e Química da UNESP de

Ilha Solteira-SP, em especial ao Prof. Dr. Marcelo Ornaghi Orlandi pelo aprendizado,

paciência e dedicação nas análises de difração de raios-X e as alunas de mestrado

Juliana Lucindo e Elen Poliani pelo auxilio na preparação e desenvolvimento dos

ensaios.

À ABCP, representada pelo Prof. Dr. Yoshiro Kihara, Eng. Msc. Flávio Munhoz,

Geól. Marcelo Pecchio e Geól. Ana Lívia Zeitune de Paula Silveira, pela parceria

científica, auxílio técnico e desenvolvimento conjuntos em ensaios desenvolvidos

nesta pesquisa.

Aos técnicos do LCEC - Laboratório CESP de Engenharia Civil, em especial atenção

a Joaquim Aparecido de Lima, Euclides Alves Marcelino e Gilmar Dias dos Santos

do setor de agregados; Ademir de Jesus (Branco), Jorge Gomes da Costa e Sergio

Roberto Souza Firmino do setor de ensaios físicos; José Antônio Michelan,

Francisco Eduardo Mendes e Carlos Roberto Santos Feitosa no setor de dosagem;

Anderson Rodrigues e Valdemir Izidoro Pascoalim no setor de ensaios estruturais,

cuja dedicação destes possibilitou a realização dos ensaios desenvolvidos neste

trabalho de mestrado.

Ao Eng. Wanderley Ognebene, Eng. Aloísio Celeri e Eng. Claudomiro Rocha pelos

bons momentos de trabalho no ambiente do LCEC.

A oportunidade de trabalhar com profissionais da CESP que dedicaram parte de seu

tempo para compartilhar a experiência e convivência, auxiliando na minha formação

interpessoal e ciclo de amizade.

Agradeço ao programa P&D da ANEEL e CESP pelo auxílio financeiro e a

oportunidade de participação no desenvolvimento desta pesquisa, beneficiando

diversas produções técnicas e cientificas.

Á Quím. Elisana Sales nos passos iniciais do kit colorimétrico e a Quím. Denise de

Souza Pereira na continuidade da pesquisa, trabalho conjunto e dedicação exclusiva

no desenvolvimento dos reagentes.

Agradeço ao técnico Luiz Delfino Vieira Bertolucci e Sumie Okajima Watanabe do

setor de ensaios químicos do LCEC, cuja participação, dedicação e trabalho foram

essenciais no desenvolvimento dos procedimentos e metodologias do método da

mancha e nas análises químicas realizadas neste trabalho.

A Prof

. Dr. Mônica Pinto Barboza, Prof. Dr. Geraldo Freitas Maciel e Prof. Dr.

Haroldo de Mayo Bernardes pela amizade e participação no decorrer da minha

carreira acadêmica.

Agradeço a Sr.ª Neusa dos Santos que possibilitou momentos alegres em ambiente

de pesquisa do LCEC.

Agradeço a todos meus colegas de pós-graduação que beneficiaram momentos

felizes e gratificantes.

Á banca avaliadora de mestrado pela presença e contribuição técnico-científica,

possibilitando um crescimento pessoal frente à avaliação e sugestões a serem

incrementadas neste trabalho.

“(...todas as coisas começam NELE, e NELE encontram seu propósito.)

Deus não joga dados.”

Albert Einstein

ESUMO

A reação álcali-agregado (RAA) é um fenômeno expansivo que ocorre em diversas

estruturas de concreto que vivenciam freqüentes condições de umidade. O princípio

desta reação fundamenta-se em interações químicas entre a sílica constituinte do

agregado e os álcalis presentes no concreto, em presença de umidade. O produto

formado é um “gel” expansivo que ocasiona processos de fissuração e

deslocamentos diferenciais em estruturas de concreto. Atualmente, vários centros de

pesquisa têm estudado diversas formas de diagnosticar a presença da reação em

estruturas degradadas e avaliar previamente o potencial reativo dos agregados

empregados nas obras civis. Os métodos comumente empregados na avaliação da

RAA envolvem ensaios laboratoriais normalizados pela NBR 15577 (ABNT, 2008) e

técnicas qualitativas de campo. Dentre estas técnicas destaca-se o teste da mancha,

que identifica a presença da reação de forma imediata pela formação de tonalidades

características em regiões afetadas do concreto. Neste contexto, a presente

pesquisa objetivou investigar a RAA em testemunhos de concreto e em diferentes

litologias de agregado por análises laboratoriais e técnicas qualitativas. No trabalho

desenvolvido foi estudada a composição físico-química de produtos extraídos da

RAA e dos materiais componentes dos testemunhos, além de estudos da reatividade

potencial dos agregados constituintes por análises mineralógicas e ensaios

acelerados de argamassa e concreto, sendo complementados por estudos

microestruturais e testes qualitativos (método da mancha). Os resultados mostraram

a diversidade na composição de xerogéis da RAA e incompatibilidades nos

resultados dos ensaios de reatividade em agregados. Os testes colorimétricos

apresentaram um desempenho satisfatório no indicativo da RAA, além de distinguir

a presença de outras manifestações patológicas nos concretos e compósitos

estudados.

Palavras-chave: Concreto. Agregado. Reatividade potencial. Reação álcali-agregado.

Colorimétrico

BSTRACT

The alkali-aggregate reaction (AAR) is an expansion phenomenon that occurs in

diverse concrete structures that live in frequently conditions of humidity. The principle

of this reaction is based on chemical interactions between the constituent



yield



the aggregate and the alkalis of the concrete, in humidity presence. The created

product is an expansion gel that generates processes of cracking and differential

displacements in concrete structures. Nowadays, many research centers have

studied diverse forms to diagnose the presence of the reaction in degraded

structures and to previously evaluate the potential reactivity of aggregates used in

civil buildings. The common methods used in the evaluation of the RAA involved

laboratory assays normalized by NBR 15577 (ABNT, 2008) and qualitative

techniques of



yield. Among these techniques, the staining method detached which

identifies the presence of the reaction of immediate form for the formation of

characteristic shade in affected regions of the concrete. In context, the present

research objectified to investigate the AAR in concrete core and different lithology of

aggregate, being approached laboratory assays and qualitative techniques. It was

studied the composition physical-chemistry of extracted products of the AAR and the

component materials of concrete core, besides studies of the potential reactivity of

constituent aggregates for mineralogical assays and mortar bar test and concrete

prisms. Also complemented by microstructure studies and qualitative tests (staining

method).The results showed diverseness composition of xerogels of the AAR and

incompatibilities in the results of the reactivity assays in aggregates. The staining

tests showed satisfactory performances in the indicative of the AAR with regard of

the presence of other pathological manifestations in concrete and cement

composites.

Key-words: Concrete. Aggregate. Accelerated tests. Alkali aggregate-reaction. Staining

method.

ISTA DE FIGURAS

Figura 1.1: Estrutura comprometida pela RAA (Stanton, 1940)

Figura 1.2: Fissuras em rodovias e deslocamento diferencial numa ponte

Figura 1.3: Fissuração em blocos de fundação afetados pela RAA

Figura 1.4: Concentração de íons na solução porosa do cimento x tempo de

cura

Figura 1.5: Estrutura química da sílica. A) Amorfa, b) Cristalina

Figura 1.6: Neutralização por NaOH de grupos silanol ácidos

Figura 1.7: Quebra das ligações das pontes de siloxano por NaOH

Figura 1.8: Agregado reativo envolto pelo cimento

Figura 1.9: Superfície do agregado atacada pelos íons OH

Figura 1.10: Grupo Silanol (Si-OH) dissociados

Figura 1.11: Liberação das moléculas de SiO- e formação do gel ao redor do

agregado

Figura 1.12: O gel em umidade expande gerando tensões no concreto

Figura 1.13: Estado de tensões e conseqüente formação de fissuras

Figura 1.14: Detalhe do gel em poro preenchido e bordas de reação nos

agregados

Figura 1.15: Processo de carbonatação. Fonte: Cascudo (1991 apud SPERT,

2003). Adaptado

Figura 1.16: Medida da profundidade de carbonatação – teste fenolftaleína

Figura 1.17: Depósitos de carbonato e formação de estalactites. A) Reservatório

de Santa Efigênia – Curitiba/PR, b) Barragem dos Estados Unidos

Figura 1.18: Reação com sulfatos. A) Fissuração na base de concreto

da torre de

rede elétrica,

b) Degradação do concreto da Barragem Fort Peck

(Montana), 1971 pela formação de gipsita – identificada por DRX

Figura 1.19: Sintomatologia das reações

Figura 2.1: Amostra submetida ao tratamento com acetato de uranila

Figura 2.2: Determinação de potássio da rocha de granodiorito. A) rocha natural,

b) Detecção do feldspato de potássio (amarelo) e plagioclásio

(vermelho)

Figura 2.3: Teste colorimétrico em concreto afetado pela RAA, seqüência de

impregnação:1) Solução Na-cobaltonitrito, 2) Solução rodamina B

base e 3) Constatação da RAA

Figura 2.4: Análise por EDS do gel impregnado com cobaltonitrito de sódio

Figura 2.5: Coloração cobaltonitrito de sódio no concreto afetado pela RAA. a)

Argamassa e b) Bordas de reação no agregado

Figura 2.6: Coloração rósea da rodamina B base no concreto afetado pela RAA

a) Distinção de regiões com reação, b) Coloração em regiões não

afetadas pela reação

Figura 2.7: Análise por EDS do gel impregnado com rodamina B base

Figura 3.1: Esquema dos ensaios desenvolvidos na pesquisa

Figura 3.2: UHE Jaguari – SP. A) Material branco na superfície do concreto, b)

Local de coleta do material – saída da Tomada D`Água

Figura 3.3: Fragmento com poros preenchidos

Figura 3.4: Triagem inicial da amostra

Figura 3.5: Preparação da amostra em microscópio

Figura 3.6: Análises realizadas nos xerogéis da RAA

Figura 3.7: Resumo dos ensaios realizados com os materiais

Figura 3.8: Preparo inicial da amostra em almofariz de ágata

Figura 3.9: Amostras para ensaio

Figura 3.10: Porta amostra, lamínula, base de vidro e espátula utilizados

Figura 3.11: Ensaio em andamento – detalhe do equipamento de difração

Figura 3.12: Análise petrográfica. a) Detalhe do microscópio petrográfico –

objetivas (1) e mesa giratória (2); b) Determinação do ângulo de

extinção ondulante (undulatory extinction – c) na mesa giratória

(MANTUANI apud POOLE, 1992, p.12)

Figura 3.13: Equipamento de leitura de expansões

Figura 3.14: Banho térmico NaOH 1N controlado à 80

Figura 3.15: Instante de retirada da barra do banho térmico

Figura 3.16: Leituras de expansão

Figura 3.17: Ensaio de reatividade em barras de argamassa – NBR 15577-4

Adaptado (RILEM, 2008)

Figura 3.18: Detalhe da moldagem – fôrma com haste guia de inox

Figura 3.19: Separadores utilizados para segmentar as barras

Figura 3.20: Recipiente utilizado no ensaio NBR 15577-6

Figura 3.21: Equipamento de leitura de expansões

Figura 3.22: Instante de colocação da barra no banho térmico a 38

Figura 3.23: Leituras de expansão

Figura 3.24: Ensaio de reatividade em prismas de concreto (

38 ± 2

) – NBR

15577-6

Figura 3.25: Ensaio de reatividade em prismas de concreto (58 ± 2

C) –

estabelecido

Figura 3.26: Seqüência de aplicação do kit colorimétrico

Figura 3.27: Aplicação do Kit Colorimétrico – LCEC

Figura 3.28: Teste inicial em amostra de concreto

Figura 3.29: Fluxograma de ensaios com o kit RAA

Figura 3.30: Preparo das amostras por fratura

Figura 3.31: Amostras recobertas com ouro no porta-amostra para análise no

MEV e EDS

Figura 3.32: Análise dos produtos da RAA em barras de argamassa. (a) Análise

no MEV, (b) EDS da etringita – ponto A e (c) EDS do gel da RAA –

ponto B

Figura 3.33: Diferentes formas de gel da reação álcali-

sílica.(a) Forma gretada, (b)

Forma cristalina

Figura 4.1: Difratograma da amostra T1.1 antes e após a perda ao fogo (PF)

Figura 4.2: Difratograma das amostras T1.2 e T3

Figura 4.3: Amostras T1.2 e T3 análise no intervalo 2θ = 23,0 a 37,0

Figura 4.4: Inspeções visuais a olho nu na amostra T 1.1. a) Aspecto a olho nu

b) Aspecto no microscópio estereoscópico

Figura 4.5: Inspeções visuais a olho nu na amostra T1.2. a) Presença de bordas

de reação no agregado, b) Presença de poros preenchidos na

amostra

Figura 4.6: Inspeções visuais com microscópio estereoscópico. A) Detalhe do

poro preenchido com “gel”, b) Observação de micropartículas nos

poros do concreto

Figura 4.7: Inspeções visuais a olho nu na amostra T 2. a) e b) Presença de

poros parcialmente preenchidos no concreto

Figura 4.8: Inspeções visuais com microscópio estereoscópico na amostra T 1.2.

a) Detalhe do poro parcialmente preenchido com gel da reação, b)

Processo de formação do “gel” notado em muitos poros

Figura 4.9: Inspeções visuais a olho nu na amostra T 3. a) Detalhe do macro

poro preenchido com material esbranquiçado, b) Presença de bordas

de reação no agregado

Figura 4.10: Inspeções visuais com microscópio estereoscópico na amostra T 3.

a) Detalhe do poro preenchido com gel, b) Processo de formação do

“gel” observado em muitos poros

Figura 4.11: Perfil granulométrico estabelecido para a areia M2

103

Figura 4.12: Fotomicrografias dos agregados G2 e G3, com presença de

feldspatos (F), mica (M), quartzo (Q), biotita (B) e mirmequitas (Mi).

Nicóis cruzados. Ampliação de 10x

106

Figura 4.13: Fotomicrografia de B1 e B2 o qual se observa vidro vulcânico (V),

piroxênio (P), plagioclásio (PL), Feldspatos (F) e opacos (O). Nicóis

cruzados. Ampliação de 40x (a) e 10x (b)

106

Figura 4.14: Fotomicrografia de B2 e S1 com o qual se observa vidro devitrificado

(V), quartzo microcristalino (Qm) entre cristais maiores de quartzo,

respectivamente. Nicóis cruzados. Ampliação de 40x (a) e 10x (b)

106

Figura 4.15: Reatividade Potencial dos agregados M2 e API

109

Figura 4.16: Comportamento reativo dos agregados estudados

109

Figura 4.17: Mapeamento de fissuras e curvatura em G3 (445), B1 (448) e B2

(449)

110

Figura 4.18: Análise microscópica da barra S1. a) Esfacelamento do agregado

após 60 dias de ensaio e b) formação de um anel ao redor dos poros

111

Figura 4.19: Expansões e pesos dos granitos G2 e G3 em T=38

C e T=60

112

Figura 4.20: Expansões e pesos do seixo S1 e a areia M2 em T=38

C e T=60

113

Figura 4.21: Expansões e pesos dos basaltos B1 e B2 em T=38

C e T=60

113

Figura 4.22: Comparativo das expansões (NBR 15577-6): 3 e 4 meses de

expansão à 60

C vs 1 ano à 38

114

Figura 4.23: Erosão e eflorescência nos prismas de concreto

a) Amostra B1 –

fenômeno pontual e b) Amostra G2 – fenômeno em toda barra com

presença de fissuras

116

Figura 4.24: Ensaio acelerado em prismas de concreto. a) Fissuras contínuas na

região central do concreto G3 e b) Poros com bordas escuras em M2

116

Figura 4.25: Prismas de concreto – amostra S1. a) Erosão e eflorescências na

superfície do concreto, b) Fissuras contínuas nas regiões

degradadas

116

Figura 4.26: Aspecto do concreto no qual se observa poros esféricos na

argamassa preenchidos com cristais de etringita (E). Ampliação 40x.

118

Figura 4.27: Micrografia da amostra T1.1- xerogel de carbonato de cálcio

120

Figura 4.28: Micrografia dos produtos cristalizados nos poros da amostra T1.2

120

Figura 4.29: Micrografia indicando a presença de acículas nos poros de T2

120

Figura 4.30: Microanálise do xerogel T2 (ponto A), possível etringita

120

Figura 4.31: Micrografia do xerogel presente nos poros de T3

120

Figura 4.32: Microanálise do óxido de cálcio (ponto A) presente no xerogel

120

Figura 4.33: Micrografia indicando a presença de acículas nos poros de B1.

121

Figura 4.34: Microanálise por EDS das acículas (ponto A) do concreto de B1

121

Figura 4.35: Micrografia do xerogel gretado nos poros da barra G2

121

Figura 4.36: Microanálise por EDS do xerogel gretado

121

Figura 4.37: Micrografia do preenchido com xerogel maciço

122

Figura 4.38: Diversidade de estruturas observadas na barra S1

122

Figura 4.39: Micrografia do poro da amostra B1 T=38

123

Figura 4.40: Micrografia dos produtos cristalizados no poro da amostra G2

T=38

123

Figura 4.41: Micrografia do conglomerado de acículas nos poros de G2 T=60

123

Figura 4.42: Micrografia indicando a presença de acículas nos poros de T2

123

Figura 4.43: Teste colorimétrico em rochas. a) Teste positivo com Na-

cobaltonitrito para T1.2-A2 , b), c) e d) Teste positivo com rodamina

B base para T1.2-A2, B1 e G3, respectivamente.

124

Figura 4.44: Amostras antes e após o ataque com ácido clorídrico (concentração

15%) (a) Amostra padrão e (b) amostra T1.1

125

Figura 4.45: Avaliação do Ph com o indicador de fenolftaleína

125

Figura 4.46: Análise microscópica dos xerogéis T1.2 e T3 submetidos à

impregnações com os regentes do kit colorimétrico. a) e c) T1.2 e T3

após o tratamento com Na-cobaltonitrito, respectivamente, b) e d)

T1.2 e T3 após o tratamento com Na-cobaltonitrito e rodamina B

base, respectivamente.

126

Figura 4.47: Aplicação do Na-

cobaltonitrito em T1.2 a) Bordas de reação em torno

do agregado graúdo e b) Identificação de poros preenchidos com

xerogel

127

Figura 4.48: Identificação da RAA com o kit colorimétrico nas amostras T2 (a) e

T3 (b)

128

Figura 4.49: Análise microscópica de T1.2 submetido ao teste da mancha. A)

Identificação do poro preenchido com xerogel da RAA (ponto 1) e b)

Comportamento em poro semi preenchido (ponto 2)

128

Figura 4.50: Aplicação do Na-cobaltonitrito em T1.2. a) Cor avermelhada em

poros semi preenchidos com xerogel e b) Detalhe do xerogel

128

Figura 4.51: Aplicação do Na-cobaltonitrito em T2. a) Cor vermelha clara nos

grumos de xerogel e b) Detalhe do xerogel

129

Figura 4.52: Desenvolvimento da RAA em barras de argamassa ao longo do

tempo (dias) e expansão (e)

131

Figura 4.53: Testes com Na-cobaltonitrito em prismas de concreto. Amostras de

C de G3 (a) e S1 (b) e de 38

C de G3 (c) e S1 (d)

133

Figura 4.54: Teste completo com os reagentes colorimétricos nos prismas de

concreto. Amostras de 60

C de G3 (a) e S1 (b) e de 38

C de G3 (c) e

S1 (d)

133

Figura 4.55: Micrografia do fragmento de extraído da interface agregado/pasta

134

Figura 4.56: Microanálise por EDS (ponto A) da pasta do concreto S1 (T=38

134

Figura A.1: Análise mineralógica por DRX dos agregados do testemunho T1.2

151

Figura A.3: Análise mineralógica por DRX do agregado do testemunho T3

152

Figura A.4: Análise mineralógica por DRX do agregado G2 para compósitos de

argamassa e concreto

153

Figura A.5: Análise mineralógica por DRX do agregado G3 para compósitos de

argamassa e concreto

154

Figura A.6: Análise mineralógica por DRX do agregado B1 para compósitos de

argamassa e concreto

155

Figura A.7: Análise mineralógica por DRX do agregado B2 para compósitos de

argamassa e concreto

156

Figura A.8: Análise mineralógica por DRX do agregado S1 para compósitos de

argamassa e concreto

157

Figura A.9: Difratograma do material lixiviado do prisma de concreto S1

158

ISTA DE TABELAS

Tabela 1.1: Composição química do gel da RAA (% massa)

Tabela 1.2: Indicadores de Ph

Tabela 1.3: Agentes químicos atuantes e sintomatologia em análises

laboratoriais

Tabela 2.1: Métodos colorimétricos de identificação da RAA

Tabela 3.1: Materiais estudados

Tabela 3.2: Relação dos agregados utilizados na pesquisa

Tabela 3.3: Quantidade de agregado empregado no ensaio NBR 15577-4

Tabela 3.4: Quantidade de material utilizado nos ensaios

Tabela 4.1: Análise química dos testemunhos de concreto

Tabela 4.2: Análise química da argamassa dos testemunhos

Tabela 4.3: Composição química dos géis estudados.

Tabela 4.4: Análise petrográfica dos agregados graúdos (pedras britadas)

Tabela 4.5: Análise macroscópica dos testemunhos de concreto

100

Tabela 4.6: Análise microscópica dos testemunhos de concreto

100

Tabela 4.7: Características físico-químicas do aglomerante

101

Tabela 4.8: Características físicas dos agregados empregados nos ensaios de

reatividade

102

Tabela 4.9: Análise química dos agregados

102

Tabela 4.10: Análise petrográfica dos agregados graúdos – amostras B1 e B2.

104

Tabela 4.11: Análise petrográfica dos agregados graúdos – amostras G2 e G3

105

Tabela 4.12: Análise petrográfica dos agregados S1 e M2

105

Tabela 4.13: Componentes cristalinos presentes nos agregados

108

Tabela 4.14: Dosagens utilizadas nos prismas de concreto

112

Tabela 4.15: Análise química das eflorescências de S1

117

Tabela 4.16: Resultados dos testes com xerogéis

125

Tabela 4.17: Resultados dos testes acelerados e da análise do teste da mancha

135

Tabela 4.18: Resumo da análise colorimétrica e microestrutural

136

Tabela B.1: Expansões em barras de argamassa – amostras B1 e B2

159

Tabela B.2: Expansões em barras de argamassa – amostras G2 e G3

160

Tabela B.3: Expansões em barras de argamassa – amostras S1 e M2

161

Tabela B.4: Análise das expansões em prismas de concreto ensaiados em

duas temperaturas

162

ISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

AASHTO American Association of State Highway and Transportation

Officials

ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

ASTM American Society for Testing and Materials

CESP Companhia Energética de São Paulo

CB-18 Comissão Brasileira - Cimento, Concretos e Agregados

LCEC Laboratório CESP de Engenharia Civil

LFQ Laboratório de Física e Química

LFI Laboratório de Física

RAA Reação Álcali-Agregado

RAS Reação Álcali-Sílica

RASS Reação Álcali-Silicato

RAC Reação Álcali-Carbonato

MEV Microscópio Eletrônico de Varredura

EDS Espectroscopia por Dispersão de Energia de raios X

DRX Difração de raios X

UR Umidade Relativa

NaCl Cloreto de Sódio

O Óxido de sódio

O Óxido de potássio

Hidroxilas

K+ Íon potássio

Na+ Íon sódio

SiO

Dióxido de silício

NaOH Hidróxido de sódio

CaO Óxido de cálcio

Si-OH Grupo silanol

CaMg (CO

)

Calcáreo dolomítico

Mg(OH)

Brucita

CaCO

Carbonato de cálcio (calcita)

Dióxido de carbono

Dióxido de enxofre

S Sulfeto de hidrogênio

Íon cálcio

O Água

HF Ácido fluorídrico

Sulfato de sódio

Óxido de alumínio

CaO Óxido de Cálcio

SiO

Óxido de silício

Óxido de ferro

MgO Óxido de magnésio

O Óxido de sódio

O Óxido de potássio

Anidrido sulfúrico

MF Módulo de finura

PF Perda ao fogo

pH Potencial de hidrogênio ou hidrogeniônico

C-S-H Silicato de cálcio hidratado

C-H Hidróxido de cálcio ou Portlandita

“C” CaO

“S” SiO

“H” H

“

−

”

“A” Al

UMÁRIO

INTRODUÇÃO

JUSTIFICATIVA DO PROBLEMA

OBJETIVOS

METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO E

ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO

Capítulo 1

ASPECTOS GERAIS DA RAA NO CONCRETO

1.1 Manifestações da RAA em estruturas de concreto

1.2 Mecanismos da reação álcali-agregado (RAA)

1.2.1 Considerações gerais

1.2.2 Considerações sobre o gel da RAA

1.3

Reações deletérias adversas no concreto: mecanismos

químicos

1.3.1 Reação de carbonatação

1.3.2 Mecanismo de lixiviação e eflorescências

1.3.3 Ataque por sulfatos

1.3.4 Ataque interno por sulfatos (etringita secundária)

1.3.5 Reações envolvendo sulfatos e carbonatos

1.4 Sintomatologias das reações deletérias do concreto

Capítulo 2

MÉTODO QUALITATIVO PARA AVALIAÇÃO DA RAA EM

CAMPO

2.1 Métodos do acetato de uranila ou método Cornell

2.2 Método do sulfato de cupramônio

2.3 Método colorimétrico ou método da mancha

2.3.1

Método colorimétrico de identificação de certos minerais em

rochas

2.3.2 Método colorimétrico de identificação da RAS

2.3.2.1 Reagente 1: cobaltonitrito de sódio

2.3.2.2 Reagente 2: rodamina B base

2.4

Comparativo: método da ma

cha e demais métodos

colorimétricos

Capítulo 3

PROGRAMA DE ENSAIOS

3.1 Ensaios de avaliação da RAA

3.2 Análise do gel da RAA em testemunhos extraídos

3.3 Ensaios de reatividade potencial em agregados

3.3.1 Agregados

3.3.2 Aglomerante

3.3.3 Ensaios de caracterização físico-química

3.3.3.1 Ensaio de Difração de raios-X (DRX)

3.3.4 Análise petrográfica de agregados naturais NBR 15577-3

3.3.5

Ensaios de expansão em barras de argamassa

(NBR 15577-4)

3.3.6

Reatividade potencial em prismas de concreto

(NBR 15577-6)

3.4 Ensaios de análise qualitativa e micro estrutural

3.4.1 Ensaio de contraste químico – Método da mancha

3.4.1.1 Agregados

3.4.1.2 Xerogéis extraídos

3.4.1.3 Testemunhos e amostras aceleradas

3.4.1.4 Análises microestruturais das amostras

Capítulo 4

ANÁLISE DOS RESULTADOS

4.1 Caracterização dos testemunhos de concreto

4.1.1 Caracterização química

4.1.2 Análise difratométrica

4.1.3 Histórico petrográfico

4.1.4 Inspeção visual dos testemunhos

4.2 Amostras aceleradas: argamassa e concreto

101

4.2.1 Caracterização dos materiais

101

4.2.2 Análise petrográfica dos agregados (NBR 15577-3)

104

4.2.3 Análise cristalográfica dos minerais por DRX

107

4.2.4 Ensaios acelerados em barras de argamassa (NBR 15577-4)

109

4.2.5 Ensaios acelerados em prismas de concreto (NBR 15577-6)

111

4.2.6 Análise petrográfica dos prismas de concreto (NBR 15577-3)

118

4.2.7 Microanálises em testemunhos e amostras aceleradas

119

4.3 Ensaios com kit colorimétrico

123

4.3.1 Impregnação em agregados graúdos

123

4.3.2 Testes de identificação de patologias em xerogéis

124

4.3.3 Testes em testemunhos e amostras aceleradas

127

4.3.3.1 Testemunhos de concreto

127

4.3.3.2 Barras de argamassa – NBR 15577-4

130

4.3.3.3 Prismas de concreto – NBR 15577-6 e modificado

132

4.4

Análise comparativa de metodologias de avaliação da

RAA

135

Capítulo 5

CONSIDERAÇÕES FINAIS

137

5.1 Análise do contexto

137

5.1.1 Testemunhos de concretos deteriorados e material lixiviado

137

5.1.2

Ensaios acelerados em barras de argamassa e prismas de

concreto

138

5.1.3 Método da mancha – análise qualitativa da RAA

139

5.2 Conclusões

140

5.3 Sugestões para pesquisas futuras

142

REFERÊNCIAS

143

Anexo A

150

A.1 Ensaios de difração de raios-X

150

Anexo B

159

B.1 Ensaios de reatividade potencial

159

NTRODUÇÃO

Na execução de estruturas de concreto é imprescindível a realização do controle

tecnológico dos materiais na obra e também no laboratório, de modo que sejam

identificados possíveis problemas que podem no futuro reduzir a vida útil das

estruturas pela possibilidade de ocorrência de colapsos e manifestações patológicas

precoces. As patologias nas construções, em muitos casos, têm sua origem em

decorrência de fatos ou deficiências técnicas que poderiam ser detectadas na fase

de estudos preliminares, devendo ser considerados aspectos relativos aos

componentes do concreto, ao ambiente de exposição da estrutura e em possíveis

falhas decorrentes do processo de execução.

Algumas manifestações patológicas relacionam-se ao concreto constituinte das

estruturas, onde fenômenos de fissuração e corrosão de armaduras reduzem a

durabilidade da mesma. Dentre as manifestações deletérias conhecidas no concreto,

destaca-se a reação álcali-agregado (RAA), caracterizada por gerar um quadro de

fissuração desordenada e deformações diferenciais em estruturas.

Este fenômeno ocorre pela interação química dos constituintes do concreto, onde a

sílica presente no agregado interage com os íons alcalinos pertinentes à pasta, na

presença de umidade. O produto desta reação é um gel sílico-alcalino,

freqüentemente visível na interface pasta/agregado e nos poros do concreto, com

caráter predominantemente expansivo.

O principal agravante da RAA está relacionado à sua manifestação contínua ao

longo do tempo, ampliando gradativamente o quadro de fissuração do concreto.

Dessa maneira, o estudo preliminar dos agregados a serem empregados no

concreto é imprescindível, sendo necessários ensaios laboratoriais de avaliação da

potencialidade reativa destes materiais.

Em estruturas já afetadas pela RAA os testes laboratoriais também são utilizados

para constatar a presença da reação. Contudo, também é possível realizar um

diagnóstico em campo por meio de testes qualitativos no concreto afetado,

favorecendo a avaliação inicial e imediata da presença da RAA.

Um dos testes qualitativos empregados é o teste da mancha ou teste colorimétrico

Introdução

ou contraste de imagens, caracterizado pelo uso de reagentes químicos que

confirmam a existência da reação através do surgimento de colorações

características nos locais afetados no concreto.

A verificação da ocorrência da RAA numa estrutura permite a tomada de decisões

quanto ao tipo de reparo ou reforço estrutural a ser empregado, de forma a

minimizar os efeitos deletérios da reação.

USTIFICATIVA E COLOCAÇÃO DO PROBLEMA

Diversas pesquisas têm sido desenvolvidas em diferentes países para melhor

entender o comportamento da RAA. Isto tem sido evidenciado pela ocorrência de

diversos simpósios e conferências sobre o tema, o que demonstra a grande

preocupação da comunidade técnica e cientifica pelos efeitos da reação e as

condutas e procedimentos a serem adotados.

Considerado como o “câncer” do concreto (COLLINS, 2007) a RAA possui um

comportamento químico ainda obscuro, devido à complexidade dos mecanismos

físico-químicos da reação e à diversidade na composição química do gel resultante

da reação.

Os estudos comumente desenvolvidos em laboratório referem-se a ensaios

preliminares dos agregados a serem empregados no concreto, sendo realizadas

metodologias de aceleração da RAA em barras de argamassas e prismas de

concreto.

Em estruturas afetadas pela RAA, convencionalmente adota-se a extração de

testemunhos cilíndricos de concreto para a avaliação em laboratório por meio da

petrografia e da análise por microscopia convencional. Sims e Poole (2003) citam o

uso da petrografia como uma técnica de observação direta da reação, passando por

estágios de inspeção visual à caracterização em lâminas finas.

A análise petrográfica é caracterizada como um ensaio laboratorial qualitativo,

exigindo um tempo de preparo da amostra e experiência do operador na

identificação da reação no concreto.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Outras metodologias também podem ser aplicadas no diagnóstico da reação, sendo,

contudo empregadas in loco, ou seja, diretamente no concreto deteriorado na

estrutura, facilitando um parecer qualitativo inicial da RAA.

Guthrie e Carey (1998) citam a facilidade de constatação da reação pelo método

colorimétrico desenvolvido pelo laboratório Los Álamos, conhecido como método da

mancha, uma vez que a constatação da reação é notória após a aplicação de

reagentes químicos no concreto. Outro benefício é o uso do kit

de reagentes em

análises petrográficas, auxiliando na identificação da reação no concreto.

Contudo, o kit Los Alamos possui custo elevado e variável, em função de sua

importação por empresas especializadas. Além disso, são poucas as pesquisas,

desenvolvidas pelo meio técnico-científico, que atestam o seu desempenho na

identificação da RAA.

Neste contexto, o presente trabalho busca avaliar o uso de um kit colorimétrico,

empregado pela empresa CESP, aplicando-o em testemunhos de concreto afetados

pela RAA e amostras aceleradas em laboratório – barras de argamassa e prismas

de concreto. Além disso, deseja-se verificar a validade do método em concretos

compostos por agregados de diferentes tipos litológicos.

BJETIVOS

O interesse do meio técnico-científico pela reação álcali-agregado tornou imperativa

a necessidade de estudos aprofundados sobre o tema, visto que diversas estruturas

encontram-se atualmente afetadas pela RAA.

O Laboratório CESP de Engenharia Civil – LCEC, conhecido centro de referência

em estudos da RAA, tem em desenvolvimento o projeto de P&D – Pesquisa e

Desenvolvimento relacionado sobre o assunto, intitulado “Investigações Relativas à

Reação Álcali-Agregado em Estruturas de Concreto”, projeto 0061-019/2006 com

financiamento da ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.

Este projeto iniciado em junho de 2007 com parceria da ABCP – Associação

Introdução

Brasileira de Cimento Portland e Desek, tem como um de seus produtos a presente

tese de mestrado, e tem os seguintes objetivos:

 Avaliar o comportamento expansivo da reação nos ensaios acelerados,

verificando a reatividade potencial em função da litologia do agregado;

 Avaliar a composição do gel da RAA em testemunhos de concreto compostos

por tipos litológicos diferenciados.

 Observar em escalas diferenciadas os produtos da reação formados em poros

do concreto e interfaces pasta/agregado;

 Avaliar a confiabilidade do método colorimétrico em testemunhos afetados e

em amostras aceleradas desenvolvidas em laboratório;

 Verificar o comportamento do kit colorimétrico em produtos formados por

manifestações patológicas distintas (carbonatação e RAA);

ETODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO E ORGANIZAÇÃO DA

DISSERTAÇÃO

O presente trabalho está estruturado em seis capítulos. Neste primeiro capítulo –

“INTRODUÇÃO” – são feitas considerações iniciais a respeito da pesquisa,

identificando o contexto do tema escolhido, as justificativas da escolha e os objetivos

do trabalho.

No capítulo 1 – “ASPECTOS GERAIS DA RAA NO CONCRETO” – são abordados

os mecanismos químicos da reação álcali-agregado e outras manifestações

patológicas que ocorrem conjuntamente à reação, sendo feito uma abordagem final

sobre sintomas comuns e particulares de cada patologia.

Na parte 2 – “MÉTODO QUALITATIVO PARA AVALIAÇÃO DA RAA EM CAMPO” –

faz-se uma consideração a respeito dos métodos qualitativos de identificação da

RAA e a fundamentação química de identificação, sendo principalmente enfocado o

método da mancha ou método colorimétrico.

Conjunto de objetos agregados para uma finalidade específica

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

No capítulo 3 – “PROGRAMA DE ENSAIOS” – aborda-se a caracterização dos

materiais necessários à realização da pesquisa, bem como o planejamento dos

experimentos e os métodos utilizados.

O capítulo 4 – “ANÁLISE DE RESULTADOS” – apresenta os resultados obtidos nos

ensaios, as análises e discussões dos mesmos.

As considerações finais e sugestões para trabalhos futuros são apresentadas no

capítulo 5 – “CONSIDERAÇÕES FINAIS”.

Capítulo

A reação álcali-agregado (RAA) no concreto é uma reação química que ocorre entre

os álcalis do cimento e os minerais dos agregados na presença de umidade. Os

sintomas manifestados no concreto são observados no decorrer dos anos na forma

de fissuras e deformações estruturais. A correlação entre os sintomas observados e

a ocorrência da RAA nem sempre é de fácil interpretação, pois existem outras

manifestações patológicas com sintomas similares. Por esse motivo a RAA

necessita de uma descrição minuciosa de seus efeitos e manifestações frente a

outras patologias. Neste primeiro capítulo procura-se, à priori, abordar a

manifestação da RAA em estruturas e sua interação química nos poros e pasta do

concreto. Posteriormente, é feita uma descrição de outras manifestações deletérias

que apresentam características comuns à RAA e que se diferenciam pelos agentes

químicos envolvidos e pelas características macro-visuais que podem ser

observadas em inspeções do concreto.

1.1 Manifestações da RAA em estruturas de concreto

Stanton, em 1940, foi o primeiro pesquisador a sugerir que a grande quantidade de

fissuras em pontes e rodovias de concreto na costa da Califórnia estava associada a

interação entre os agregados empregados (opala e chert) e a solução de álcalis

gerada no processo de hidratação do cimento (PREZZI et al., 1997).

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 1.1: Estrutura comprometida pela RAA (Stanton, 1940).

Fonte: Thomas, 2008.

A sustentação desta hipótese nos anos 40, foi evidenciada em trabalhos

subseqüentes de Berkey, Hansen, Meissner e Stanton et al.(PREZZI et al., 1997). A

pesquisa pioneira de Stanton (1940) despertou gradativa preocupação sobre o

assunto em função do diagnóstico da RAA em diversas estruturas de concreto no

mundo.

Entre 1940 e 1941, os Estados Unidos iniciaram pesquisas em centros científicos,

universidades e empresas de cimento em função da constatação da RAA em várias

barragens importantes (Parker, Sterwart Mountain e Gene Wash, entre outras), e em

obras de arte e rodovias.

No mesmo período, na Austrália, iniciou-se um programa de pesquisas coordenado

pelo CSIRO – Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, tendo

como foco principal o entendimento do mecanismo da RAA.

Na África do Sul a reação foi notada em 1974, mas as pesquisas sobre o assunto

tiveram inicio apenas em 1977.

Na década de 90, a China noticiou casos de deterioração de estruturas afetadas,

iniciando-se a partir daí uma avaliação de suas jazidas e preocupação quanto à

produção de cimento, apesar dos estudos sobre o tema reportarem os anos 60.

Segundo Andriolo (1997) os principais relatos de ocorrência mostram danos em

edifícios, pontes e viadutos, obras portuárias, centrais termoelétricas, obras

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

hidráulicas, barragens, centrais hidroelétricas e túneis. Na Figura 1.2 tem-se uma

ilustração da RAA em pavimentos de concreto e em uma estrutura de ponte.

Figura 1.2: Fissuras em rodovias e deslocamento diferencial numa ponte.

Fonte: AASHTO, 2000.

Atualmente, em razão do grande número de estruturas afetadas em diversos países,

várias pesquisas sobre a RAA vêm sendo realizadas, visando um melhor

entendimento dos mecanismos da reação, as características reativas dos

agregados, o comportamento estrutural de obras afetadas e a ação e efeito da

utilização de produtos inibidores.

No contexto nacional, a ocorrência da RAA foi constatada há 56 anos por entidades

e profissionais, sobretudo em obras de usinas hidroelétricas (ANDRIOLO, 1997).

Com o desenvolvimento da tecnologia do concreto na década de 60 – época das

construções das grandes hidroelétricas - surgiram os problemas decorrentes da RAA

e a necessidade de estudos laboratoriais sobre o assunto.

A CESP – Companhia Energética de São Paulo destacou-se na época pelo estudo

do comportamento da RAA, sendo a primeira empresa a realizar estudos com

inibidor pozolânico e empregá-lo no concreto produzido para às obras da UHE

Engenheiro Souza Dias (Jupiá) (OLIVEIRA, 1997).

Muitas construções que não tiveram preocupações quanto aos estudos preliminares

da potencialidade reativa dos materiais constituintes apresentaram no decorrer dos

anos os efeitos da reação.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

No ano de 1996, foram identificadas pela SABESP – Companhia de Saneamento

Básico do Estado de São Paulo S.A - inúmeras fissuras na estrutura de concreto da

Tomada d’Água do túnel 6 - Sistema Cantareira. Os estudos realizados pela Themag

identificaram as anomalias como relacionadas à RAA e a ocorrência de

comportamentos expansivos diferenciados em locais específicos de cada elemento

de concreto (KUPERMAN et al., 1997).

Em 2004, em função do interesse observado na inspeção de sapatas e blocos de

fundação após o colapso no Edifício Areia Branca (OLIVEIRA, 2007), constatou-se

um dos primeiros casos da reação em obras prediais nas regiões metropolitanas de

Olinda e Recife/PE. Este incidente despertou a preocupação do meio técnico quanto

à importância dos conceitos de vida útil e durabilidade das construções. Em virtude

do ocorrido, foram realizadas inspeções em fundações de diversos prédios da

Grande Recife, verificando-se erros de execução e degradação por fissurações

ligadas à RAA.

Na Figura 1.3 segue ilustrada a situação encontrada em algumas fundações prediais

afetadas pela RAA, em Recife.

Figura 1.3: Fissuração em blocos de fundação afetados pela RAA.

Fonte: Salles et. al., 2003.

Os fatos ocorridos na região de Recife iniciaram um movimento com profissionais e

especialistas de diversas áreas para implantação de uma comissão de estudos e

discussões para a elaboração da norma brasileira relativa ao tema.

No ano de 2005, a 47

reunião anual do IBRACON enfatizou o assunto com a

presença do engenheiro canadense Bernoit Fournier, possibilitando uma abordagem

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

internacional sobre a RAA.

Um segundo encontro do engenheiro canadense com os centros de pesquisa da

ABCP, CESP e FURNAS, possibilitou a participação de laboratórios brasileiros na

criação de um programa interlaboratorial, avaliando os ensaios acelerados com

agregados internacionais e nacionais.

O decorrer do processo de reuniões e eventos técnico-científicos da comissão de

estudos formada em 2005 do CB18/ABNT, proporcionou em 2008 a criação da

primeira norma brasileira sobre aspectos da reação álcali-agregado, nomeada como

NBR 15577.

Em 2006, o Laboratório CESP de Engenharia Civil postula e aprova um projeto P&D

- Pesquisa e Desenvolvimento sobre a RAA junto à ANEEL – Agência Nacional de

Energia Elétrica. O projeto P&D iniciado em 2007 envolveu ensaios acelerados,

estudo de caso da UHE Jaguari e desenvolvimento de um kit químico de

identificação da RAA em campo, sendo este o tema principal deste trabalho.

1.2 Mecanismo da reação álcali-agregado (RAA)

1.2.1 Considerações gerais

O concreto é constituído por compostos naturais, material cimentício e adições

minerais e industrializadas. Os processos físico-químicos presentes no concreto

desenvolvem-se ao longo de toda sua vida, os quais, dependendo do tipo de

interação, podem afetar a sua qualidade e a sua durabilidade.

Dentre os fatores que comprometem a durabilidade, destaca-se a RAA,

caracterizada pela geração de um gel expansivo na zona de interface pasta-

agregado e vazios do concreto, ocasionando deslocamentos diferenciais e fissuras

nas estruturas.

O processo químico de deterioração pela RAA no concreto pode ser classificado em

função do tipo e da mineralogia do agregado reativo envolvido, de três formas:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

reação álcali-sílica (RAS), reação álcali-silicato (RASS) ou reação álcali-carbonato

(RAC) (KUPERMAN et al., 2005). A intensidade e velocidade das reações de

expansão dependem da concentração e fase reativa no agregado (KIHARA, 1986).

A RAS é mais comum, pois seu processo de evolução é mais rápido e melhor

detectado pelos ensaios de reatividade. Esta reação ocorre entre os álcalis e alguns

tipos de silicatos presentes em certas rochas sedimentares (argilitos, siltitos e

grauvacas), metamórficas (ardósias, filitos, xistos, gnaisses, granulitos, entre outras)

e ígneas (granitos) (PORTELA et.al., 2006 apud HASPARYK, 1999).

O processo químico da RAS é decorrente da interação entre a sílica do agregado

reativo e os álcalis oriundos do cimento, dos agregados que contenham feldspatos

alcalinos, ou outras fontes externas, tais como soluções de sulfato de sódio

(Na

) e cloreto de sódio (NaCl).

Os álcalis presentes no cimento, representados pelo Na

O e K

O, podem se

apresentar na forma solúvel ou insolúvel, sendo a primeira encontrada nos sulfatos,

cuja fonte de fornecimento é mais rápida à reação ao passo que a segunda

apresenta-se nas fases sólidas do clínquer

(fases sulfatos e aluminatos), com uma

interação química mais lenta, decorrente do processo de hidratação (DIAMOND,

1989 apud HASPARYK, 2005).

Estes componentes alcalinos em solução acarretam o aumento da alcalinidade nos

poros do concreto (pH) elevando a concentração de hidroxilas (OH

), responsáveis

pela reação.

Segundo Kihara (1986) a liberação e a concentração dos álcalis na solução dos

poros dependem da hidraulicidade das diferentes fases do cimento, sendo seu

conteúdo aumentado sob condições de alta umidade (>85%) e temperatura,

relacionadas à cinética da reação.

Os álcalis constituintes do cimento tem sua origem no processo de calcinação do

clínquer. Os íons Na

e K

presentes no clínquer são inicialmente vaporizados no

processo, devido as altas temperaturas dos fornos, sendo posteriormente

condensados sobre o mesmo ao longo de seu transporte e resultando na formação

uma camada superficial de álcalis. Alguns álcalis permanecem na superfície do

Calcário e silicato semifundidos e aglutinados de que se obtém o cimento por moagem

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

clinquer, ao passo que outros se encontram internos a sua estrutura (PETERSON et

al., 2000 apud SANTOS, 2008).

No decorrer do processo de hidratação do cimento, os compostos alcalinos

presentes na superfície tornam-se disponíveis mais rapidamente, ao passo que os

presentes internamente na estrutura interagem quimicamente no decorrer do

processo de hidratação (PETERSON; ULM, 2000).

Estudos realizados por Kurtis, Collins e Monteiro (2002) mostram a concentração

dos íons alcalinos na solução intersticial do cimento, ressaltando a permanência dos

álcalis na solução aquosa da matriz cimentícia, conforme se observa na Figura 1.4.

Figura 1.4: Concentração de íons na solução porosa do cimento x tempo de cura.

Fonte: Kurtis, Collins e Monteiro (2002).

O constituinte presente em agregados reativos, conhecido como sílica, é composto

de dióxido de silício (SiO

) nas suas várias formas, incluindo-se as sílicas cristalinas,

as vítreas e as amorfas.

A estrutura básica da sílica é um arranjo tetraédrico, o qual possibilita a formação de

uma rede cristalina tridimensional infinita, compartilhando-se os átomos de oxigênio

de um tetraedro com os grupos vizinhos. A sílica amorfa é a mais reativa

quimicamente, sendo encontrada nas rochas do tipo opala, tridimita, calcedônia e

quartzo.

A composição química desordenada do composto amorfo interage de forma mais

significativa com as hidroxilas (OH

) do que a sílica cristalina, uma vez que esta se

apresenta estruturalmente ordenada, como pode ser observado na Figura 1.5.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

(a) (b)

Figura 1.5

: Estrutura química da sílica. a) Amorfa, b) Cristalina

Fonte: Collins et al. (2007). Adaptado.

Segundo Plum (1958), a equação geral que rege a reação álcali-silica é expressa

quimicamente segundo a equação 1:

SiO

+NaOH+Ca(OH)

→

O . n

CaO . n

SiO

. n

O (1)

Nesta equação o NaOH é determinado pelo equivalente alcalino (Na

O + 0,66K

e, segundo diversos autores o caráter expansivo do gel é regido pela a quantidade

de CaO constituinte.

Estudos realizados por Prezzi (1997) indicaram a importância do cálcio no

mecanismo de expansão, onde a relação CaO/(Na

O) presente no gel rege o

comportamento expansivo.

De acordo com Dent Glasser e Kataoka (1981), Carrillo e Perez (1984), Hasparyk

(2005), a sílica presente nas rochas e minerais suscetíveis à reação interage

quimicamente com as hidroxilas (OH

), caracterizando-se inicialmente por uma

reação do tipo ácido-base entre os grupos silanol (Si-OH).

Os cátions presentes no meio são atraídos se associando à estrutura deste grupo,

desbalanceado negativamente pelo SiO

, ocorrendo assim uma neutralização por

íons Na

. A reação química e a ilustração esquemática são apresentadas a seguir

pelas equações 2 e 3:

Si-OH

→

Si-O

(2)

[silanol] +

[hidroxila]

→

[ânion]

+ [água]

Si-O

→

Si-ONa

(3)

[ânion] +

[álcalis]

→

[

gel sílico-alcalino]

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

Figura 1.6: Neutralização por NaOH de grupos silanol ácidos.

Fonte: Dent Glasser e Kataoka (1981).

Uma segunda reação também ocorre entre as hidroxilas em excesso com as pontes

de siloxano, havendo a quebra das ligações e substituição por pares de SiO

conforme se observa na equação 4:

Si-O-Si

2OH

→

Si-O

O-Si

(4)

[siloxano] + [hidroxilas]

→

[pares dissociados ]

+ [água]

Figura 1.7: Quebra das ligações das pontes de siloxano por NaOH.

Fonte: Dent Glasser e Kataoka (1981).

É importante lembrar que estas reações ocorrem simultaneamente, sendo que os

pares dissociados produzidos na equação 4 são balanceados com compostos

alcalinos, mostrado na equação 3, formando um gel sílico-alcalino de forte caráter

expansivo (CARRILLO; PEREZ, 1984; HASPARYK, 2005; TAYLOR, 1997).

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Além disso, é observado que o principal papel dos hidróxidos alcalinos na reação é a

elevação do pH do concreto, propiciando a quebra das ligações do siloxano pelas

hidroxílas.

O gel sílico-alcalino caracteriza-se por ser hidrófilo e sob condição de umidade

aumenta volumetricamente, gerando tensões suficientes para danificar a estrutura

do concreto (COLLINS, 2007; POOLE, 1992).

Nas Figuras 1.8 a 1.13, seguem ilustrações do desenvolvimento da reação álcali-

sílica no concreto.

Figura 1.8: Agregado reativo envolto pelo cimento.

Fonte: Collins et al. (2007).

Figura 1.9: Superfície do agregado atacada pelos íons OH

Fonte: Collins et al. (2007).

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

Figura 1.10: Grupo Silanol (Si-OH) dissociados.

Fonte: Collins et al. (2007).

Figura 1.11: Liberação das moléculas de SiO

e formação do gel ao redor do agregado.

Fonte: Collins et al. (2007).

Figura 1.12: O gel em umidade expande gerando tensões no concreto.

Fonte: Collins et al. (2007).

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 1.13: Estado de tensões e conseqüente formação de fissuras.

Fonte: Collins et al. (2007).

É importante lembrar que a ocorrência da reação só é provocada na condição de

umidade, teor de álcalis na mistura e minerais reativos suficientes para ocasionar a

reação.

Outra particularidade da RAA é a reação álcali-silicato (RASS), caracterizada por

apresentar uma natureza mais lenta e complexa, sendo o tipo reação mais

comumente encontrado em barragens brasileiras e em blocos de fundação na

grande Recife (CICINELLI, 2008).

A interação reativa da RASS se dá entre os álcalis do cimento e alguns tipos de

silicatos encontrados em rochas sedimentares, metamórficas e ígneas.

Os agregados rochosos suscetíveis a este tipo de reação apresentam

fundamentalmente quartzo “tensionado” proveniente de processos tectônicos ou

minerais expansivos da classe dos filossilicatos, tais como vermiculitas, ilitas e

montmorilonitas expansivas (KIHARA, 1986).

O quartzo tensionado é atribuído como principal agente responsável da reação,

sendo caracterizado termodinamicamente por sua elevada entropia e identificado via

microscopia de luz polarizada pelo ângulo de extinção ondulante superior a 25°

(DOLAR-MANTUANI, 1981).

O terceiro tipo de reação característica expansiva, descoberta por Swenson (1957)

com características similares às descritas por Stanton (1940) é conhecida como

reação álcali-carbonato, existente entre agregados de natureza dolimítica e álcalis

do cimento.

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

Esta reação está presente em rochas carbonáticas, onde ocorre a desdolomitização

do calcário e o enfraquecimento da ligação pasta-agregado, decorrente da reação

entre dissoluções alcalinas e a dolomita. Hadley apud Kihara (1986) propôs o

seguinte equacionamento:

CaMg (CO

)

+ 2MOH → Mg(OH)

+ Ca CO

+ M

(5)

Os produtos formados na equação (5) interagem novamente com o carbonato

alcalino e o hidróxido de cálcio, regenerando o hidróxido alcalino:

+ Ca(OH)

→ CaCO

+ 2MOH

(6)

Segundo Kihara (1986), nesta reação não ocorre a formação de um gel, sendo o

mecanismo de expansão decorrente da combinação de dois fenômenos: a

desdolomitização, que desestrutura a textura do calcário e a ocorrência de

argilominerais (ilita) que beneficiam a desagregação do agregado.

1.2.2 Considerações sobre o gel da RAA

O termo gel é definido como uma substância gelatinosa, resultante da coagulação

de um líquido coloidal (MICHAELIS, 2000).

A literatura da ciência dos materiais na engenharia civil utiliza este termo para

identificar o produto esbranquiçado formado pela RAA nos poros do concreto,

fissuras e interfaces pasta/agregado.

Este produto, de natureza sílico-alcalina se desenvolve continuamente no concreto,

sendo assim, pode-se dizer que seu processo de formação desenvolve-se em

diferentes estágios e em um deles o gel deixa de ser gelatinoso e torna-se sólido. A

designação química mais adequada para o gel no estado solidificado é dada pelo

termo xerogel (Figura 1.14).

Calcário

dolomítico

Hidróxido alcalino

(M = Na, K ou Li)

Brucita Calcita

Carbonato

alcalino

Carbonato

alcalino

Hidróxido de

cálcio

Carbonato

de cálcio

Hidróxido alcalino

regenerado

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 1.14: Detalhe do gel em poro preenchido e bordas de reação nos agregados

Em função do emprego do termo xerogel nas áreas da física e química, relacionados

a processos de sol-gel em sílica, optou-se pela adoção desta designação no

desenvolvimento do trabalho em substituição aos termos comumente utilizados: gel

e material esbranquiçado.

Outro ponto a ser abordado, relaciona-se a diversidade da composição química do

xerogel da RAA. Na literatura, os intervalo dos teores químicos de álcalis (Na

e K

cálcio e magnésio são muito variáveis ao passo que o percentual de sílica (SiO

)

encontra-se num intervalo mais definido, conforme apresentado na Tabela 1.1.

Tabela 1.1: Composição química do gel da RAA (% massa)

O K

O SiO

CaO MgO Referência

12,9 - 53,9 2,9 0,6 Stanton (1942)

14,9 5,2 61,7 0,6 0,0 Idorn (1961)

1,2 0,4 51,4 29,9 10,0 Poole (1975)

1.2 4,1 66,5 6,5 - Baronio (1983)

3,7 12,9 43,3 21,8 0,8

Mullick and

Samuel (1986)

2,53 16,8 60,9 0,7 0,2

2,46 17,0 60,3 1,1 0,2

3,79 19,2 54,6 0,9 0,0

4,77 15,6 61,1 0,3 0,0

Intervalo

1,2-14,9 0,4-19,2 43,3-66,5 0,3-29,9 0,0-10,0

Hasparyk (2006)

Fonte: Taylor (1992). Adaptado.

Este comportamento químico do xerogel, possivelmente relaciona-se com a

composição do agregado reativo e a forma de obtenção da amostra: exsudado

(externo) ou nos poros do concreto (interno).

Argamassa

Agregado

Xerogel

Borda de reação

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

Os aspectos químicos da RAA no concreto ainda são obscuros na ciência dos

materiais, sendo imprescindível o desenvolvimento de estudos científicos que

possibilitem o esclarecimento do comportamento da reação do concreto.

1.3 Reações deletérias adversas no concreto: mecanismos

químicos

1.3.1 Reação de carbonatação

A reação de carbonatação (carbonização ou neutralização) é uma das patologias do

concreto que se manifesta em condições semelhantes à RAA, uma vez que ambos

os fenômenos desenvolvem-se em condições de umidade, possuem elementos

químicos comuns e interagem nos poros do concreto.

A carbonatação é definida como um processo de neutralização da fase líquida

intersticial do Ca(OH)

e outros compostos alcalinos hidratados da pasta de cimento

pelo CO

, que para uma faixa de umidade

, precipita em carbonato de cálcio (SILVA,

2007).

O mecanismo de transporte do dióxido de carbono no interior do concreto se dá por

difusão, de maneira lenta, combinando-se inicialmente com os álcalis livres e o

hidróxido de cálcio, seguido do processo de formação do carbonato de cálcio. O

Ca(OH)

caracteriza-se por ser um composto menos solúvel que os compostos

alcalinos do cimento, encontrando-se nos poros na forma de cristais, enquanto os

álcalis apresentam-se dissolvidos na forma de íons.

Segundo Gomes (2006) a ocorrência natural da carbonatação ocorre devido a

solubilização do CO

, conforme apresentado na equação 7:

333222

−+−+

+↔+↔↔+ COHHCOHCOHOHCO

(7)

Segundo SILVA (1958 apud VERBEC, 2007, p. 7) a carbonatação ocorre em faixas de umidade ideais de 50% a

75%, para valores menores que 25% a reação é incipiente e maiores que 75% a umidade restringe a penetração de CO

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Secundariamente, os produtos formados interagem quimicamente com os álcalis e o

hidróxido de cálcio, formando carbonatos alcalinos e de cálcio (equações 8 e 9):

2M + OH

+ HCO

→

+ H

(M = Na

ou K

)

(8)

+ OH

+ HCO

→

CaCO

+ H

(9)

A solubilidade do CaCO

está relacionada à concentração de hidroxilas (OH

), de

modo que a interação química inicial ocorre com os álcalis (NaOH e KOH) e

posteriormente com o Ca(OH)

O comportamento comum da carbonatação é o da alteração do pH do concreto de

12,5 para valores inferiores a 9,0, ocasionado pelo consumo de hidroxilas, conforme

mostrado nas equações 8 e 9.

Segundo Ramachandran et al. (2002) o carbonato de cálcio precipita nas paredes

dos poros do concreto e a alteração do pH ocasiona eventuais interações químicas

com os produtos de hidratação do cimento, tais como aluminatos, gel de silicato de

cálcio hidratado (C-S-H) e sulfoaluminatos.

Silva (1992) apud Papadakis et al. (2007, p.11) cita que o processo de carbonatação

não depende somente do hidróxido de cálcio, mas também do C-S-H que possui

CaO. Taylor (1990) afirma que a reação de decomposição do C-S-H ocorre

conjuntamente ao processo de carbonatação, sendo este fenômeno expresso na

equação 10:

x CaO.SiO

(aq)

+ z H

→

y Ca

+ 2OH

+ (x-y) CaO.SiO

(aq)

(CaO.SiO(aq) = C-S-H)

(10)

Na Figura 1.15 é apresentado um esquema da reação de carbonatação no interior

dos poros do concreto e a formação da frente de carbonatação indicada pelo pH:

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

Figura 1.15: Processo de carbonatação.

Fonte: Cascudo (1991 apud SPERT,2003). Adaptado.

É importante lembrar que o comportamento do pH possibilita uma distinção entre a

carbonatação e reação álcali-agregado, já que na primeira se tem uma diminuição

deste fator enquanto na segunda este permanece inalterado.

Na prática a determinação do pH no concreto pode ser facilmente realizada pelo uso

dos indicadores químicos de pH: fenolftaleína, timolftaleína e amarelo de alizarina.

O uso destes indicadores no concreto identifica regiões mais alcalinas com

colorações diferenciadas (Tabela 1.2) e nas menos alcalinas a incolor – fator

determinante da profundidade de carbonatação (Figura 1.16).

Tabela 1.2: Indicadores de pH.

Indicador de pH

Intervalo de viragem

ácido/base

Indicativo de cor

ácido base

Fenolftaleína pH 8,0 – 9,8 violeta

Incolor

Timolftaleína pH 9,3 – 10,5 azul

Amarelo de alizarina GG pH 10,0 – 12,0

amarelo

escuro

Amarelo

claro-

Amarelo de alizarina R pH 10,1 -12,0

vermelho

alaranjado

Fonte: <http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/acidbase/indicators.shtml>.

Acesso em: 22 jan. 2009.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 1.16: Medida da profundidade de carbonatação - teste fenolftaleína.

Fonte: Gomes (2006).

Os intervalos de mudança de cor (viragem) sugerem o uso da fenolftaleína como

indicador favorável a determinação de valores de pH mais baixos, sendo usualmente

o mais utilizado na avaliação da carbonatação por ter baixo custo, facilidade de uso

e relativa precisão (SILVA, 2007).

É importante lembrar que o fenômeno de carbonatação não é perceptível a olho nu

no concreto, sendo o teste de pH um indicador da frente de evolução da reação.

Além disso, a reação também provoca efeitos de retração e melhora a capacidade

resistiva no concreto. (AGUIAR, 2006; HELENE, 2003).

Segundo Aguiar (2006), a comprovação das áreas carbonatadas também pode ser

feita por análises de difração de raios-X, análise térmica diferencial, termografia e

observação microscópica.

Contudo o efeito deletério da carbonatação está associado ao efeito secundário da

corrosão na armadura do concreto, gerando o aparecimento de manchas, fissuras,

destacamentos do concreto e redução da seção resistente de maneira a promover o

colapso de estruturas.

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

1.3.2 Mecanismo de lixiviação e eflorescências

A lixiviação é um fenômeno decorrente da ação de águas puras

, carbônicas

agressivas e ácidas que dissolvem e carreiam as cadeias de compostos hidratados

do concreto.

Segundo Thomas (2008), a portlandita (Ca(OH)

)

resultante do processo de

hidratação do cimento é solúvel em água, sendo facilmente lixiviada por águas

puras, cujo poder de dissolução é maior, devido ao baixo teor de sais solubilizados.

As eflorescências (Figura 1.17) são depósitos de sais carreados pelo mecanismo de

lixiviação para fora do concreto, cristalizados pela evaporação da água de transporte

ou pela interação química com o CO

presente na atmosfera.

Os principais indícios de lixiviação são as formações de eflorescências, usualmente

de carbonatos de cálcio, que podem apresentar retenção de fuligem e risco de

formação de fungos e bactérias (HELENE, 2003b).

O carbonato de cálcio formado pela interação química do Ca(OH) com o CO

caracterizado como uma eflorescência de cor esbranquiçada, sendo facilmente

identificado com a aplicação de gotas de ácido clorídrico.

O mecanismo químico da identificação do carbonato de cálcio pela solução de HCl é

mostrado na equação 11:

2HCl

(aq)

+ CaCO

(s)

→

CaCl

(aq)

+ H

O + CO

(g)

(11)

A efervescência é ocasionada pela formação do dióxido de carbono, possibilitando a

identificação do material lixiviado do concreto como um sal carbonático.

Uma das conseqüências da lixiviação no concreto é o aumento da sua porosidade e

diminuição da resistência, possibilitando a ocorrência de outras manifestações

patológicas que, como conseqüência, afeta a durabilidade das estruturas.

Oriunda da condensação de neblina ou vapor d’ água são mais agressivas por conterem pouco ou nenhum íon

cálcio

que, em contato na pasta de cimento dissolvem os produtos contendo cálcio promovendo a lixiviação.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

(a) (b)

Figura 1.17: Depósitos de carbonato e formação de estalactites. a) Reservatório de Santa

Efigênia - Curitiba/PR, b) Barragem dos Estados Unidos.

Fonte: <http//www.altoqi.com.br>.Acesso em: 18 jan.2009.

Outro fator preponderante é a alteração no pH do concreto, decorrente da

diminuição da alcalinidade do extrato aquoso dos poros superficiais no componente

estrutural, ocasionando o risco de despassivação da armadura (HELENE, 2003b).

1.3.3 Ataque por sulfatos

O ataque de sulfatos no concreto é um fenômeno químico provocado entre íons

sulfatos (SO

) e compostos hidratados da pasta de cimento - principalmente

hidróxido de cálcio e fases aluminatos - formando compostos de etringita e gipsita,

que geram fissurações e degradações no concreto.

Os sulfatos são comumente encontrados em águas naturais, industriais e nos solos

na forma de sulfatos de magnésio e alcalinos (REIS, 2001).

Segundo Aguiar (2006), os sulfatos podem ter origem nos próprios constituintes do

concreto: água de amassamento, agregados e aglomerantes, ou no contato do

concreto com o solo ou águas ricas com este agente agressivo. O autor ainda cita

que a difusão iônica ou sucção capilar é a forma com que os sulfatos podem

penetrar internamente no concreto.

Taylor (1990) diz que a interação química dos sulfatos (Na

e MgSO

)

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

dissolvidos em solução e as fases sólidas da pasta de cimento são obscuras, visto

que as reações entre cátions e ânions são independentes, tendo como exemplo, o

e MgSO

que podem causar ataque de sulfatos e fenômenos conjuntos da

RAS e formação de brucita, respectivamente.

Segundo Taylor (1990), Mehta e Monteiro (2008) o hidróxido de cálcio e as fases no

aglomerante que possuem alumina são os mais vulneráveis ao ataque por íons

sulfatos.

A reação química dos sulfatos no concreto ocorre com o hidróxido de cálcio e os

aluminatos. As fases aluminatos da pasta hidratada se apresentam na forma de

monosulfatos hidratados, C

A.CS.H

e C

A.CH.H

(química do cimento

) que

interagem de acordo com o teor de C

S. Na interação química entre os íons sulfatos,

o Ca(OH)

e as fases aluminatos produzem a etringita (C

A.3CS.H

), conforme

apresentado nas equações 12 e 13:

183

.3.32.. HSCACSCHHCHAC →++

(12)

.3.1222.. HSCACHSCHHSCAC →+++

(13)

A expansão da etringita pode ser ocasionada pelo crescimento de seus cristais ou

pela adsorção de água em meio alcalino por uma etringita pouco cristalina (MEHTA;

MONTEIRO, 2008).

A gipsita é outro produto formado pela reação dos íons sulfatos, sendo o processo

de formação diferenciado da etringita, pois caracteriza-se por reduzir o pH do

concreto, seguido de expansões e fissurações e conversão final do concreto em

uma massa pastosa e não coesiva.

Segundo Mehta e Monteiro (2008), de acordo com o tipo de cátion associado à

solução de sulfato (Na

, K

ou Mg

) tanto o hidróxido de cálcio quanto o C-S-H

podem formar a gipsita, conforme apresentado nas equações 14, 15 e 16:

NaOH

CaSO

)

(

242242

→

(14)

Na química do cimento, os compostos químicos de CaO, SiO

, Al

, SO

, H

O são expressos respectivamente

como: C, S, A,

−

, H.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

224224

)

(

)

(

CaSO

MgSO

→

(15)

→

SiO

CaO

MgSO

2224

SiO

CaSO

22224

)

(

)

(

→

(16)

Os autores destacam que a reação com o sulfato de magnésio é mais severa

ao concreto, pois na formação da gipsita também forma-se o Mg(OH)

, que é

insolúvel e altera a alcalinidade do sistema, diminuindo o número de hidroxilas

– pH~10,5 (LEA, 1970) – e afetando a estabilidade do C-S-H que acaba

reagindo com sulfatos (eq. 16).

Na Figura 1.18 apresentam-se fissuras e alterações da rigidez de concretos

atacados por sulfatos:

(a) (b)

Figura 1.18: Reação com sulfatos. a) Fissuração na base de concreto da torre de rede

elétrica, b) Degradação do concreto da Barragem Fort Peck (Montana), 1971 pela formação

de gipsita – identificada por DRX.

Fonte: (a) Colepardi (1990), (b) Mehta e Monteiro (1994) apud Lima (2007).

A identificação laboratorial da ocorrência do ataque de sulfatos pode ser

diagnosticada por técnicas de petrografia, difração de raios X e microanálises em

MEV e EDS.

Na prática pode-se identificar um concreto atacado por sulfatos ou cloretos por

alterações de coloração, fissurações e, em casos extremos, desagregação da

massa do concreto (CÁNOVAS, 1988).

Brucita

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

1.3.4 Ataque interno por sulfatos (etringita secundária)

O ataque interno por sulfatos ocorre da mesma forma que a reação deletéria

apresentada no item 1.3.3, havendo a formação de etringita “secundária”,

ocasionada por íons sulfatos originários do próprio concreto (interno) ao invés de

fontes externas.

O termo etringita secundária ou tardia está associado à formação de sulfatos

internos à pasta de concreto endurecido em longas idades, enquanto que a primária

refere-se a sua formação nas primeiras idades do concreto onde se iniciam as

reações de hidratação da pasta.

Odler (1997, apud ARMANGE, 2005) usa o termo etringita externa quando o

processo de formação é ocasionado pela migração externa de íons sulfatos ao

concreto, decorrentes do ataque convencional de sulfatos.

Segundo Ramachandran et al. (2002) o ataque interno por sulfatos é comumente

encontrado em concretos curados à vapor em fábricas de pré-moldados. A

formação da etringita, neste caso, é atribuída à transformação de

monosulfoaluminatos em etringita quando a cura a vapor é seguida por uma cura

normal a longas idades.

Os autores ainda afirmam que os cristais de etringita estão usualmente presentes

em fissuras, poros e regiões de interface pasta/agregado, causando expansões e

fissurações no concreto.

Diversos autores citam a formação de etringita secundária em concretos afetados

pela reação álcali-sílica.

Pettifier e Nixon (1980, apud HELMUTH,1993) identificaram ocorrências

simultâneas das reações de sulfatos e RAS em diversas amostras de concreto,

sugerindo que a formação da etringita provoca o aumento do nível de hidroxilas na

solução dos poros do concreto, de forma a inicializar ou facilitar a ocorrência da

RAS.

Poole (2003) cita a formação da etringita secundária em geles da RAS e em regiões

fissuradas de concretos afetados, indicando um nível da reação mais avançada. O

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

autor ainda supõe que o transporte dos íons sulfatos se dá pela água que hidrata o

gel da RAS, proporcionando o desenvolvimento e crescimento dos cristais de

etringita.

Hasparyk (2005) observou em estudos do gel da RAA em testemunhos de

concretos da UHE Furnas, formações etringita secundária nos poros do concreto

em microanálises.

Owsiak (2003) identificou em estudos acelerados em barras de argamassa (ASTM

C-1260) compostas com cimentos diversificados, a formação de etringita em poros

do concreto e regiões fissuradas sem alterações nos níveis de sulfatos da amostra.

A sobreposição dos fenômenos patológicos mostra que o concreto possui

interações químicas ainda obscuras, tornando imprescindíveis pesquisas científicas

em nível químico e microestrutural para um melhor entendimento destas

manifestações.

1.3.5 Reações envolvendo sulfatos e carbonatos

A composição das reações de ataque de sulfatos e carbonatação podem formar um

composto de sulfocarbonato de cálcio e sílica hidratada, chamado de taumasita

(CaSi(OH)

(SO

) (CO

).12H

O).

Segundo Taylor (1992), a estrutura cristalina e a morfologia da taumasita é

semelhante à etringita e sua formação causa enfraquecimento e fissuração no

concreto ou argamassa.

A formação deste composto, ocorre pela decomposição de silicatos hidratados (C-S-

H) em condições de baixa temperatura (4

C) e umidade (FERREIRA, 2000;

RAMACHANDRAN, 2002; TAYLOR, 1992), sendo sua ocorrência no concreto

constatada por análise térmica diferencial (DTA) e análise termogravimétrica (TG)

(RAMACHANDRAN, 2002).

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

1.4 Sintomatologias das reações deletérias do concreto

A sintomatologia refere-se à avaliação das manifestações patológicas a partir dos

sintomas observados em estruturas degradadas. No concreto, os sinais observados

podem indicar as causas decorrentes de fissurações, expansões, fraturas,

mudanças de coloração, eflorescências e desagregações.

É importante lembrar que as causas das manifestações no concreto podem decorrer

de deficiências de projeto, execução, uso, manutenção e falta de estudos

preliminares dos materiais constituintes do concreto de acordo com o ambiente de

exposição da estrutura.

No tocante a patologias relacionadas à RAA, sabe-se que as fissuras são os

sintomas mais comuns aos fenômenos de carbonatação e ao ataque de sulfatos. A

diferenciação pode ser realizada em função do conjunto de distúrbios internos e

superficiais observados no concreto.

Um auxílio para a constatação das patologias em campo é o emprego de agentes

químicos tonificantes. Usualmente se emprega a fenolftaleína (item 1.3.1),

possibilitando um diagnóstico inicial da carbonatação e o kit colorimétrico

(cobaltonitrito e rodamina) que fornece indícios da RAA.

Na Figura 1.19 são apresentados sintomas individuais e comuns entre as patologias:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 1.19: Sintomatologia das reações

O diagnóstico de manifestações patológicas nas inspeções visuais possibilita a

avaliação inicial do concreto, contudo tornam-se necessários ensaios laboratoriais

específicos no concreto para possibilitar um parecer mais preciso do tipo de agente

agressivo envolvido.

Além disso, podem ocorrer reações deletérias simultâneas ou seqüenciais, pois as

estruturas químicas envolvidas nas reações são semelhantes e como os fenômenos

ocorrem em condições de umidade, uma vez instaurado um processo de fissuração,

outros agentes agressivos podem atuar secundariamente.

Na Tabela 1.3 seguem os elementos químicos envolvidos nas reações deletérias

atuantes no concreto e os ensaios usualmente empregados nos diagnósticos

definitivos:

Capítulo 1 - Aspectos gerais da RAA no concreto

Tabela 1.3: Agentes químicos atuantes e sintomatologia em análises laboratoriais.

Patologia RAS Carbonatação

Lixiviação

Ataq. sulfatos

ASPECTOS QUIMICOS RELEVANTES

Agentes

químicos

, K

, Ca

SiO

, K

, Si, Ca

, HCO

, K

, Si, Ca

, SO

Reação

conjunta

A.3CS.H

(etringita secundária)

C-S-H

(silicatos hidratados)

C-S-H e RAA

Produto

formado*

SiONa

[e]

CaCO

[i]

A.3CS.H

CaSO

.2H

[e]

pH Inalterado < 9,0

~10,5

(formação de gipsita)

Origem dos

reagentes

Água+Materiais

constituintes

Ar (CO

)+Produtos hidratados

do concreto

Água+Solos+Materiais

constituintes

Ambiente

favorável

Úmido

Umidade (50%

a 75%)

Úmido Úmido

Interação

Agregado/

Cimento/Ambiente

Ambiente/

Concreto

Ambiente/

Concreto

Ocorrência

da reação

Poros e interface

pasta/agregado

Poros do concreto

Poros, pasta e

interface

pasta/agregado

ENSAIOS LABORATORIAIS

Visualização

microscópica

Preenchimento dos

poros, bordas de

reação nos agregados

Sem constatação nos poros

do concreto (carbonatação)

Verificação da

presença de etringita

Petrografia

Minerais

reativos/Poros do

concreto/fissurações

em pasta e

argamassa

n/c

Verificação da

presença de etringita

DRX

Verificação de

compostos cristalinos

presentes no gel.

Confirmação da presença de

carbonatos de cálcio

(cristalino)

Verificação de

presença de etringita

e gipsita

MEV/EDS

Confirmação

morfológica e química

do gel e outras

estruturas nos poros e

interface do concreto

Confirmação morfológica e

química de carbonatos nos

poros do concreto

Confirmação

morfológica e química

da etringita ou gipsita.

*Condição: expansivo[e] e indiferente [i]

n/c: não consta registro bibliográfico sobre o assunto

Capítulo

Os métodos laboratoriais de caracterização da RAA possibilitam verificar a presença

da reação no concreto e a potencialidade reativa do agregado. Na prática, pode-se

verificar a presença da reação numa estrutura afetada, de maneira imediata por

meio de métodos qualitativos, constituídos por reagentes químicos que formam

colorações características nas regiões afetadas do concreto. Neste capítulo são

abordados estes métodos, em especial o método da mancha (geoquímico),

destacando-se os princípios e benefícios que propiciaram a sua escolha no

desenvolvimento deste trabalho.

2.1 Método do acetato de uranila ou método Cornell

O método do acetato de uranila, desenvolvido por Natesaiyer e Hover em 1988 e

normalizado pela ASTM C-856, foi uma importante contribuição prática para a

identificação da RAA in situ, possibilitando um diagnóstico imediato da reação em

estruturas afetadas.

O princípio do método baseia-se na identificação do xerogel da RAA pelo íon uranila,

que em função de sua propriedade de fluorescência na presença de luz ultravioleta,

forma colorações amarelo-esverdeadas nas regiões afetadas do concreto.Segundo

Natesaiyer e Hover (1989) os íons uranila (UO

) substituem previamente os íons

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

, K

e Ca

existentes na composição do xerogel, proporcionado fases reluzentes

em grandes áreas superficiais, geradas por numerosas adsorções

locais.

Os autores ainda afirmam que os produtos da RAA são exclusivamente identificados

pelos íons uranila adsorvidos, não sendo observadas fluorescências das fases de

hidratação do cimento.

Natesaiyer e Hover (1988) citam 3 fatores preponderantes que favorecem o uso da

uranila: troca na adsorção com produtos da RAA, sorpção

rápida do íon (5 min) e

suas propriedades de fluorescência.

Na prática, o método utiliza o acetato de uranila [UO

)

] na superfície do

concreto afetado, que adsorve a uranila para troca negativa com o xerogel. A

visualização nas regiões do concreto afetadas pela RAA sob a luz ultravioleta é

apresentada na Figura 2.1.

Figura 2.1: Amostra submetida ao tratamento com acetato de uranila

Fonte: Powers (1999).

Powers (1999) cita as dificuldades de interpretação visual de amostras impregnadas

com acetato de uranila, pois a coloração característica da RAS também pode ser

observada em regiões carbonatadas e em depósitos secundários de etringita.

Adsorção é a adesão de moléculas de um fluido a uma superfície sólida. Neste caso, por ação química

(quimissorção) as moléculas unem-se por ligações covalentes, acomodando-se em sítios que propiciem o maior

numero de coordenação possível com o substrato.

Sorpção é o fenômeno de absorção e adsorção em líquidos (PHILLIPS, 1993 apud HEN, 2001)

Capítulo 2 - Método qualitativo para avaliação da RAA em campo

A autora ainda cita a necessidade de conhecimento e experiência visual do operador

neste método, sendo necessárias análises petrográficas e exames físico-químicos

complementares para identificar a RAA.

Outro fator a ser considerado refere-se aos perigos causados pela radiação do

composto de uranila. Segundo dados da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo-

CETESB (2009), o acetato de uranila não apresenta perigo por irradiação direta,

sendo sua periculosidade provocada a curto e longo prazo em casos de contato

direto, respiração e ingestão.

Guthrie e Carey (1997) também citam as dificuldades deste método quanto aos

problemas causados pela exposição do operador com soluções contendo urânio

radioativo e a necessidade de destinação do resíduo formado.

2.2 Método do sulfato de cupramônio

O método do sulfato de cupramônio, desenvolvido por Poole, MacLachlan e Ellis

(1987), é uma técnica colorimétrica que avalia a reatividade de agregados e

concretos pela identificação visual de colorações azuladas nas regiões que possuam

formações do gel da RAA.

Estes pesquisadores realizaram estudos laboratoriais em agregados contendo

minerais de chert e opala, produzindo um gel em laboratório, a partir da aplicação de

compostos de sulfato de cupramônio e ácido clorídrico em agregados moídos, e

estimando o volume de gel presente nas amostras em função da intensidade de cor

azul absorvida por um espectrofotômetro.

A reação química do sulfato de cupramônio em amostras de agregado e concreto

ocorre em condições específicas de ensaio, sendo que o composto participa como

um componente alcalino da RAA, incorporando os íons cobre no gel da reação

(POOLE; MACLACHLAN; ELLIS, 1987). A formação da cor azul no gel ocorre pela

aplicação secundária da amônia nas amostras, ocasionando na recomposição do

sulfato de cupramônio (equação 17):

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

CuSO

+ 4NH

+ H

→

Cu(NH

)

(azul)

(17)

Na prática, este método não proporciona uma coloração distinta das regiões

afetadas pela RAA, tornando difícil o diagnóstico da reação no concreto (BENNETT,

2004; POOLE, 1992).

Poucas são as bibliografias que citam a aplicação desta metodologia na avaliação

da RAA, sendo claramente apresentada como uma técnica laboratorial que estima o

grau de reatividade do agregado.

2.3 Método colorimétrico ou método da mancha

2.3.1 Método colorimétrico de identificação de certos minerais em

rochas

O método colorimétrico aplicado na identificação da RAA em amostras de concreto

teve seu embasamento na técnica desenvolvida por Gabriel e Cox (1929), a qual

quantificava os feldspatos potássicos em rochas pela aplicação de uma solução

saturada de cobaltonitrito de sódio [NaCo(NO

)

] em amostras moídas de agregados

condicionados em lâminas de contagem microscópica.

Nesta metodologia, os feldspatos de potássio eram distinguidos pela formação do

precipitado amarelado, enquanto os demais minerais apresentavam-se incolores

(quartzo), brancos (plagioclásios ou micas - biotitas) ou pretos (micas - muscovitas),

quando observados na luz transmitida via microscopia ótica.

Esta técnica foi mais tarde aprimorada por Bailey e Stevens (1960) com a adição de

reagentes químicos de cloreto de bário e rodizonato de potássio, que formavam o

rodizonato de bário nos plagioclásios, identificando-os pela cor avermelhada e,

distinguindo as regiões com feldspatos de potássio de cor amarela.

Lanis, Stevens e Normam (1964, apud MCMOONIGLE,2007) propuseram como

segundo reagente o composto de Amarante [C

], tendo em vista a

melhor distinção dos plagioclásios nas amostras de agregado, sendo atualmente

Capítulo 2 - Método qualitativo para avaliação da RAA em campo

uma das técnicas usualmente empregadas no estudo dos feldspatos de potássio. Na

Figura 2.2 é ilustrada a ação dos agentes tonificantes em uma amostra.

(a) (b)

Figura 2.2: Determinação de potássio da rocha de granodiorito.

a) rocha natural, b) Detecção do feldspato de potássio (amarelo) e plagioclásio (vermelho)

Fonte: McMonigle (2007).

Diversos pesquisadores (BAILEY; STEVENS, 1960; GABRIEL; COX, 1929;

MCMONIGLE, 2007) citam a necessidade do uso do ácido fluorídrico no processo

de preparação das amostras de maneira a tornar a superfície susceptível aos

reagentes.

Segundo McMonigle (2007), a molécula de HF ataca o Si-O, quebrando-a em O-H e

Si-F, e liberando os íons de cálcio (plagioclásio) e potássio (k-feldspatos). A camada

de silicato estruturada é quebrada (primeiro plano), havendo outras camadas do

mineral.

É importante lembrar que o processo de coloração pelo cobaltonitrito de sódio,

ocorre pela interação do potássio exposto com o Co(NO

)

, cujo produto formado é

um precipitado amarelado de cobaltonitrito de potássio. O processo químico de

formação do composto será descrito detalhadamente no item 2.3.2.1.

No caso de outros regentes como o amarante, quimicamente designado como um

álcool, ocorre a perda de hidrogênio do composto, tornando-se uma cetona, cujos

elétrons conjuntos com o átomo de nitrogênio interagem com o cálcio dos minerais

da classe plagioclase. Desde que o íon de cálcio esteja embebido com a cadeia de

silicato, a molécula de amarante forma um precipitado vermelho na face do mineral

plagioclásio.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

2.3.2 Método colorimétrico de identificação da RAS

Uma das técnicas de identificação rápida da reação álcali-sílica é conhecida como

método da mancha, colorimétrico ou geoquímico, comumente empregado em

ensaios de campo ou laboratoriais, uma vez que possibilita uma constatação visual

da reação.

Figura 2.3: Teste colorimétrico em concreto afetado pela RAA, seqüência de impregnação:

1) Solução Na-cobaltonitrito, 2) Solução rodamina B base e 3) Constatação da RAA

Fonte: Acervo Companhia Energética de São Paulo- CESP (2005).

Desenvolvido pelos pesquisadores Guthrie e Carey em 1996, este método baseia-se

na identificação de potássio e cálcio associados ao xerogel da RAS, empregando-se

reagentes químicos tonificantes que identificam regiões afetadas do concreto com

colorações amarelada e rósea, respectivamente.

O termo geoquímico também designado ao método enfatiza o conceito de que o

mesmo baseia-se nas características geoquímicas do xerogel, variável em função

das propriedades dos agregados constituintes do concreto: tipos de átomos

presentes (composição química) e arranjo atômico estrutural.

Capítulo 2 - Método qualitativo para avaliação da RAA em campo

Estudos de Guthrie e Carey (1997), em amostras de concreto do Novo México

afetadas pela RAA, indicaram o potássio como cátion alcalino dominante nas

microanálises por EDS do xerogel. Em contrapartida, o silicato de cálcio hidratado

produzido nas fases de hidratação do cimento não continha quantidade considerável

de potássio. A presença do cálcio também foi comumente notada em análises do

xerogel da RAS e C-S-H.

O mecanismo químico de identificação dos reagentes químicos empregados, seu

comportamento em regiões afetadas pela RAA e a forma de identificação visual da

reação no concreto são imprescindíveis para o entendimento deste método, sendo

sucintamente detalhado nos itens a seguir.

2.3.2.1 Reagente 1: cobaltonitrito de sódio

Assim como citado no item 2.3.1, a origem do uso do cobaltonitrito de sódio como

reagente colorimétrico advém da ciência geológica de identificação de potássio em

rochas feldspáticas.

Este composto é comumente conhecido em análises químicas para determinação do

potássio contido em soluções, sendo a identificação decorrente da formação de um

precipitado amarelo no gel da RAA.

Na reação química do reagente no concreto ocorre a interação do mesmo com íons

potássio presentes no gel da RAA, resultando na formação cobaltonitrito de potássio

(precipitado amarelo). O equacionamento químico é mostrado nas equações 18 e

19:

[Co(NO

)

] + 3K

→

[Co(NO

)

]

↓

+ 3Na

(18)

[Co(NO

)

] + 2K

→

Na[Co(NO

)

]

↓

+ 2 Na

(19)

A composição do precipitado pode variar entre K

Na[Co(NO

)

] e K

[Co(NO

)

dependendo da concentração dos íons sódio na amostra e da temperatura no caso

do estudo de soluções.

Segundo Vogel (1981), em alguns casos podem ocorrer o aparecimento de

diferentes colorações em soluções com reagentes de cobalto. Um destes casos

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

ocorre quando a dissociação do cobalto em solução é impedida, tornando-se

gradualmente azul. Um segundo tipo de comportamento é a formação da coloração

rósea, decorrente do excesso de álcalis em solução e a última é a formação da cor

marrom-escura decorrente da interação de Co(OH)

com o ar.

As reações químicas envolvidas são mostradas nas equações 20, 21 e 22:

+ OH

+ NO

→

Co(OH)NO

↓

(azul)

(20)

Co(OH) NO

+ OH

→

Co(OH)

↓

(rosa)

+ NO

(21)

4 Co(OH)

↓

+ O

+ H

→

4 Co(OH)

↓

(marrom escuro)

(22)

No concreto afetado pela RAA este reagente identifica a melhor perspectiva de

visualização do gel da reação rico em potássio, sendo o precipitado amarelado

localizado ao redor dos agregados e nos vazios na massa de concreto.

Estudos realizados por Guthrie e Carey (1997) mostraram em concretos afetados

pela reação, a notória impregnação do reagente resultando colorações amareladas

em regiões com o xerogel da reação. As análises petrográficas identificaram regiões

impregnadas, associadas aos agregados reativos, fraturas e poros contendo

xerogel. Notou-se também a alteração da cor característica do gel nos poros,

passando de branco/translúcido à amarelo.

Estes pesquisadores ainda realizaram microanálises por MEV/EDS no xerogel da

RAA impregnado com o reagente tonificante, confirmando a presença de potássio

suficiente para causar a fixação do cobalto. Apresenta-se na Figura 2.4 a

microanálise por EDS do gel, indicando a predominância de sílica, potássio e cálcio,

e em menor quantidade, cobalto (reagente), alumínio e sódio.

Figura 2.4: Análise por EDS do gel impregnado com cobaltonitrito de sódio

Fonte: Guthrie e Carey (1997).

Capítulo 2 - Método qualitativo para avaliação da RAA em campo

Outra observação importante foi a possível correlação entre a extensão da reação

no concreto e a quantidade da coloração amarelada, proporcionando rapidez na

estimativa da extensão da RAA. A severidade da reação se torna evidente na

quantidade de grãos reativos afetados, no desenvolvimento da reação em um grão

isolado (profundidade de penetração da coloração), pelo número de poros

preenchidos e pela penetração da cor na matriz da pasta (GUTHRIE; CAREY,1997).

Em estudos subseqüentes de Guthrie e Carey (1999), foram realizadas algumas

considerações à pasta de cimento, sendo identificado baixas concentrações de

potássio, ocasionando presença irrisória do produto amarelado nestas regiões

(Figura 2.5a). Contudo, a distribuição do precipitado amarelo no concreto foi

evidente nas bordas e internamente aos agregados (Figura 2.5b).

Os autores ainda sugerem, em alguns casos, a associação das frentes de

progressão da reação em regiões distintas do agregado.

(a) (b)

Figura 2.5: Coloração cobaltonitrito de sódio no concreto afetado pela RAA.

a) Argamassa e b) Bordas de reação no agregado

Fonte: Guthrie e Carey (1999).

É importante lembrar que os falsos positivos são incomuns nesta técnica, pois

apenas materiais que podem realizar trocas catiônicas com o potássio é que se

tornam amarelados. A ação do reagente nas rochas comumente formadas por

minerais como feldspatos, micas e ilitas permanece negativa (sem coloração),

contudo em minerais pouco comuns, como a smectita e zeolitas ricas em potássio, o

comportamento pode ser positivo.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Ainda não se tem registro de critérios de avaliação do comportamento de coloração

do cobaltonitrito de sódio com o grau de degradação em estruturas de concreto.

Contudo, Powers (1999) cita a inviabilidade da adoção de critérios de degradação no

método da mancha, visto que supostamente o gel da RAA poderia migrar da área

que foi produzido e concentrar-se em superfícies ou fraturas do concreto e assim a

superfície tonalizada pode ser exagerada, afetando na avaliação da deteriorização

da amostra.

2.3.2.2 Reagente 2: rodamina B base

A superfície do concreto tratada com o reagente 1 possibilita uma identificação inicial

do gel da reação, sendo contudo necessário empregar um segundo reagente para

facilitar a distinção das regiões de interesse a serem observadas.

O segundo reagente empregado no concreto é um corante - rodamina B base, cuja

interação química ocorre com as porções ricas em cálcio presentes no gel e, em

alguns compostos existentes na pasta do concreto, tonificando-as com a coloração

rósea.

O aspecto visual obtido com este reagente gera um alto contraste na amostra já

impregnada com o reagente 1, possibilitando uma melhor avaliação visual das

regiões de interesse, anteriormente identificadas (Figura 2.6a). Outras regiões que

possuem Ca

também podem ser identificadas com a cor rosa, conforme observado

na Figura 2.6b.

Capítulo 2 - Método qualitativo para avaliação da RAA em campo

(a) (b)

Figura 2.6: Coloração rósea da rodamina B base no concreto afetado pela RAA

a) Distinção de regiões com reação, b) Coloração em regiões não afetadas pela reação.

Fonte: Guthrie e Carey (1999).

Estudos realizados por Guthrie e Carey (1999), com componentes rodaminícos em

amostras deterioradas de concreto, resultaram na escolha da rodamina B base

como reagente ideal. Os compostos avaliados foram a rodamina 6G, B e B base,

indicando a rodamina B base como reagente de identificação menos agressivo que a

rodamina 6G e B, impregnando as regiões deterioradas e permitindo uma melhor

distinção da RAA no concreto.

Estes autores ainda afirmaram que todos os compostos rodamínicos impregnam

regiões do concreto não afetados pela reação (Figura 2.6b), sendo que em alguns

casos o concreto pode não conter a reação, porém apresentaria alguns sinais de

deterioração suscetíveis aos compostos rodamínicos. Nestes casos, a coloração

estaria associada com regiões de carbonatação, zonas generalizadas da pasta

degradada e regiões semipermeáveis.

Estudos realizados por Guthrie e Carey (1999) permitiram verificar a presença do

Reagente 2 em amostras de concreto afetadas pela RAA, identificando em regiões

impregnadas teores de cálcio e sílica preponderantes e menores porções de

potássio e sódio (Figura 2.7).

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 2.7: Análise por EDS do gel impregnado com rodamina B base

Fonte: Guthrie e Carey (1997).

Nestes estudos pode-se constatar, com base em observações petrográficas, que o

gel róseo testado com os reagentes colorimétricos foi derivado da impregnação

conjunta dos dois produtos químicos. Além disso, concluiu-se que a coloração rósea

teria sido formada diretamente do gel rico em álcalis, na lixiviação dos álcalis na

pasta, pela reação com a pasta de cimento ou por outros componentes químicos

presentes nas fissuras (possivelmente o CO

2.4 Comparativo: método da mancha e demais métodos

colorimétricos

O método da mancha apresenta diversas facilidades em relação aos métodos de

acetato de uranila e sulfato de cupramônio, a destacar:

 Possui melhor distinção do xerogel em relação às demais metodologias, tanto

a olho nu quanto em análises por microscopia (petrografia);

 Apresenta maior potencial de aplicação em campo, em relação ao método de

sulfato de cupramônio;

 Permite melhor identificação dos produtos da reação, da litologia do agregado

e a morfologia do concreto, diferentemente do íon uranila, que requer luz UV e

Capítulo 2 - Método qualitativo para avaliação da RAA em campo

completa escuridão para visualização das cores identificadas, no método da

mancha

 Torna desnecessário o uso de materiais radioativos (urânio); e

 Pode ser aplicado diretamente em estruturas afetadas, possibilitando um

diagnóstico local da presença da RAA.

Apresenta-se na Tabela 2.1 um resumo dos métodos colorimétricos abordados e os

diferentes diagnósticos de coloração.

Tabela 2.1: Métodos colorimétricos de identificação da RAA.

Método

colorimétrico

Preparo da

amostra

Resumo do

ensaio

Análise

visual

Acetato de Uranila

(Cornell)

Lâminas finas,

moída,fratura ou

quebra

superficial

15min imerso em 10% acetato

de uranila 1,5% ácido acético,

lavar em água.

Luz UV à 240nm - cor

amarelo-esverdeado

fluorescente (gel da RAA)

Sulfato de

Cupramônio

Lâminas finas,

moída ou

fraturada

72h de absorção em 4M de

sulfato de cupramônio, lavar

em água.

Gel exsudado em poros e

fissuras torna-se azul.

Mancha ou

Geoquímico

Fraturada ou

quebra

superficial

1min solução saturada de

Na-cobaltonitrito, lavagem

água, aplicar rodamina B

base(1min), lavar em água

Cor amarela clara no xerogel

alcalino da RAA; cor rosa da

rodamina no xerogel rico em

cálcio e regiões da pasta.

Capítulo

O programa experimental abordou a caracterização do xerogel presente nos

testemunhos de concreto afetados pela reação álcali-agregado, a caracterização

físico-quimica dos agregados, os ensaios de reatividade potencial, as análises por

microscopia ótica, petrográfica, microanálises por MEV/EDS em argamassas e

concretos e os testes qualitativos pelo método da mancha nos materiais estudados.

3.1 Ensaios de avaliação da RAA

Os ensaios realizados neste trabalho atenderam a seqüência e abrangência

mostradas no fluxograma da Figura 3.1:

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Figura 3.1: Esquema dos ensaios desenvolvidos na pesquisa.

Nos itens a seguir seguem apresentados os procedimentos específicos empregados

em cada etapa do trabalho.

3.2 Análise do xerogel da RAA em testemunhos extraídos

O estudo em testemunhos de concreto afetados pela RAA teve por objetivo

identificar zonas de interface e poros preenchidos com material esbranquiçado,

conhecido como “gel” da reação. Na Tabela 3.1, seguem apresentados os materiais

analisados:

Tabela 3.1: Materiais estudados

Granito

T1.1 Jacareí-SP Material exsudado

T1.2 Paulo Afonso-BA

Testemunhos

extraídos

Basalto T2 Guadalupe-PI

Seixo T3 Petrolândia-PE

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

A amostra T1.1, diferente das demais amostras, se refere a um material

esbranquiçado coletado na superfície do concreto da saída da Tomada D’Água da

UHE Jaguari-SP (Figura 3.2).

(a) (b)

Figura 3.2: UHE Jaguari - SP. a) Material branco na superfície do concreto, b) Local

de coleta do material – saída da Tomada D` Água.

Os testemunhos extraídos de concreto foram inicialmente acondicionados em

câmara úmida, de forma a ativar a estrutura já formada do xerogel da RAA existente

nas misturas.

No processo de separação do suposto xerogel formado, foram realizadas quebras

dos testemunhos em fragmentos menores por meio de equipamento de compressão

(ruptura diametral) e martelete. Na etapa seguinte, o xerogel, presente nos poros do

concreto, foi extraído com uma espátula metálica e separado numa cápsula de vidro.

A amostra do xerogel coletado possuía contaminação com fragmentos de agregados

e pasta do concreto. Sendo assim, realizou-se uma triagem da amostra com pinça

metálica no microscópio estereoscópico na ampliação de 12x - garantindo uma

melhor confiabilidade nas análises a serem realizadas.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Figura 3.3: Fragmento com

poros preenchidos

Figura 3.4: Triagem

inicial da amostra.

Figura 3.5: Preparação da

amostra em microscópio.

O xerogel coletado de cada testemunho foi submetido à análise físico-química e a

observação em microscópio estereoscópico, conforme apresentado na Figura 3.6.

Figura 3.6: Análises realizadas nos xerogéis da RAA

As análises químicas dos xerogéis constaram de análises por absorção atômica

(AA), análises gravimétricas e microanálise por EDS. No ensaio de perda ao fogo

destes materiais, foi realizado um pré-aquecimento das amostras na temperatura de

100

C por 30 min, de maneira a evitar possíveis discrepâncias no desenvolvimento

deste ensaio.

Nos testemunhos de concreto afetado também foram realizadas análises por AA na

argamassa e no agregado constituinte. No primeiro efetuou-se a determinação do

teor de álcalis solúveis e totais e, no segundo realizou-se a análise química de

alguns constituintes, além da caracterização por DRX. Nestas análises, tomou-se o

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

cuidado de separar o agregado da argamassa, de maneira a analisá-los

separadamente e facilitar a interpretação dos resultados.

3.3 Ensaios de reatividade potencial em agregados

3.3.1 Agregados

Foram utilizados 5 agregados graúdos de diferentes procedências e formações

litológicas e o agregado miúdo padrão IPT. Apresenta-se na Tabela 3.2 a descrição

dos materiais estudados.

Tabela 3.2: Relação dos agregados utilizados na pesquisa.

Granito

G2 Pimenta Bueno - RO

Agregado

Graúdo

G3 São Paulo- SP

Basalto

B1 Andradina - SP

B2 Caçu - GO

Seixo S1 Rio Paraná - SP

Areia M2 Rio Tietê – SP

Padrão IPT

Agregado miúdo

3.3.2 Aglomerante

O material cimentício empregado nos ensaios foi o cimento padrão ABCP, o qual

possuía características físico-quimicas condizente com os parâmetros prescritos na

NBR 15577-4 (ABNT, 2008).

Capítulo 3 - Programa de ensaios

3.3.3 Ensaios de caracterização físico-química

Os ensaios realizados buscaram avaliar as características físico-químicas dos

materiais e mineralógicas dos agregados, sendo apresentados resumidamente na

Figura 3.7:

AGREGADOS

Basalto/Granito/Seixo

Caracterização física: Granulometria, Absorção, Massa específica, Massa

unitária compactada seca e Materiais pulverulentos

Caracterização química AA: Na

O, K

O, Fe

e MgO

Gravimetria: SiO

, CaO e Al

Caracterização mineralógica por DRX

Análise petrográfica

Areia Padrão IPT

Caracterização física: Absorção e Massa específica

Caracterização mineralógica por DRX

AGLOMERANTE

Cimento Padrão ABCP

Caracterização química: Na

O, K

O, Álcalis solúveis e total.

Caracterização física: Finura blaine, Auto-clave e Massa específica.

Figura 3.7: Resumo dos ensaios realizados com os materiais.

A caracterização físico-química do agregado permitiu estimar a parcela existente de

cada componente que participa da reação e identificar os minerais que viessem a

ser identificados no teste da mancha, de forma a se evitar falsos positivos.

Os ensaios no material cimentício foram realizados na ABCP – Associação Brasileira

de Cimento Portland, fornecedora do cimento padrão para os ensaios, sendo

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

abordados alguns ensaios convencionais de caracterização físico-química:

superfície específica e auto-clave

, cujas interferências afetam notadamente a

análise das expansões (SALLES et al., 2007).

Os demais ensaios físico-químicos foram desenvolvidos no LCEC - Laboratório

CESP de Engenharia Civil, de acordo com os padrões normativos vigentes. As

análises com DRX foram realizadas com auxílio do grupo de polímeros do

Departamento de Física e Química (DFQ) da UNESP em Ilha Solteira-SP.

3.3.3.1 Ensaio de Difração de raios X (DRX)

A análise de difratometria por raios X objetivou a identificação das fases cristalinas

dos constituintes dos materiais, tais como componentes minerais dos agregados e a

composição dos xerogéis extraídos do interior dos concretos.

As análises de DRX foram realizadas no DFQ-UNESP Ilha Solteira-SP, utilizando o

difratômetro de raios X SHIMADZU, modelo XRD 6000 com radiação Cu Kα.

As amostras foram preparadas em almofariz cerâmico (agregados) e de ágata

(xerogel), separadas em frascos, identificadas e posteriormente acondicionadas no

amostrador do equipamento pela pressão manual com uma espátula.

No difratômetro de raios-X foi utilizado o intervalo de varredura de 5 a 75 graus, com

passo de 0,02 graus e velocidade de 1

/min.

Na análise por difração foi possível determinar os compostos existentes nas

amostras, pela interpretação dos diagramas de difração, também chamados de

difratogramas – construídos a partir dos dados de intensidade x ângulo de difração.

O tratamento dos difratogramas foi realizado pelo software Crystallographica

Search-Match, comparando-se as fichas cristalográficas conhecidas com as das

amostras em estudo, facilitando a identificação dos compostos, visto o grande

número de fases cristalinas presentes nas amostras.

A ilustração dos procedimentos adotados segue apresentada nas Figuras 3.8 a 3.11:

O ensaio de auto-clave determina a expansão do cimento causada pela hidratação de CaO ou MgO ou ambos.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Figura 3.8: Preparo inicial da amostra em

almofariz de ágata.

Figura 3.9: Amostras para ensaio.

Figura 3.10: Porta amostra, lamínula, base

de vidro e espátula utilizados.

Figura 3.11: Ensaio em andamento –

detalhe do equipamento de difração.

3.3.4 Análise petrográfica de agregados naturais NBR 15577-3

A análise petrográfica dos agregados foi realizada na ABCP, seguindo as

prescrições normativas da NBR 15577-3 e efetuando-se a visualização das

amostras por técnicas microscópicas para se determinar as características

mineralógicas dos agregados.

O diagnóstico do agregado quanto a sua reatividade também foi feito em função da

presença de minerais reativos e a avaliação do ângulo de extinção ondulante

identificado no quartzo tensionado via microscopia de luz polarizada, de acordo com

o procedimento descrito por Mantuani (1983 apud WEST 1996, p. 29-32). Na Figura

3.12 segue esquematizada a determinação do ângulo de extinção ondulante em

microscópio petrográfico.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

(a) (b)

Figura 3.12: Análise petrográfica. a) Detalhe do microscópio petrográfico – objetivas (1) e

mesa giratória (2); b) Determinação do ângulo de extinção ondulante (undulatory extinction -

UE) na mesa giratória (MANTUANI, 1981 apud POOLE, 1992, p. 12).

3.3.5 Ensaios de expansão em barras de argamassa (NBR 15577-4)

O ensaio acelerado em barras de argamassa foi realizado para a determinação da

propensão dos agregados estudados à reação álcali-agregado.

Os agregados foram inicialmente preparados por meio da britagem em britador de

facas, seguindo da separação nas faixas granulométricas (Tabela 3.3), lavagem e

secagem em estufa por 24 ± 2h.

Tabela 3.3: Quantidade de agregado empregado no ensaio NBR 15577-4.

Abertura das peneiras

NM 248 (ABNT, 2003)

Quantidade de material

# Passante # Retido Perc. (%)

Indiv. (g)

Acum. (g)

4,75 mm 2,36 mm 10 99,0 99,0

2,36 mm 1,18 mm 25 247,5 346,5

1,18 mm

600 µm

25 247,5 594,0

600 µm 300 µm

25 247,5 841,5

300 µm 150 µm

15 148,5 990,0

Na mistura das argamassas foi utilizado o cimento padrão ABCP, fixando-se a

relação água/cimento em 0,47 e proporção de 1:2,25 (cimento:agregado), sendo

moldadas três barras prismáticas de dimensão 25x25x283mm³.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

No instante de moldagem foram controladas as condições do ambiente (umidade e

temperatura) por meio de um relógio termo-higrômetro.

Após 24 ± 2h de cura nos moldes, efetuou-se o acondicionamento das barras em

recipiente com água destilada, mantendo-se na temperatura de 80

C durante 24±2h.

Seqüencialmente, realizou-se a primeira medição das barras (Figura 3.16), sendo as

mesmas posteriormente transferidas para um banho térmico de NaOH 1N a 80

Figura 3.13: Equipamento de

leitura de expansões.

Figura 3.14: Banho térmico NaOH 1N

controlado à 80

Figura 3.15: Instante de retirada da

barra do banho térmico

Figura 3.16: Leituras de expansão

A retirada e retorno de cada barra do banho térmico para leitura foi realizado num

período de tempo inferior a 1 min. A freqüência das leituras das barras e o período

total do ensaio seguem esquematizados na Figura 3.17:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 3.17: Ensaio de reatividade em barras de argamassa – NBR 15577-4

Fonte: Rilem (2008). Adaptado.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Para os agregados G3, B1 e S1 foi moldada uma barra adicional segmentada em 5

partes e cujas análises objetivaram avaliar o desenvolvimento dos produtos da

reação (xerogel) em zonas de interface pasta/agregado e poros das barras de

argamassa, ao longo do período de leitura.

Figura 3.18: Detalhe da moldagem –

fôrma com haste guia de inox

Figura 3.19: Separadores utilizados

para segmentar as barras

A barra adicional passou pela mesma condição de ensaio das demais barras, sendo

cada segmento retirado do banho em idades estabelecidas pelo comportamento

expansivo do ensaio.

3.3.6 Reatividade potencial em prismas de concreto (NBR 15577-6)

Este método de ensaio prescreve a avaliação da potencialidade reativa de

agregados a partir de leituras de expansão em prismas de concreto, simulando a

condição da RAA na mistura do concreto em ambiente de elevada umidade e

temperatura para aceleração das reações.

Nos ensaios de reatividade do agregado em prismas de concreto foram realizados

estudos em duas temperaturas - 38

C (normalizada) e 58

C (estabelecido),

com todos os materiais em estudo.

Os agregados empregados no concreto constituíam-se da areia média composta M2

(MF

2,7±0,2) não reativa (NBR 15577-4) e os agregados graúdos propostos (item

3.2.1). Mostra-se na Tabela 3.4 a granulometria destes agregados, os quais foram

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

empregados no estado seco, sendo os agregados graúdos inicialmente britados,

classificados em peneiras, lavados e secos em estufa..

Tabela 3.4: Quantidade de material utilizado nos ensaios.

Agregado

Abertura das peneiras

Quantidade de

material

# Passante

# Retido Perc. (%)

Graúdo

19,0 mm 12,5 mm 33

12,5 mm 9,5 mm 33

9,5 mm 4,75 mm 33

Miúdo

2,36 mm 1,18 mm 35

1,18 mm

600 µm

600 µm 300 µm

300 µm 150 µm

Na confecção do concreto foi adicionado NaOH na água de constituição, dosado a

partir da análise do equivalente em Na

O do cimento, de maneira a atingir um teor

na mistura de 1,25% de NaOH.

Seguindo as especificações normativas, foi fixado o consumo de cimento em 420

kg/m³, volume de agregado graúdo seco em 0,7±0,2 m³/m³ de concreto e relação

água/cimento (a/c) de 0,45.

No estado fresco foram determinados os parâmetros de trabalhabilidade (NBR NM

67/98), incorporação de ar e massa específica da mistura (NBR 9833/08),

prosseguindo-se a moldagem de seis corpos-de-prova de dimensão 75x75x283 mm³

e cura em ambiente laboratorial.

No instante da moldagem também foram controladas as condições de umidade e

temperatura do ambiente por meio de um relógio termo-higrômetro.

Após a cura por 23,5±0,5 h foi efetuada a remoção dos moldes e a leitura inicial do

comprimento das barras, sendo cada jogo de três barras posteriormente inserido em

recipientes hermeticamente selados (Figura 3.20), tendo no mesmo uma lâmina de

água de fundo (20 ± 5 mm).

Estes recipientes foram armazenados em estufas térmicas com temperaturas

controladas de 38

C e 58

Na idade de leitura os recipientes foram retirados das estufas e colocados em

ambiente com temperatura controlada de 23 ±

C, por um período de 18±2h.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Assim, foram realizadas as leituras de expansão e as pesagens dos prismas de

concreto, sendo posteriormente recolocados nas estufas.

Figura 3.20: Recipiente utilizado no

ensaio NBR 15577-6

Figura 3.21: Equipamento de

leitura de expansões.

Figura 3.22: Instante de colocação da

barra no banho térmico a 38

Figura 3.23: Leituras de

expansão

A freqüência das leituras dos prismas de concreto e o período total do ensaio

seguem esquematizados nas Figuras 3.24 e 3.25:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 3.24: Ensaio de reatividade em prismas de concreto (38

C) – NBR 15577-6

Fonte: Rilem (2008). Adaptado.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Figura 3.25: Ensaio de reatividade em prismas de concreto (58

C) – estabelecido

Fonte: Rilem (2008). Adaptado.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

3.4 Ensaios de análise qualitativa e micro estrutural

3.4.1 Ensaio de contraste químico – Método da mancha

O teste da mancha foi realizado com o intuito de avaliar qualitativamente a

ocorrência da RAA em testemunhos extraídos e amostras aceleradas (argamassa e

concreto), identificando no concreto as regiões com produtos da reação: frentes de

reação na interface pasta/agregado e poros preenchidos.

O kit de identificação da RAA utilizado nos ensaios foi composto por duas soluções a

base de cobaltonitrito e rodamina B base e conservantes químicos específicos.

Estas soluções foram submetidas a uma série de testes laboratoriais em concretos

com RAA que confirmaram seu desempenho de identificação da reação.

Nos testes colorimétricos, também foi empregado o indicador de fenolftaleína,

utilizado para avaliar a alteração do pH– característico da reação de carbonatação

no concreto.

A seqüência de impregnação que foi adotada para os reagentes de forma a melhor

diagnosticar a reação, sendo apresentada na Figura 3.26:

Figura 3.26: Seqüência de aplicação do kit colorimétrico.

Nos itens a seguir são apresentados os métodos de impregnação adotados nas

amostras estudadas.

Capítulo 3 - Programa de ensaios

3.4.1.1 Agregados

Os agregados graúdos constituintes dos testemunhos de concreto foram separados

do mesmo por meio da quebra por martelete. Estes, conjuntamente com os

agregados da pesquisa foram submetidos ao teste colorimétrico com o cobaltonitrito

de sódio, visto a necessidade de verificação da impregnação destes materiais pelo

agente amarelado, permitindo a avaliação da ocorrência de falso-positivos no

método. O reagente róseo também foi aplicado nos agregados para avaliação de

comportamento.

3.4.1.2 Xerogéis extraídos

Trataram-se de amostras únicas extraídas dos poros internos dos testemunhos de

concreto e da superfície de estruturas, tendo fundamental importância quanto à

avaliação do kit RAA, uma vez que possuíam características de alcalinidade e

composição química relacionadas à reações patológicas dos concretos.

Os xerogéis foram impregnados com o Kit RAA e avaliados quanto à intensidade de

coloração e nível de acidez/basicidade (pH), além disso, foram realizados testes

com uma solução de ácido clorídrico (15%), verificando o efeito de efervescência

característico de carbonatos.

3.4.1.3 Testemunhos e amostras aceleradas

Os testemunhos de concreto, barras de argamassa e prismas de concreto foram

impregnados com ambos os reagentes do Kit, sendo posteriormente observadas as

regiões de interesse (bordas de reação e poros preenchidos).

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Figura 3.27: Aplicação do Kit Colorimétrico –

LCEC

Figura 3.28: Teste inicial em

amostra de concreto

Os segmentos das barras de argamassa G3, B1 e S1, retirados em diferentes

idades do ensaio acelerado, também foram impregnados com os reagentes do kit,

sendo avaliados quanto à ocorrência de frentes de evolução do “gel” da RAA na

interface pasta/agregado e o desenvolvimento do “gel” nos poros presentes na

argamassa.

Na Figura 3.29, segue apresentado o fluxograma do ensaio colorimétrico nas

amostras estudadas:

Capítulo 3 - Programa de ensaios

Figura 3.29: Fluxograma de ensaios com o kit RAA

3.4.1.4 Análises microestruturais das amostras

A visualização das amostras via microscópio estereoscópico e microanálises por

MEV/EDS, teve o intuito de identificar o xerogel RAA nos poros do concreto,

estruturas cristalinas (etringita, monosulfatos e silicatos hidratados) e o desempenho

do agente colorimétrico nas regiões de interface pasta/agregado e poros

preenchidos.

As análises por MEV e EDS também permitiram a identificação pela análise

topográfica e semi-quantitativa do xerogel da reação, de estruturas secundárias e

avaliar o comportamento dos reagentes do Kit em regiões com produtos da RAA.

COMPÓSITOS DE CIMENTO

(18 amostras)

)

- Fase 1: Impregnação com kit RAA

- Fase 2: Preparação de amostras MEV;

- Fase 3: Registro fotográfico.

AGREGADOS

(8 materiais)

XEROGÉIS

(3 materiais)

- Fase 1: Impregnação com Cobaltonitrito;

- Fase 2: Impregnação com Rodamina;

- Fase 3: Registro fotográfico.

- Fase 1: Impregnação com Fenolftaleína (pH);

- Fase 2: Impregnação com Na-cobaltonitrito;

- Fase 3: Impregnação com rodamina B base;

- Fase 4: Registro fotográfico.

- Fase 5: Teste com HCl (Amostra T1.1)

Impregnação com kit RAA

(Avaliação das regiões que possuem a

formação do “gel” da RAA)

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

As amostras analisadas, compostas por testemunhos de concreto e amostras

aceleradas (barras de argamassa e prismas de concreto), foram preparadas por

meio de fratura com martelo (Figura 3.30) apresentando dimensão máxima

0,9x0,9cm. O uso de amostras do tipo fraturadas possibilitou a análise das reais

características presentes no concreto deteriorado, sendo investigadas regiões

afetadas pela RAA.

Posteriormente, foi utilizado o microscópio estereoscópico como auxílio na

identificação de amostras com regiões de interesse afetadas pela RAA, tais como

poros e bordas de reação, sendo as amostras fotografadas e armazenadas no

sistema de aquisição. O registro das imagens foi fundamental na análise das regiões

de interesse, visto que as imagens observadas no MEV se mostraram em branco e

preto.

Na seqüência, as amostras foram colocadas no porta-amostra (Figura 3.31), sendo

recobertas com uma fina camada de ouro em sua superfície de fratura na

metalizadora Denton Vacuum Desk III, seguindo para as análises microestruturais

no MEV e EDS.

Figura 3.30: Preparo das amostras por

fratura

Figura 3.31: Amostras recobertas com

ouro no porta-amostra para análise no

MEV e EDS

Nas análises com EDS foram realizadas microanálises pontuais nas estruturas

cristalinas, de forma a analisar os componentes químicos presentes nas mesmas e

correlacionar com estrutura observada no MEV. Os pontos de análise por EDS

foram indicados com cursores nas imagens obtidas (Figura 3.32).

A identificação das estruturas cristalinas registradas no MEV foi analisada por meio

de registros indicados na literatura internacional (LARRAÑAGA, 2004; OWSIAK,

Capítulo 3 - Programa de ensaios

2003; TAYLOR, 1983) e nacional (HASPARYK, 2005; SILVEIRA, 2006).

(a) (b) (c)

Figura 3.32: Análise dos produtos da RAA em barras de argamassa. (a) Análise no MEV,

(b) EDS da etringita - ponto A e (c) EDS do xerogel da RAA – ponto B

Fonte: Owsiak (2003)

(a) (b)

Figura 3.33: Diferentes formas de xerogel da reação álcali-sílica.

(a) Forma gretada, (b) Forma cristalina.

Fonte: Larrañaga (2004)

Capítulo

Neste capítulo aborda-se a análise dos resultados de toda a pesquisa experimental

desenvolvida neste trabalho. Apresentam-se os resultados dos ensaios

desenvolvidos nos laboratórios do LCEC, ABCP, DFQ-UNESP e DFI-UFMS,

referentes aos estudos da reação em testemunhos de concreto, o diagnóstico dos

xerogeís extraídos e as avaliações de reatividade potencial dos agregados

determinada pelos ensaios acelerados em barras de argamassa, prismas de

concreto e análises petrográficas. Na seqüência são apresentados os resultados do

método da mancha nas amostras de concreto e argamassa, complementadas com

as microanálises em MEV/EDS das regiões de interesse.

4.1 Caracterização dos testemunhos de concreto

4.1.1 Caracterização química

As análises químicas descritas no item 3.1 foram realizadas nos xerogéis obtidos

pela extração em poros preenchidos no interior dos testemunhos de concreto T1.2 e

T3, sendo apenas na amostra T1.1 retirada diretamente da superfície externa de um

concreto afetado.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

Na amostra T3 determinou-se somente os componentes químicos preponderantes

nos xerogéis da RAA (SiO

, K

O, Na

O e CaO), devido a pouca quantidade de

amostra obtida dos poros do concreto. Já na amostra T2 não foi possível obter uma

quantidade suficiente de material, pois os poros apresentavam pouco preenchimento

com o xerogel da reação.

A análise química dos agregados componentes dos testemunhos também foi

realizada. Os resultados obtidos são apresentados nas Tabelas 4.1:

Tabela 4.1: Análise química dos testemunhos de concreto

Análise

química

Suposto xerogel Agregado

Especificação

T1.1 T1.2 T3 T1.2 - A1 T1.2 - A2 T2 T3

SiO

0,64 58,00 24,65 94,66 86,24 49,89 98,40

NBR NM22

(ABNT, 2004)

- - - 2,50 7,74 32,37 0,96

CaO

54,40 13,18 8,02 1,38 1,78 2,14 0,31

0,42 2,44 - 1,86 4,96 7,89 0,86

0,05 3,24 2,51 0,22 0,14 0,52 0,08

Método

absorção

atômica

0,09 8,14 25,20 0,47 2,12 0.80 0.07

0,02 0,50 - 0,64 2,78 4,37 0,10

MgO

0,02 0,55 - 0,21 1,55 1,05 0,07

- - - 0,16 0,06 0,09 0,19

NM16

(ABNT, 2004)

43,92 14,95 - 1,12 0,98 0,70 0,30

NM18

(ABNT, 2004)

Legenda:

T1.1 – xerogel extraído da UHE Jaguari

T1.2 – Testemunho de concreto extraído - composto com agregado do tipo granito

T2 – Testemunho de concreto extraído - composto com agregado do tipo basalto

T3 – Testemunho de concreto extraído – composto com agregado do tipo seixo

– Conjunto de outros óxidos presentes na composição química do material.

Os resultados obtidos mostraram que os xerogéis estudados apresentaram

composições químicas diversificadas.

No xerogel de T1.1 se observou uma predominância de íons cálcio, expresso na

forma de CaO, enquanto que os outros elementos químicos apresentaram valores

pouco expressivos.

Nas amostras de xerogel T1.2 e T3 notaram-se teores de SiO

e CaO expressivos

em relação aos outros componentes químicos presentes, sendo contudo, observado

em T3 níveis semelhantes de sílica e óxido de potássio. No comparativo entre esses

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

xerogéis, observou-se que teor de K

O foi maior em T3 do que em T1.2, indicando a

possibilidade de maior identificação da reação nas análises subseqüentes com os

reagentes do kit colorimétrico.

Os agregados dos testemunhos foram analisados quimicamente e indicaram teores

de SiO

elevados ( > 85%), sendo que o agregado T2 apresentou um valor de 50%,

característico de basaltos (45% a 55%), e o agregado de T3 teve predominância

química de sílica, fato característico de cascalhos (seixo rolado).

O testemunho T1.2 apresentou 2 tipos de agregado de coloração rósea e marrom

escuro. Na análise química foi notória a distinção, observando-se diferenças nos

teores de cada componente químico. O agregado T1.2-A2 apresentou uma

quantidade considerável de potássio em sua composição, ao passo que o agregado

T3 apresentou baixo teor de cálcio.

Outras análises químicas foram realizadas na argamassa de constituição dos

testemunhos, avaliando-se o teor de álcalis, cálcio e sílica presentes. Os resultados

são apresentados na Tabela 4.2.

Tabela 4.2: Análise química da argamassa dos testemunhos

Amostra CaO SiO

Álcalis totais Álcalis solúveis

O K

O Na

O K

T1.2

18,92 65,84 4,24 0,10 0,21 0,04 0,02

21,10 57,16 7,08 0,38 0,51 0,24 0,05

20,00 63,22 3,20 0,29 0,11 0,25 0,01

As análises das argamassas indicaram a presença de óxido de cálcio e sílica,

oriundos de produtos de hidratação e dos componentes do concreto (agregados),

além de teores alcalinos pouco expressivos.

A partir das análises químicas obtidas nas amostras dos xerogéis, foi estimada a

composição química dos mesmos em função dos compostos alcalinos e a sílica. A

estimativa da composição dos xerogéis foi feita por meio da razão molar destes

compostos, sendo no caso dos álcalis, considerado a soma de K

O e Na

O. Os

resultados obtidos seguem destacados na Tabela 4.3.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

Tabela 4.3: Composição química dos xerogéis estudados

Xerogel

Componente

Massa molar

% massa

Razão molar

Composição do xerogel

T1.1

SiO

60 0,64 0,011

0,002(Na

O+K

O).0,01 SiO

18 43,92 2,440

62 0,05 0,001

T1.2

SiO

60 58,00 0,967

0,14(Na

O+K

O).0,97 SiO

94 8,14 0,087

62 3,24 0,052

SiO

60 24,65 0,411

0,31(Na

O+K

O).0,41 SiO

94 25,20 0,268

62 2,51 0,040

A análise dos xerogéis indicou uma relação álcalis/sílica de 0,14 e 0,31 para T1.2 e

T3, respectivamente. Estudos realizados por Hasparyk (2005) indicam valores entre

0,22 a 0,26 para “géis” exsudados do concreto da UHE FURNAS, sendo as faixas

apresentadas na literatura entre 0,27 e 0,53. Os resultados obtidos indicam valores

fora deste intervalo (T1.2), além da incidência diferenciada dos constituintes

químicos para cada xerogel: T1.2 (SiO

> CaO > K

O > Na

O) e T3 (K

O > SiO

CaO > Na

O).

Os resultados indicaram uma heterogeneidade da composição destes xerogéis

estando em concordância com observações feitas por outros pesquisadores

(HELMUTH; DIAMONG apud HASPARYK, 2005, p.214, POOLE, 1992).

O material T1.1 apresentou uma composição química particular em relação aos

outros xerogéis, pois indicou predominância de cálcio em sua composição, tratando-

se possivelmente de um carbonato de cálcio proveniente da formação de

eflorescências no concreto.

4.1.2 Análise de difratometria de raios X

A análise por DRX, realizada de acordo com o item 4.3.2, foi feita nas amostras

T1.1, T1.2 e T3 e nos agregados componentes dos testemunhos de concreto.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

Na amostra T1.1 foi realizada a análise difratométrica do material antes e após o

ensaio de perda ao fogo, visto a variação de peso significativa notada na análise

química (Tabela 4.1).

Figura 4.1: Difratograma da amostra T1.1 antes e após a perda ao fogo (PF).

A partir do difratograma da amostra T1.1, foi possível notar a presença em grande

quantidade da fase cristalina de CaCO

, identificada pelos picos principais, 2θ =

23,0; 29,3; 35,9; 43,1; 47,0 e 48,4. Após a amostra ser submetida à elevação

temperatura de 1000

C (PF), notou-se a formação da fase CaO, identificada pelos

picos 2θ = 32,3; 37,4; 53,9; 64,2 e 67,4. Este fato indicou a perda de anidrido

carbônico (CO

), confirmando tratar-se de um carbonato de cálcio.

A análise difratométrica dos xerogéis T1.2 e T3 foram analisados conjuntamente,

visto a semelhança apresentada no intervalo de varredura 2θ = 5,0 a 75,0 (Figura

4.2). Contudo, foi considerado o intervalo de análise em 2θ = 23,0 a 37,0 (Figura

4.3), de maneira a melhor distinguir os elementos cristalinos presentes nas duas

amostras.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

Figura 4.2: Difratograma das amostras T1.2 e T3.

Figura 4.3: Amostras T1.2 e T3 análise no intervalo 2θ = 23,0 a 37,0.

No xerogel T1.2, notou-se a presença de três arranjos estruturais (polimorfismo) do

SiO

apresentados na forma de Quartzo, Tridimita e Stishovita. Também foi

observada a presença da fase cristalina de Trona (Na

H(CO

)

.2H

O), estrutura

também identificada por Hasparyk (2005).

A fase cristalográfica do Quartzo também foi encontrada na amostra T3, sendo

notado a presença de outras duas fases cristalinas do SiO

: α-Quartzo e Tridimita, e

a ausência da fase cristalina da Trona.

As amostras de xerogel T1.2 e T3, não apresentaram os elementos de potássio e

silício, compostos que participam diretamente da RAA, possivelmente indicando que

os mesmos se apresentam na forma amorfa ou como dopantes nas estruturas

encontradas. Outros elementos também não identificados, e que comumente estão

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

presentes na RAA, foram os íons sódio, cálcio e alumínio, possivelmente associados

à fase amorfa do xerogel.

É importante salientar que as análises difratométricas realizadas nos xerogéis T1.2 e

T3, identificaram apenas alguns compostos químicos destacados na literatura, pois a

sobreposição de diversas fases cristalinas presentes nestes materiais dificultou uma

avaliação precisa dos demais compostos constituintes.

As análises dos difratogramas dos agregados, apresentada no ANEXO A, indicaram

a presença de minerais diversificados nas amostras estudadas.

Nos agregados de T1.2, pôde-se identificar a presença de diferentes estruturas

minerais presentes na amostra, sendo identificadas fases de interesse referente aos

feldspatos alcalinos (item 3.5) na forma de albite e microclina.

No agregado de T3 foi identificada a fase cristalina de SiO

na forma de quartzo

como preponderante, padrão característico de cascalhos (seixos) e areias naturais.

4.1.3 Histórico petrográfico

Estudos anteriores realizados com os testemunhos de concreto T1.2, T2 e T3

apresentam análises petrográficas destes materiais, avaliando-se o caráter reativo

dos minerais e destacando observações em regiões de interesse (interface

agregado/argamassa e poros do concreto) via microscopia ótica transmitida em

lâminas delgadas de concreto.

Na Tabela 4.4 segue o levantamento dos dados dos testemunhos de concreto T1.2

e T2 e as análises microscópicas realizadas:

Capítulo 4 - Análise dos resultados

Tabela 4.4: Análise petrográfica dos agregados graúdos (pedras britadas)

Características

T1.2 – A1 T2

Principal

Quartzo, feldspato

(plagioclásio e microclinio)

e mica (biotita)

Plagioclásio, piroxênio e

opacos

Subordinada Apatita, sericita Apatita, clorofeita, quartzo

Reativa/

Deletéria

Quartzo deformado com

extinção ondulante, e quartzo

microcristalino recristalizado

em estrutura mortar

Mesostases

(massa fina - possível

vidro devitrificado

constituído por micrólitos)

Textura Porfirítica Hialofítica

Alteração

De modo geral a rocha é sã

com alguma sericitização dos

feldspatos

Sã a pouco alterada

Deformação do agregado Agregado pouco deformado Não deformado

Tipo de rocha Ígnea

Classificação petrográfica Granito rosa porfirítico Basalto toleítico

Reatividade potencial

Agregado potencialmente

reativo

Agregado potencialmente

reativo

O agregado T1.2-A2 de coloração escura foi caracterizado por constituir-se de

minerais de anfibólios, biotita e plagioclásio.

A amostra T3 foi descrita na mineralogia como uma rocha de origem quartzosa com

ou sem impregnações limoníticas. Na microscopia ótica foi observado que a rocha

constituía-se por grãos de quartzo deformados que apresentam extinção ondulante,

característico de um material potencialmente reativo.

Nas análises por microscopia ótica do concreto T1.2 e T2, foram observados a

presença de cristais aciculares de etringita em poros esféricos da pasta e a

presença freqüente de fissuras formadas pelo xerogel amorfo da RAA. No concreto

de T3 foi notado apenas a presença do xerogel da RAA em fissuras e bordas do

agregado.

4.1.4 Inspeção visual dos testemunhos

Os testemunhos de concreto foram inspecionados visualmente e, em seguida,

fragmentados em partículas menores para observação em microscópio

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

estereoscópico, na qual foram verificadas presenças de bordas de reação nos

agregados e poros preenchidos com material formado pela RAA.

Nas Figuras 4.4 a 4.10 seguem apresentadas as considerações quanto às estruturas

observadas nas amostras estudadas.

(a) (b)

Figura 4.4: Inspeções visuais a olho nu na amostra T 1.1. a) Aspecto a olho nu b)

Aspecto no microscópio estereoscópico.

A partir das observações visuais realizadas na amostra T1.1 pode-se caracterizá-la

como um material heterogêneo, com coloração esbranquiçada à acinzentada

escura.

Por se tratar de um material retirado da superfície do concreto e exposto em

ambiente úmido, pode-se supor que a coloração escurecida esteja relacionada a um

processo químico de fixação de CO

Capítulo 4 - Análise dos resultados

A amostra T1.2 apresentou notável presença de xerogel (material esbranquiçado)

formado em poros totalmente e parcialmente preenchidos, além de bordas escuras

na região do agregado (Figura 4.5a.e b).

Na análise pelo microscópio estereoscópico observaram-se freqüentemente nos

poros preenchidos, regiões densificadas na interface poro/argamassa (Figura 4.6a)

com aspecto vítreo. Além disso, também foi notado vários poros semi preenchidos,

um indicativo de formação do xerogel da RAA, sendo visualmente identificados

como partículas milimétricas ou grumos (Figura 4.6b).

(a) (b)

Figura 4.5: Inspeções visuais a olho nu no testemunho T1.2. a) Presença de bordas

de reação no agregado, b) Presença de poros preenchidos na amostra.

(a) (b)

Figura 4.6: Inspeções visuais com microscópio estereoscópico no testemunho T1.2.

a) Detalhe do poro preenchido com xerogel, b) Observação de micropartículas nos

poros do concreto.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

(a) (b)

Figura 4.7: Inspeções visuais a olho nu no testemunho T2. a) e b) Presença de poros

parcialmente preenchidos no concreto.

(a) (b)

Figura 4.8: Inspeções visuais com microscópio estereoscópico no testemunho T2. a)

Detalhe do poro parcialmente preenchido com xerogel da reação, b) Possível

processo de formação do xerogel da RAA notado em muitos poros.

Na amostra T2 foi notada a freqüente presença de xerogel nos poros do concreto,

estando parcialmente preenchidos, com características similares as observadas na

amostra T1.2, apresentando freqüentes grumos de xerogel (Figura 4.8b). Não foram

observadas bordas de reação em interfaces agregado/pasta.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

(a) (b)

Figura 4.9: Inspeções visuais a olho nu no testemunho T3. a) Detalhe do macro poro

preenchido com material esbranquiçado, b) Presença de bordas de reação no

agregado.

(a) (b)

Figura 4.10: Inspeções visuais com microscópio estereoscópico no testemunho T3.

a) Detalhe do poro preenchido com xerogel, b) Possível processo de formação do

xerogel observado em muitos poros.

Na inspeção a olho nu no testemunho T3, apresentou freqüentes poros semi

preenchidos e raros poros totalmente preenchidos, além disso, notou-se a presença

de bordas de reação e fissuras longitudinais nos agregados (Figura 4.9 b).

Na análise microscópica foram detectados freqüentes poros sem preenchimento e

alguns poros preenchidos.

Nas Tabelas 4.5 e 4.6 são apresentados resumos das observações macroscópicas e

microscópicas dos testemunhos estudados:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

100

Tabela 4.5: Análise macroscópica dos testemunhos de concreto

Amostra T 1.2 T2 T3

Cor da argamassa Cinza Cinza Cinza clara

Distribuição dos

constituintes

Normal

homogêneo

Normal

homogêneo

Normal

homogêneo

Proporção dos

constituintes

Normal a

argamassado

Normal a

argamassado

Normal a

argamassado

Aderência

argamassa/agregado

Boa Boa Boa

Porosidade

Macroscópica

Pouco Poroso Pouco poroso

Pouco poroso

(poros esféricos)

Compacidade Compacto Compacto Compacto

Adensamento Bem adensado Bem adensado Normal

Fraturamentos Não observado Não observado

Observados em

agregados

Tabela 4.6: Análise microscópica dos testemunhos de concreto

Amostra T 1.2 T2 T3

Bordas de reação

nos agregados

Observadas ao

microscópio

Não observadas

Observadas a olho

Poros preenchidos

Freqüentes com

preenchimento total

ou parcial por material

esbranquiçado

Poucos poros

parcialmente

preenchimentos com

material esbranquiçado

Freqüentes com

preenchimento

parcial de material

esbranquiçado

Fissuras Raramente observadas

Os testemunhos de concreto T1.2, T2 e T3, mostraram características estruturais e

texturais muito similares, indicando processos de dosagem e adensamento normais,

visto que a ausência de vazios de exsudação e a distribuição regular dos agregados

graúdos, indicam o adensamento adequado e boa homogeneização dos concretos.

As argamassas dos testemunhos apresentaram colorações cinza (T1.2 e T2) e cinza

clara (T3), além de porosidades macroscópicas mais freqüentes nas amostras T1.2

e T3, constituídos por poros milimétricos à submilimétricos.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

101

4.2 Amostras aceleradas: argamassa e concreto

4.2.1 Caracterização dos materiais

Os materiais constituintes das barras de argamassa e concreto ensaiados foram

caracterizados por análises físico-químicas, as quais forneceram as informações

necessárias na composição dos traços e análises de comportamento com o kit

colorimétrico. Os resultados são descritos sucintamente nos itens abaixo.

Aglomerante

As análises físico-químicas do material cimentício foram realizadas pela ABCP,

sendo apresentados na Tabela 4.7:

Tabela 4.7: Características físico-químicas do aglomerante

Ensaio

Resultados Especificação

Álcalis (%)

NM 17(ABNT, 2004)

Totais

O 0,30

O 1,10

Oeq* 1,02

Solúveis

O 0,25

Método ABCP K

O 1,00

Oeq* 0,91

Massa específica (g/cm³) 3,09 NM 23 (ABNT, 2000)

Finura blaine (cm²/g) 4860 NM 78 (ABNT, 1998)

Expansão auto-clave (%) 0,02 Método ABCP

*Na

Oeq – Equivalente alcalino: 0,658 K

O+Na

O cimento empregado nos ensaios acelerados, apresentou resultados físico-

químicos dentro dos aspectos normativos estabelecidos pela NBR 15577-4,

referentes a finura (4900 ± 200)

cm²/g, Na

Oeq totais (0,90 ± 0,10)% e autoclave

inferior a 0,2%.

Agregados

A consideração física dos agregados permitiu a determinação dos parâmetros

necessários à elaboração da dosagem dos concretos da NBR 15577-6. Ao passo

que a análise química possibilitou identificar a presença dos componentes presentes

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

102

nas rochas, tendo em destaque íons alcalinos, cálcio e sílica, os quais estão

envolvidos na RAA e no processo de identificação no método da mancha.

Nas Tabelas 4.8 e 4.9 seguem apresentadas as análises físicas e químicas

realizadas nos agregados graúdos e miúdo:

Tabela 4.8: Características físicas dos agregados empregados nos ensaios de reatividade

Amostra

Massa Específica (g/cm

)

Absorção

(%)

Massa unitária

compactada

(kg/cm

)

s.s.s sêca aparente

Especificação

NM 53 (ABNT, 2003)/NM 30 (ABNT, 2001)

NM 45

(ABNT, 2006)

B1 2,938 2,914 2,987 0,83 1,702

B2 2,913 2,889 2,960 0,83 1,670

G2 2,631 2,613 2,662 0,71 1,590

G3 2,727 2,716 2,745 0,40 1,576

S1 2,607 2,600 2,628 0,50 1,740

M2 2,604 2,610 2,600 0,16 1,616

API 2,092 2,868 2,968 1,17 1,704

Legenda:

B1 e B2 – Agregados do tipo basalto

G2 e G3 – Agregados do tipo granito

S1 – Agregado do tipo seixo rolado

M2 – Areia padrão

API – Agregado potencialmente inócuo

Tabela 4.9: Análise química dos agregados

Análise

química

Agregados

Especificação

B1 B2 G2 G3 S1

SiO

49,44

48,33

90,94

89,94

95,20

NBR NM22

(ABNT, 2004)

(*)

33,19

32,87

7,22

7,02

2,10

CaO

8,51

8,61

2,25

0,67

0,21

0,41

0,27

0,17

0,18

Método absorção

atômica

0,17

0,27

0,16

2,19

0,10

16,24 16,14

3,79

3,29

1,96

MgO

1,94 1,94

0,40

1,11

0,04

0,25

0,17

0,07

0,34

NM16 (ABNT, 2004)

– Conjunto de outros óxidos presentes na composição química do material.

A análise dos componentes alcalinos mostrou um teor de potássio considerável na

amostra G3 indicando possível presença de feldspatos alcalinos, ao passo que nos

agregados B1, B2 e G2 tiveram apreciáveis quantidades de cálcio, que podem estar

Capítulo 4 - Análise dos resultados

103

relacionados aos minerais do tipo plagioclásio ou piroxênio. No caso destas

amostras, faz-se necessária uma avaliação do comportamento pelo kit colorimétrico,

uma vez que apresentam componentes passíveis de identificação.

Nas rochas G2, G3 e S1 a elevada quantidade de sílica pode estar relacionada a

presença de quartzo cristalino. Nas amostras B1 e B2 os teores de sílica

encontrados foram menores, apresentando valores característico de basaltos (entre

45% à 55%) de caráter básico, ou seja, que apresentam pouca sílica, o valor do

nestas amostras foi considerável, indicando a presença de outros óxidos tais

como titânio, manganês e alumínio.

Segundo Thiecher (2008) a sílica presente em basaltos relaciona-se parte a

formação inicial dos minerais principais e parte a formação da mesóstase (resíduo

de baixa cristalinidade), juntamente com os compostos alcalinos.

O agregado S1 apresentou uma predominância de sílica, típico de rochas

sedimentares (cascalho, areia, entre outros) e, em menor quantidade, Fe

indicando uma pequena quantidade de ferro na amostra, possivelmente relacionado

a presença de mica.

A análise granulométrica do agregado miúdo M2 foi realizada de acordo com as

proporções citadas no item 3.24, sendo apresentada na Figura 4.11:

100

0,01 0,1 1 10

% Retida acumulada

Abertura (mm)

Especificação Zona Utilizável

Especificação Zona Ótima

Areia Padrão IPT

Figura 4.11: Perfil granulométrico estabelecido para a areia M2.

Os resultados da areia M2 indicaram sua conformidade com a exigência normativa

da NBR 15577-6, obtendo-se um MF= 2,67 para este material, cujo limite

estabelecido encontra-se entre 2,5 a 2,9.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

104

4.2.2 Análise petrográfica dos agregados (NBR 15577-3)

A análise petrográfica possibilitou a análise da potencialidade reativa dos agregados

estudados. Esta técnica qualitativa permitiu caracterizar os minerais presentes nas

amostras e identificar seu grau de deformação e alteração na rocha.

Os aspectos petrográficos dos agregados foram analisados segundo as prescrições

da NBR 15577-3, sendo realizadas observações via microscopia ótica de luz

transmitida em lâminas delgadas de agregado graúdo e microscopia estereoscópica

para avaliação da mineralogia do agregado miúdo M2.

Na Figura 4.14 a 4.18 e Tabelas 4.10 a 4.12 seguem as análises petrográficas

realizadas no centro de pesquisas da ABCP:

Tabela 4.10: Análise petrográfica dos agregados graúdos – amostras B1 e B2.

Características B1 B2

Principal Plagioclásio e piroxênio

Subordinada

 Vidro devitrificado;

 Argilomineral;

 Hidróxido de ferro e opacos.

 Vidro vulcânico;

 Argilomineral;

 Hidróxido de ferro e opacos.

Reativa/ Deletéria Vidro devitrificado: > 5%

Estado de alteração

Medianamente alterada:

 Feldspatos alterados para

sericita;

 Vidro devitrificado;

 Opacos alterados para

hidróxido de ferro;

 Piroxênio alterado por

argilomineral.

Medianamente alterada:

 Feldspatos alterados para

sericita;

 Vidro devitrificado; e

 Opacos alterados para

hidróxido de ferro.

Deformação do

agregado

Ausente

Tipo de rocha

Ígnea

Classif. petrográfica

Basalto

Reatividade potencial Potencialmente Reativo

Capítulo 4 - Análise dos resultados

105

Tabela 4.11: Análise petrográfica dos agregados graúdos – amostras G2 e G3.

Características G2 G3

Principal Quartzo, feldspato

Feldspato (plagioclásio e

microclínio) e quartzo

Subordinada

 Mica;

 Titanita;

 Anfibólio;

 Clorita; e

 Calcita.

 Biotita;

 Clorita;

 Argilomineral;

 Titanita; e

 Opacos.

Reativa/ Deletéria

 Quartzo deformado com

ângulo de extinção

ondulante: 19,5

 Feldspatos alterados: >5%;

 Quartzo microcristalino: 1-5%;

 Quartzo com extinção ondulante

(maior que 30

>5%

Estado de alteração

Predominantemente sã

Pouco alterada:

 Feldspatos sericitizados; e

 Biotita cloritizada.

Deformação do

agregado



Pouco deformado

 Quartzo deformado

(ângulo extinção ondulante);

 Minerais triturados (formando

massa mais fina) bordejando os

maiores, evidenciando

deformação na rocha; e

 Pontos com quartzo

tendendo a poligonização

(recristalização da rocha).

Tipo de rocha

Metamórfica

Classif. petrográfica

Granito Gnaíssico Gnaisse Cataclasado

Reatividade potencial Potencialmente Reativo

Tabela 4.12: Análise petrográfica dos agregados S1 e M2.

Características S1 M2

Principal Quartzo

Subordinada  Mica e opacos.

 Mica;

 Fragmentos

de rocha;

 Turmalina;

 Granada; e

 Opacos.

Reativa/ Deletéria

 Quartzo deformado, com

extinção ondulante (não foi

possível medir o ângulo); e

 Quartzo microcristalino: >5%

 Quartzos microcristalinos

(1-3%)

Estado de alteração

 Ausente

Deformação do

agregado



Quartzo deformado e

contatos suturados

Tipo de rocha

Sedimentar

Classif. petrográfica

Cascalho Areia

Reatividade potencial

Potencialmente Reativo Potencialmente inócuo

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

106

(a) (b)

Figura 4.12: Fotomicrografias dos agregados G2 e G3, com presença de feldspatos (F),

mica (M), quartzo (Q), biotita (B) e mirmequitas (Mi). Nicóis cruzados. Ampliação de 10x

(a) (b)

Figura 4.13: Fotomicrografia de B1 e B2 o qual se observa vidro vulcânico (V), piroxênio

(P), plagioclásio (PL), Feldspatos (F) e opacos (O). Nicóis cruzados.

Ampliação de 40x (a) e 10x (b).

(a) (b)

Figura 4.1

Fotomicrografia de B2 e S1 com o qual se observa vidro devitrificado (V),

quartzo microcristalino (Qm) entre cristais maiores de quartzo, respectivamente. Nicóis

cruzados. Ampliação de 40x (a) e 10x (b).

Capítulo 4 - Análise dos resultados

107

Os agregados B1 e B2 foram caracterizados como rochas ígneas do tipo basalto,

sendo identificada a presença da mesóstase silicosa (vidro vulcânico ou

devitrificado) em sua composição. Este componente mineral caracteriza-se por

possuir uma baixa cristalinidade (amorfo), sendo um fator preponderante no

indicativo do potencial reativo deste tipo litológico.

No grupo dos basaltos também foi observada a presença de argilominerais, que

contribuem para a ocorrência da RAA, pois se tratam de silicatos hidratados de

alumínio extremamente solúveis (THIECHER, 2008). Além disso, existem alguns

argilominerais expansivos (esmectita e ilita) que podem também comprometer a

durabilidade do concreto produzido.

As amostras G2 e G3 foram identificadas como rochas metamórficas do tipo granito

gnáissico e gnaisse cataclasado, respectivamente. Em G2 foi identificado a

presença quartzo e feldspatos, apresentando quartzo pouco deformado em função

do ângulo de extinção ondulante. A amostra G3 apresentou quartzo com muita

extinção ondulante, havendo a formação de quartzo microcristalino, indicando que

esse mineral apresenta-se bastante deformado. Nesta amostra, também foi

observado à ocorrência de feldspatos alcalinos e plagioclásios, minerais que podem

favorecer o desencadeamento do RAA por possuírem componentes químicos (Ca, K

e Na) que venham a ser liberados no concreto (VAN AARTDT; VISSER;

CONSTATIER; DIAMOND, 1976 apud THIECHER, 2006). Além disso, também foi

identificada a ocorrência de argilominerais. Ambas as amostras foram caracterizadas

como potencialmente reativas aos álcalis do cimento.

As amostras S1 e M2 foram identificadas como materiais de origem sedimentar. O

seixo S1 apresentou a presença de quartzo microcristalino (>5%) e deformado, fato

que possibilitou caracterizar o material como potencialmente reativo, ao passo que

M2 foi identificado como potencialmente inócuo, em virtude da ocorrência pouco

significativa de minerais reativos.

4.2.3 Análise cristalográfica dos minerais por DRX

O emprego do DRX na análise mineralógica das rochas também foi utilizado para

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

108

complementar as análises petrográficas, uma vez que esta técnica possibilita

identificar a presença de grande parte dos minerais presentes na rocha e de difícil

constatação na microscopia. Os resultados de caracterização cristalográfica dos

agregados estudados estão indicados no ANEXO A, sendo feita as devidas

considerações nos parágrafos a seguir.

Os basaltos B1 e B2 apresentaram características cristalográficas importantes. Em

ambas as amostras foi identificada a presença pouco expressiva de quartzo,

indicando que a mesóstase das amostras apresenta sílica. Adicionalmente foram

observados os seguintes minerais constituintes: augitas (piroxênio), plagioclásio

(albite e andesina), magnetita e k-feldspatos.

Os agregados G2 e G3 apresentaram a presença de quartzo como mineral principal

e feldspatos alcalinos (ortoclase e microclina) além de plagioclásios (albite e

andesina) estando em concordância com os minerais encontrados na análise

petrográfica.

Os padrões cristalográficos dos agregados S1 e M2 foram similares ao encontrado

anteriormente no agregado de T3, identificando o quartzo como fase cristalina

predominante e confirmando a origem sedimentar destes agregados.

Nas análises difratométricas também foram observadas algumas estruturas

cristalinas de interesse, por apresentarem potássio e cálcio em sua composição, os

quais podem ser suscetíveis a identificação no teste colorimétrico com o

cobaltonitrito e a rodamina B base (item 3.5). A Tabela 4.13 apresenta os principais

minerais identificados nos agregados:

Tabela 4.13: Componentes cristalinos presentes nos agregados

Amostra

Componentes Minerais

Amostra Comum Interesse*

Quartzo, Albite, Orthoclase

Quartzo/

Albite

Orthoclase

Quatzo, Albite, Annita e Microclina Microclina e Annita

Quatzo, Albite, Augita,

Magnetita e Andesita

Quartzo, Albite, Augita,

K-feldspato, Andesita

K-feldspato

Quartzo Quartzo -

*Minerais com presença de potássio e cálcio

Capítulo 4 - Análise dos resultados

109

4.2.4 Ensaios acelerados em barras de argamassa (NBR 15577-4)

Os ensaios acelerados em barras de argamassa foram realizados com agregados

de diferentes formações litológicas. O agregado britado API foi inserido nos ensaios

para possibilitar a avaliação do potencial reativo da areia M2 (NBR 15577-4), sendo

confirmada potencialmente inócua até 28 dias de ensaio em solução alcalina.

Os ensaios de reatividade foram realizados até a idade de 60 dias, com intuito de

observar o comportamento reativo dos agregados até o limite especificado. Os

resultados obtidos seguem apresentados nas Figuras 4.15 e 4.16.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60

Expansão (%)

Idade (dias)

M2 API

OTENCIALMENTE

NÓCUO

OTENCIALMENTE

EATIVO

Figura 4.15: Reatividade Potencial dos agregados M2 e API.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60

Expansão (%)

Idade (dias)

445

444

B1-448

B2-449

S1-450

Potencialmente Reativo

Potencialmente Inócuo

Figura 4.16: Comportamento reativo dos agregados estudados.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

110

Os ensaios acelerados indicaram a maior tendência à reação nas amostras B1 e B2,

possuindo expansões elevadas nas primeiras idades, sendo aos 16 dias facilmente

caracterizados como potencialmente reativos.

Na amostra B1 notou-se um crescimento acelerado até 16 dias, seguindo de uma

atenuação das expansões nas idades subseqüentes, ao passo que B2 possuiu

expansões elevadas até aos 60 dias de ensaio.

Nos granitos G2 e G3, observou-se um crescimento linear das expansões, onde a

tendência reativa foi observada somente em G3 aos 30 dias, enquanto que G2

manteve-se inócuo até o final do ensaio. Já no seixo S1 apresentou o mesmo

comportamento de G3, sendo caracterizado como agregado potencialmente reativo.

No agregado API foi notória sua potencialidade inócua até os 30 dias de ensaio,

sendo, contudo, observada pequenos incrementos de expansão nas últimas idades.

O agregado miúdo M2 foi classificado como potencialmente inócuo aos 30 dias,

sendo passível de utilização nos ensaios em prismas de concreto. Contudo, foi

observada uma elevação das expansões até o final dos ensaios, indicando uma

tendência reativa aos 60 dias, com possível contribuição do agregado API.

A análise macroscópica das barras de argamassa indicou aspectos comuns de boa

aderência e coesão. Nas barras de argamassa G3, B1 e B2 foram observadas

inflexões e fissurações contínuas ao longo das barras, provavelmente decorrentes

dos efeitos expansivos da RAA, conforme apresentado na Figura 4.17.

Figura 4.17: Mapeamento de fissuras e curvatura em G3, B1 e B2.

A análise microscópica indicou na maioria das barras de argamassa, a presença de

Capítulo 4 - Análise dos resultados

111

poros incorporados e freqüentemente preenchidos com xerogel.

Destaca-se que as barras de argamassa constituídas pelo agregado S1

apresentaram uma alteração na textura do próprio material e um preenchimento de

grande parte dos poros da argamassa. Em alguns casos, observou-se a formação

de um anel vítreo ao redor dos poros preenchidos (Figura 4.18).

(a) (b)

Figura 4.18: Análise microscópica da barra S1. a) Esfacelamento do agregado após 60 dias

de ensaio e b) formação de um anel ao redor dos poros.

O esfacelamento do agregado na barra de argamassa pode estar relacionado ao

fato de S1 ser constituído tão somente por quartzo (SiO

), que quando submetido ao

ambiente agressivo de ensaio reage quimicamente (RAA), alterando sua estrutura

química e propriedades físicas, de maneira a fragilizar o material.

4.2.5 Ensaios acelerados em prismas de concreto (NBR 15577-6)

As dosagens elaboradas nos prismas de concreto (item 3.2.6) e as características

físicas obtidas no estado fresco seguem apresentadas na Tabela 4.14:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

112

Tabela 4.14: Dosagens utilizadas nos prismas de concreto

Agregados G2 G3 B1 B2 S1

(

)

1061 1100 1185 1167 1213

675 679 676 696 516

194,7 192 194,2 191,2 193,7

420

0,45

(

)

15,415

(

)

25,9 26,7 23,2 24,4 23,0

(

)

4,4 3,0 5,9 3,7 7,0

(

)

2,1 2,5 2,5 1,7 1,7

(

)

2,384 2,420 2,492 2,516 2,403

Os traços produzidos apresentaram um teor de incorporação de ar entre 1,7 a 2,5%

e abatimentos da ordem de 3,0cm a 7,0cm, decorrentes das características físicas e

geométricas de cada material.

Os prismas de concreto foram submetidos aos ensaios para aceleração da RAA nas

temperaturas de 38

C e 58

C. Os resultados obtidos de expansão e controle de

peso são representados graficamente nas Figuras 4.19 à 4.21.

-0,010

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364

∆

∆Expansão (%)

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

∆

∆Peso (%)

Idade (dias)

G1 -38 G1 - 60

G2 -38 G2 - 60

Potencialmente inócuo

Potencialmente Reativo

Figura 4.19: Expansões e pesos dos prismas de granitos G2 e G3 em T= 38

C e T= 58

Capítulo 4 - Análise dos resultados

113

-0,020

-0,010

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364

∆

∆Expansão (%)

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

∆

∆Peso (%)

Idade (dias)

S1 -38 S1 -60

M2 -38 M2 -60

Potencialmente inócuo

Potencialmente Reativo

Figura 4.20: Expansões e pesos dos prismas do seixo S1 e areia M2 em T= 38

C e T= 58

-0,020

-0,010

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364

Expansão (%)

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

Peso (%)

Idade (dias)

B1 -38 B1-60

B2 -38 B2 -60

Potencialmente inócuo

Potencialmente Reativo

Figura 4.21: Expansões e pesos dos prismas dos basaltos B1 e B2 em T= 38

C e T= 58

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

114

A partir dos resultados de reatividade puderam-se observar comportamentos

expansivos diferenciados para cada tipo de agregado e temperatura de exposição

do ensaio.

Os prismas de concreto compostos por G2 e G3 submetidos a T= 58

apresentaram expansões superiores ao ensaio de 38

C. O parecer potencialmente

reativo foi observado em T= 58

C, ao passo que em T= 38

C foi notada uma

evolução das expansões, atingindo no fim de um ano valores máximos da ordem de

0,02%, sendo caracterizado como potencialmente inócuo para esta temperatura.

Na amostra S1 foi constatado um parecer potencialmente reativo em ambas as

temperaturas, apresentando um comportamento expansivo mais acentuado aos

C e gradual aos 38

C. A areia M2 mostrou-se potencialmente inócua para ambas

as temperaturas, indicando positivamente um efeito expansivo irrisório do agregado

miúdo, evitando dessa forma, sobreposições de expansões deste material com os

agregados graúdos estudados nos demais prismas de concreto.

O grupo B1 e B2 apresentou característica potencialmente inócua para o ensaio a

C, em oposição a 38

C, na qual o agregado B1 indicou-se um potencial reativo

após 9 meses de ensaio, enquanto que B2 apresentou um crescimento gradual nas

últimas leituras, sendo este caracterizado como potencialmente inócuo.

Em todas as amostras foi observado para os ensaios de 38

C um ganho gradual de

peso, efeito favorável a ocorrência da RAA devido à presença de umidade no interior

do concreto. Este fato tornou-se evidente no grupo dos granitos, onde a elevação de

peso nos prismas de G3 após 4 meses de ensaio em relação a G2 possibilitou uma

inversão no quadro de expansões.

Nos ensaios a 58

C notou-se um aumento de peso pouco significativo nos primas,

efeito inversamente notado nas amostras B1, B2 e M2 onde foram observadas

reduções gradativas deste parâmetro. No caso destas amostras, este

comportamento pode explicar a redução das expansões no concreto, visto a perda

parcial da água interna do mesmo e a conseqüente diminuição da reação, acelerada

quimicamente pela temperatura do ensaio.

A linha tracejada em alguns gráficos de percentual de peso representa pontos

desconsiderados, visto sua dispersão em relação ao comportamento das amostras.

Em função do estudo na temperatura de 58

C fez-se necessária uma análise

Capítulo 4 - Análise dos resultados

115

comparativa em períodos de interesse (3 e 4 meses) em relação ao ensaio

convencional a 38

C. Estas comparações são relevantes em organizações como

ASTM, CSA, RILEM e ABNT, pois avaliam a versão de 58

C e possibilitam o uso do

ensaio como potencial indicador da RAA no concreto.

No ANEXO B são apresentados os dados de expansão das duas séries de ensaios,

sendo na Figura 4.22 mostrado o gráfico comparativo entre ensaio de 58

C nos

períodos de 3 e 4 meses e 38

C com 1 ano de ensaio.

-0,01

0,01

0,03

0,05

0,07

0,09

-0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09

Ensaio NBR 15577-6 modificado (60

Ensaio NBR 15577-6 (38

3 meses/1 ano

4 meses/1 ano

Limite e= 0,04%

Linha de

equivalência

Figura 4.22: Comparativo das expansões (NBR 15577-6): 3 e 4 meses de expansão à 58

vs 1 ano à 38

Observa-se neste gráfico, que aos 3 meses de ensaio têm-se dois pontos

potencialmente reativos e três potencialmente inócuos, aos 4 meses, três pontos

potencialmente reativos, estando um deles sobre a linha limite. Desse modo tem-se

que a menor idade para uma avaliação consistente do potencial para a RAA pelo

método acelerado dos prismas foi de 4 meses de exposição à 58

As barras de concreto também foram inspecionadas visualmente, sendo notadas

somente em alguns prismas submetidos a 58

C, formações de eflorescências e

desgastes na superfície do concreto, ao passo que nos prismas expostos à 38

foram observados pontos escuros e ocorrência de eflorescências. Estas

observações macroscópicas dos concretos são apresentadas nas Figuras 4.23 a

4.25.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

116

(a) (b)

Figura 4.23: Erosão e eflorescência nos prismas de concreto

a) Amostra B1 – fenômeno

pontual e b) Amostra G2 – fenômeno em toda barra com presença de fissuras

(a) (b)

Figura 4.24: Ensaio acelerado em prismas de concreto. a) Fissuras contínuas na região

central do concreto G3 e b) Poros com bordas escuras em M2.

(a) (b)

Figura 4.25: Prismas de concreto – amostra S1. a) Desgaste superficial e eflorescências

na superfície do concreto, b) Fissuras contínuas nas regiões degradadas.

A análise macroscópica nas amostras G2 e G3 indicaram freqüentes desgastes

superficiais e eflorescências pontuais e longitudinais e fissurações expressivas em

Capítulo 4 - Análise dos resultados

117

todas as barras.

No concreto M2 e B1 notou-se que o desgaste superficial pouco expressivo, sendo,

no caso de M2, freqüente em todas as barras, poros com bordas de coloração mais

escura que o restante da amostra. Na amostra B2 não foi observado nenhum evento

degenerativo.

O concreto S1 foi o que visualmente apresentou uma maior degradação superficial,

sendo notórios desgastes superficiais, eflorescências pontuais e fissuras contínuas

nestas regiões. Em função da formação elevada de eflorescências nos prismas de

concreto de S1, realizou-se a coleta deste material, seguido da triagem em

microscópio estereoscópico e posterior análises químicas por absorção atômica (AA)

e cristalográfica por DRX. O resultado da análise difratométrica segue apresentada

no ANEXO A e a constituição química deste material é indicada na Tabela 4.15:

Tabela 4.15: Análise química das eflorescências de S1

O K

O MgO Fe

1,85% 4,67% 1,24% 0,00%

A análise difratométrica indicou a presença de material amorfo na amostra (entre 20

e 30

), além da presença de compostos além de carbonatos na forma de aragonita e

calcita, possivelmente formados com a exposição da amostra com o ambiente –

fixação com o CO

. Também foi observada a presença de hidróxido de cálcio,

quartzo (SiO

) e magnésio (MgO).

O padrão difratométrico do material apresentou uma grande diversidade de

compostos químicos, o que dificultou a análise íntegra do material, devida ocorrência

da sobreposição de picos cristalográficos.

A análise química do material lixiviado mostrou uma concentração de álcalis de

6,57%, indicando uma redução alcalina nos prismas de concreto, possivelmente

ocasionada pela formação de águas puras na temperatura de 58

C, formada pela

evaporação da água no fundo do recipiente de armazenamento dos prismas e

posteriormente condensada sobre os mesmos, percorrendo os poros e

transportando os compostos disponíveis na pasta.

Contudo, a diminuição alcalina observada nos concretos não influenciou no

indicativo da potencialidade reativa dos prismas de S1, fato observado nos ensaios

de expansão.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

118

Os comportamentos observados mostraram-se em oposição aos estudos iniciais de

Folliard et al. (2004), indicando que a lixiviação pode não estar relacionada à

redução das expansões no concreto pela diminuição de álcalis e cálcio da massa e

sim, a constatação da ocorrência da deterioração externa nos prismas de concreto

possivelmente decorrente do condicionamento dos prismas em ensaio.

4.2.6 Análise petrográfica dos prismas de concreto (NBR 15577-3)

A análise petrográfica foi realizada na ABCP nos prismas de concreto B1, G2 e S1,

estudados em T=60

C e caracterizados por apresentar diferentes formações

litológicas. A análise microscópica em lâminas delgadas objetivou analisar nas

amostras aceleradas algumas regiões de interesse afetadas pela reação (poros do

concreto e interface pasta/agregado).

As observações por microscopia ótica indicaram a presença de fissuras

microscópicas na argamassa e nos agregado dos prismas de concretos, além da

presença de poros preenchidos com xerogel e finas de bordas de reação. Dentre as

amostras analisadas, apenas em B1 foram identificados indícios de poros com

etringita (Figura 4.26).

Figura 4.26: Aspecto do concreto no qual se observa poros esféricos na argamassa

preenchidos com cristais de etringita (E). Ampliação 40x.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

119

4.2.7 Microanálises em testemunhos e amostras aceleradas

Após as visualizações a olho nu e via microscopia estereoscópica dos testemunhos

de concreto, barras de argamassa e prismas de concreto, foram separados

fragmentos com presença de possíveis bordas de reação e poros totalmente e semi

preenchidos com xerogel.

Nas amostras do xerogel T1.1 e testemunhos de concreto T1.2, T2 e T3 foram

realizadas observações microestruturais por MEV e microanálises com EDS. Na

amostra T1.1, caracterizada como um carbonato de cálcio nas análises físico-

quimicas, observou-se uma estrutura cristalina composta basicamente por cálcio, ao

passo que nos poros dos testemunho T1.2 (Figura 4.28) foi encontrado a presença

de estruturas do tipo rosetas no xerogel silico-cálcico-alcalino da RAA, similares as

observadas por Larrañaga (2004).

Na amostra T2, que apresentava poros pouco preenchidos com grumos de xerogel,

notou-se a predominância de estruturas aciculares, comumente associadas à

etringita secundária (Figura 4.29). A microanálise por EDS nestas estruturas indicou

a presença de alumínio, sulfato e cálcio, além de sílica e potássio, mostrando

também a possível presença de silicatos de cálcio alcalinos em sua composição.

Tais estruturas também foram observadas em poros pouco preenchidos de T1.2 e

T3, apresentando-se também presentes em meio a produtos da RAA.

A análise microestrutural realizada na amostra T3 identificou estruturas com

geometria cúbica, característica de CaO, sendo confirmada pelo EDS (Figura 4.30).

Tais estruturas formam encontradas em meio a estruturas cristalinas constituídas por

cálcio, potássio e sílica, relacionadas ao xerogel sílico-cálcio-potássico da RAA.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

120

Figura 4.27: Micrografia da amostra T1.1-

xerogel de carbonato de cálcio

Figura 4.28: Micrografia dos produtos

cristalizados nos poros da amostra T1.2

Figura 4.29: Micrografia indicando a

presença de acículas nos poros de T2

Figura 4.30: Microanálise do xerogel T2

(ponto A), possível etringita.

Figura 4.31: Micrografia do xerogel

presente nos poros de T3.

Figura 4.32: Microanálise do óxido de cálcio

(ponto A) presente no xerogel.

Nas barras de argamassa foram identificados produtos com composição sílico-

cálcico-alcalinas em poros preenchidos com xerogéis gretados e maciços (Figura

4.35 e 4.37), além de produtos de hidratação de CH e C-S-H (Figura 4.38) e etringita

secundária em poros semi preenchidos (Figura 4.33).

Capítulo 4 - Análise dos resultados

121

A presença de etringita secundária foi verificada nas barras de argamassa B1, B2 e

S1, fato possivelmente relacionado ao deslocamento de íons sulfatos em regiões

porosas onde ocorre a formação do “gel” hidratado da RAA.

Segundo Owsiak (2003), a co-existência de etringita secundária e “gel” da RAA,

indicam um estágio avançado da reação, fato este possivelmente relacionado à

barras de argamassa com expansões elevadas.

Outra possibilidade da formação da etringita pode estar associada à exposição das

barras de argamassas à temperatura elevada de 80

C, visto que sua ocorrência é

comum em processos de cura térmica de concretos para estruturas pré-moldadas.

Figura 4.33: Micrografia indicando a

presença de acículas nos poros de B1.

Figura 4.34: Microanálise por EDS das

acículas (ponto A) do concreto de B1.

Figura 4.35: Micrograf

ia do xerogel gretado

nos poros da barra G2.

Figura 4.36: Microanálise por EDS do xerogel

gretado.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

122

Figura 4.37:

Micrografia do preenchido com

xerogel maciço.

Figura 4.38: Diversidade de estruturas

observadas na barra S1.

Nos prismas de concreto submetidos ao estudo de temperatura de 38

C e 60

foram

notadas ocorrências de estruturas diversificadas nos concretos moldados com

o mesmo agregado.

O concreto B1 nas duas temperaturas e B2 em T=60

C foi notado poucas estruturas

cristalinas nos poros do concreto, apresentando poros com estruturas compostas

por cálcio e sílica, possivelmente relacionados a C-H, além do xerogel silico-cálcico-

alcalino na forma maciça da RAA, sendo, contudo em T=60

C, observadas a

presença de etringita em meio a produtos cristalinos.

Os concretos G2 e G3 ensaiados para as duas temperaturas apresentaram a

ocorrência de estruturas silico-cálcico-alcalino e acículas de etringita (Figura 4.40),

sendo observado na temperatura de 60

C formações de conglomerados de etringita

isolados nos poros do concreto (Figura 4.41).

Nos prismas de S1 apresentou estruturas cristalinas com elevado teor de cálcio,

indicando a possível presença de carbonatos, além de estruturas compostas por

silício, potássio, alumínio, cálcio, ferro e magnésio, sendo relacionadas a possível

ocorrência de xerogel sílico-cálcico-alcalino e ferro-aluminatos nos poros do

concreto.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

123

Figura 4.39:

Micrografia do poro da amostra

B1 T=38

Figura 4.40: Micrografia dos produtos

cristalizados no poro da amostra G2 T=38

Figura 4.41: Micrografia do conglomerado

de acículas nos poros de G2 T=60

Figura 4.42: Micrografia indicando a

presença de acículas nos poros de T2

4.3 Ensaios com kit colorimétrico

4.3.1 Impregnação em agregados graúdos

Os agregados extraídos dos testemunhos de concreto afetados pela RAA e os

empregados nos ensaios acelerados foram impregnados com os reagentes químicos

do kit colorimétrico, avaliando-se a ação destes reagentes nas rochas estudadas. As

análises visuais seguem ilustradas na Figura 4.43:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

124

(a) (b) (c) (d)

Figura 4.43: Teste colorimétrico em rochas. a) Teste positivo com Na-

cobaltonitrito

para T1.2-A2 , b), c) e d) Teste positivo com rodamina B base para T1.2-

A2, B1 e

G3, respectivamente

Os resultados mostraram que a solução de Na-cobaltonitrito identificou apenas o

agregado T1.2-A2, ao passo que para a rodamina B base, os agregados T1.2-A2,

B1 e G3 tiveram impregnação por este reagente. Este comportamento aponta que a

identificação nos agregados não é decorrente da RAA e sim da presença de íons de

potássio e cálcio livres na superfície destes materiais que interagiram com os

reagentes do kit.

Alguns agregados mostraram na análise química teores de potássio (G3) e cálcio

(B2, G2 e T2) consideráveis, contudo não foram identificados pelos reagentes

colorimétricos, fato possivelmente relacionado à ausência de íons K

e Ca

disponíveis na composição do agregado.

4.3.2 Testes de identificação de patologias em xerogéis

Os xerogéis estudados foram submetidos ao teste de pH, ataque com ácido

clorídrico e aplicação dos agentes tonificantes do kit colorimétrico. Foi utilizado um

padrão de carbonato de cálcio, com pureza de 98%, para comparar visualmente seu

comportamento com o xerogel T1.1 frente à aplicação dos reagentes químicos. Os

resultados seguem apresentados na Tabela 4.16 e nas Figuras 4.44 e 4.45.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

125

Tabela 4.16: Resultados dos testes com xerogéis

Xerogel

Indicativo de cor

(fenolftaleína)

Ataque com HCl (15%)

Cor - agentes colorimétricos

Cobaltonitrito

Rodamina

Padrão Incolor (básico) Efervescência intensa Incolor Incolor

T1.1 Incolor (básico) Efervescência intensa Incolor Incolor

T1.2 Violeta (ácido) Pouca efervescência Amarelo Alaranjado

T3 Violeta (ácido) Pouca efervescência Amarelo Alaranjado

(a) (b)

Figura 4.44:

Amostras de carbonato de cálcio antes e após o ataque com ácido

clorídrico (concentração 15%)

(a) Amostra padrão e (b) Amostra T1.1

Padrão T1.1 T1.2 T3

Figura 4.45: Avaliação do pH com o indicador de fenolftaleína.

A aplicação do agente do indicador de pH e o HCl, apontaram um comportamento

distinto entre xerogéis de origem carbonática e sílico-alcalina, provocando no

primeiro uma elevada efervescência e indicação de acidez (incolor), ao passo que

no segundo grupo ocorreu um comportamento inverso. O efeito de efervescência

observado na amostra padrão e T1.1 (eflorescência) são decorrentes da liberação

de CO

pela ação do HCl, característico de carbonatos, além disso, estes materiais

apresentaram um pH básico, fato que possibilitou uma distinção dos xerogéis da

RAA estudados.

O emprego dos reagentes de cobaltonitrito de sódio e da rodamina B base,

identificaram apenas os xerogéis oriundos dos testemunhos constituídos por granito

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

126

e seixo (amostras T1.2 e T3, respectivamente), tonificando-os com as colorações

amarela e alaranjada. O reagente rodamínico, caracterizado por indicar a presença

de cálcio, não alterou a coloração da amostra T1.1 - caracterizada quimicamente por

apresentar 54% de cálcio em sua composição. Este fato está associado à baixa

disponibilidade dos íons Ca

em reagir, uma vez que se encontra na forma

carbonatada, impossibilitando a ação direta do composto rodamínico.

Com o intuito de avaliar a distinção de cores pelos reagentes do kit colorimétrico,

realizou-se caracterizações visuais pelo microscópio estereoscópico nas amostras

T1.1, T2 e T3, mantendo-se uma mesma taxa de iluminação e a ampliação no

equipamento. Os resultados são apresentados na Figura 4.46.

(a) (b)

Figura 4.46:

Análise microscópic

a dos xerogéis T1.2 e T3 submetidos à

impregnações com os regentes do kit colorimétrico. a) e c) T1.2 e T3 após o

tratamento com Na-

cobaltonitrito, respectivamente, b) e d) T1.2 e T3 após o

tratamento com Na-cobaltonitrito e rodamina B base, respectivamente.

A partir das análises microscópicas, pode-se notar diferenças nas colorações dos

xerogéis submetidos ao Na-cobaltonitrito, sendo a cor amarela da amostra T1.2 mais

intensa que T3. Este fato pode estar relacionado a maior disponibilidade de íons

potássio do xerogel, visto que as análises químicas por AA e semi-quantitativa por

EDS indicaram teores de potássio superiores no xerogel de T3 em relação à T1.2.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

127

Outro aspecto relevante foi a alteração de cor das amostras após a aplicação

seqüencial da rodamina B base (Figura 4.46b e d), atingindo tons mais escuros e

com aspecto alaranjado, indicando a presença de cálcio na composição das

amostras, fato também confirmado nas análises por AA e microanálises.

4.3.3 Testes em testemunhos e amostras aceleradas

4.3.3.1 Testemunhos de concreto

A aplicação do kit colorimétrico foi realizada nos testemunhos de concreto T1.2, T2 e

T3, sendo que para cada testemunho foram extraídos 3 fragmentos de dimensão

máxima de 3,0 x 3,0 cm. O uso das soluções saturadas do kit possibilitou avaliar a

presença da RAA em regiões onde apresentavam a ocorrência de “géis” ou

xerogeís.

Foram feitas observações macroscópica a olho nu e microscópica (estereoscópico)

em fragmentos aplicados inicialmente com o Na-cobaltonitrito e posteriormente com

a rodamina B base. Os resultados são ilustrados nas Figuras 4.47 a 4.51.

(a) (b)

Figura 4.47 Aplicação do Na-cobaltonitrito em T1.2 a) Bordas de reação em torno do

agregado graúdo e b) Identificação de poros preenchidos com xerogel.

Agregado

Argamassa

Xerogel

Borda de reação

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

128

(a) (b)

Figura 4.48 Identificação da RAA com o kit colorimétrico nas amostras T2 (a) e T3 (b).

(a) (b)

Figura 4.49: Análise microscópica de T1.2 submetido ao teste da mancha. a)

Identificação do poro preenchido com xerogel da RAA (ponto 1) e b) Comportamento

em poro semi preenchido (ponto 2).

(a) (b)

Figura 4.50: Aplicação do Na-cobaltonitrito em T1.2. a) Cor avermelhada em poros

semi preenchidos com xerogel e b) Detalhe do xerogel.

Xerogel

Capítulo 4 - Análise dos resultados

129

(a) (b)

Figura 4.51: Aplicação do Na-cobaltonitrito em T2. a) Cor vermelha clara nos grumos

de xerogel e b) Detalhe do xerogel.

A aplicação do Na-cobaltonitrito no concreto indicou a presença da reação nos

testemunhos de concreto T1.2 e T3, sendo identificadas a presença a coloração

amarela em poros preenchidos com xerogel e em bordas de reação nos agregados

(Figura 4.47b), demonstrando um ótimo desempenho do reagente empregado. Este

resultado inicial possibilitou diagnosticar a presença da RAA nestes concretos.

Contudo foi notado na amostra T2, caracterizada por possuir somente poros pouco

preenchidos (grumos de xerogel), que o reagente não produziu a coloração amarela

esperada ou em alguns poros gerou tons róseos claros nas partículas de xerogel

(Figura 4.51a). Este fato também ocorreu em alguns poros do concreto T1.2 (Figura

4.51a), sendo observados também grumos de xerogel com regiões amareladas

(Figura 4.50b).

A ocorrência da coloração rósea pode estar associada à presença de hidroxilas

suscetíveis a formação do Co(OH)

nos xerogéis presentes no substrato, ou a

presença de potássio em níveis muito baixos nos grumos de xerogel, de maneira a

reduzir a ação do reagente nestas regiões, não alterando sua coloração.

O uso subseqüente da rodamina B base nas amostras T1.2 e T3, provocou uma

alteração na cor original dos poros preenchidos com xerogel tornando-os

alaranjados, além de distinguir frentes de evolução do gel da RAA nos poros

totalmente preenchidos (Figura 4.49a) e em interfaces de agregados. Também

foram observadas algumas fissuras na argamassa, decorrentes do mecanismo de

degradação da reação.

Outro comportamento notório foi a impregnação de poros anteriormente não

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

130

identificados pelo reagente de cobalto nas amostras T1.2 e T2 (Figuras 4.48a e

4.49b), mostrando que os grumos de xerogel nos poros apresentavam íons cálcio

em sua composição e possíveis níveis irrisórios de íons potássio. Este fato foi

confirmado pelas análises microestruturais anteriormente realizadas, as quais

indicaram em tais regiões a ocorrência de etringita secundária.

Assim como citado em estudos de Guthrie e Carey (1992), nas amostras de

testemunhos estudados também foram observados freqüentes espalhamentos da

rodamina B base em regiões da argamassa não afetadas pela reação,

possivelmente associadas à presença de compostos hidratados de cálcio ou regiões

generalizadas da pasta deteriorada, as quais sofreram aumento de permeabilidade.

4.3.3.2 Barras de argamassa – NBR 15577-4

As barras de argamassa foram impregnadas com os reagentes químicos para

análise da presença da RAA nas amostras aceleradas em laboratório, além da

análise da frente de evolução do “gel” da reação em interfaces pasta/agregado e do

comportamento do xerogel formado nas barras após a finalização dos ensaios.

As análises realizadas mostraram que as barras de argamassa apresentaram-se

tonificadas após a aplicação dos reagentes, sendo macroscopicamente observável

apenas a cor rósea da rodamina B base na superfície aplicada.

Em função da dificuldade de visualização a olho nu, optou-se pelas visualizações em

microscópio estereoscópico, as quais possibilitaram uma avaliação mais adequada

da identificação da RAA nas barras de argamassa submetidas ao ensaio da

mancha, sendo fundamental no estudo da reação ao longo do tempo, realizado nos

segmentos das amostras B1, G3 e S1. Na Figura 4.52 segue apresentado o

resultado obtido:

Capítulo 4 - Análise dos resultados

131

7d (e = 0,268%)

14d (e = 0,526%)

30d (

e =

0,639%)

30d (

e =

0,239%)

44d (

e =

0,392%)

58d (

e = 0

,535%)

16 d (

e =

0,171%)

30d (

e = 0,318%)

58d (

e =0,545%)

Figura 4.52: Desenvolvimento da RAA em barras de argamassa ao longo do tempo (dias) e

expansão (e).

O estudo da RAA nos segmentos das barras de argamassa identificou

comportamentos diferenciados com a aplicação dos reagentes colorimétricos nos

poros e na argamassa e para cada litologia estudada.

Na amostra B1 foi observada a presença de xerogel da RAA, identificada com tom

amarelado do reagente, sendo também encontrados xerogéis brancos, róseos e

amarelos em poros da argamassa aos 30 dias de ensaio. Na idade 44 dias foram

identificados apenas poros com xerogel de cor rosa e amarela, fato também

observado aos 58 dias, sendo nesta idade notados poros totalmente preenchidos.

Nos segmentos de G3, a identificação da RAA foi pouco notória em poros da

argamassa nas idades de 30 e 44 dias, sendo somente aos 58 dias, notada a

presença freqüente poros parcialmente preenchidos com xerogel e uma maior

impregnação da rodamina B base na pasta e poros do concreto. Em todos os

estágios de observação não foram notados poros totalmente preenchidos com

xerogel.

Na amostra S1 foi observada aos 16 dias de ensaio, a ocorrência do gel da reação,

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

132

pela identificação dos reagentes colorimétricos. Na idade de 30 e 58dias, foram

notados poros com xerogel de cores rósea e alaranjado, além da identificação de

regiões degradadas na argamassa com cores amarela à alaranjado.

As barras de argamassa B2 e G2 também foram notadas a presença de poros

impregnados com os reagentes colorimétricos em poros com total e parcial

preenchimento de xerogel.

Em todas as amostras não foram notadas frentes de evolução do “gel” em interfaces

agregado/argamassa, fato possivelmente relacionado à dimensão e volume dos

agregados empregados nas barras de argamassa. Contudo, foi notória a ocorrência

de xerogéis de composição diversificada, confirmado pela ocorrência de colorações

róseas (ricos em Ca

) e amarelas (ricos em K

) em poros presentes na argamassa.

4.3.3.3 Prismas de concreto – NBR 15577-6 e modificado

Os prismas de concreto submetidos aos ensaios de 38

C e 60

C também foram

testados com os reagentes do kit colorimétrico e, em função da ocorrência de

eflorescências nos prismas de 60

C, também foi realizado testes com fenolftaleína

nesta série para verificar alterações do pH da massa de concreto.

Nos ensaios com o kit, foi realizada uma série de impregnações somente com Na-

cobaltonitrito e outra aplicando em seguida a rodamina B base. Estes ensaios foram

realizados em fragmentos de dimensão máxima de 3,0x3,0cm, sendo os resultados

apresentados nas Figuras 4.53 e 4.54.

Capítulo 4 - Análise dos resultados

133

(a) (b)

Figura 4.53: Testes com Na-cobaltonitrito em prismas de concreto. Amostras de

C de G3 (a) e S1 (b) e de 38

C de G3 (c) e S1 (d).

(a) (b)

Figura 4.54: Teste completo com os reagentes colorimétricos nos prismas de

concreto. Amostras de 60

C de G3 (a) e S1 (b) e de 38

C de G3 (c) e S1 (d).

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

134

As análises com os reagentes colorimétricos indicaram a presença da reação na

maioria dos prismas de concreto estudados.

Nos prismas de concreto B2, G2 e G3 em T=38 e 60

C, tonificados com o reagente

amarelo, foram identificados poros milimétricos semi e totalmente preenchidos com

xerogel, além de nítidas bordas de reação em torno dos agregados, evidenciando a

ocorrência da reação nestes concretos. Após a aplicação do composto rodamínico

foi observado o espalhamento da cor rósea em toda a pasta e a alteração de cor dos

xerogéis dos poros, favorecendo uma distinção das regiões afetadas pela reação.

Nos prismas de S1, ensaiados em T=60

C, a aplicação dos reagentes indicou um

comportamento diferenciado das demais amostras, pois a identificação da reação

pelo Na-cobaltonitrito tornou-se mais evidenciada em regiões onde houve

descolamento do agregado, referentes a interfaces pasta/agregado, além de

produzir em poros preenchidos com xerogel um tom amarelado escuro (Figura

4.53b). A aplicação secundária da rodamina B base, ocasionou um espalhamento na

pasta e reduziu a visualização do reagente amarelo nas regiões de interface dos

agregados, sendo, contudo notado a alteração de tonalidade dos poros com xerogel

para cor alaranjada.

A amostra S1 de T=38

C apresentou um comportamento pouco expressivo da

presença da RAA se comparado com de 60

C. A aplicação do reagente de rodamina

B base provocou uma coloração rósea nas regiões onde houve o descolamento do

agregado, indicando a presença de cálcio. Em função deste comportamento,

realizou-se uma análise microestrutural em um fragmento oriundo destas regiões,

sendo os resultados mostrados nas Figuras 4.55 e 4.56.

Figura 4.55: Micrografia do fragmento de

extraído da interface agregado/pasta.

Figura 4.56: Microanálise por EDS (ponto A)

da pasta do concreto S1 (T=38

C).

Capítulo 4 - Análise dos resultados

135

As análises nestas regiões indicaram a presença de silicatos de cálcio hidratado (C-

S-H) e acículas de etringita em meio a vazios presentes na pasta, indicando a ação

do reagente em regiões não afetadas pela RAA.

No caso dos prismas de concreto de B1 não foi observada a ação positiva dos

reagentes colorimétricos, sendo realizadas repetições para confirmar este

comportamento.

Os testes com fenolftaleína indicaram um pH básico para todos os concretos

estudados, não sendo notória a presença de frentes de carbonatação na seção

transversal dos prismas.

4.4 Análise comparativa de metodologias de avaliação da RAA

Os resultados dos ensaios para as diferentes metodologias desenvolvidas para os

agregados estudados seguem apresentados resumidamente na Tabela 4.17.

Tabela 4.17: Resultados dos testes acelerados e da análise do teste da mancha.

Amostras Petrografia

Barras de

argamassa

Prismas de concreto

NBR 15577 Parte 3 Parte 4 Parte 6 Modificado

Análise reativa nos

ensaios

R R R I

Análise colorimétrica

Análise reativa nos

ensaios

R R I I

Análise colorimétrica

Análise reativa nos

ensaios

R I I R

Análise colorimétrica

Análise reativa nos

ensaios

R R I R

Análise colorimétrica

Análise reativa nos

ensaios

R R R R

Análise colorimétrica

R – Potencialmente Reativo, I – Potencialmente Inócuo,

P – Presença da RAA, A– Ausência da RAA

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

136

As análises realizadas indicaram a potencialidade dos materiais estudados quanto à

potencialidade reativa, sendo observada a presença de xerogel da reação na

maioria das amostras estudadas.

Os resultados dos testemunhos de concreto e do xerogel T1.1 também seguem

sucintamente compilados na Tabela 4.18:

Tabela 4.18: Resumo da análise colorimétrica e microestrutural.

Amostras

Histórico

Petrográfico

Teste da mancha

Análise microestrutural

Xerogel

amarelo

Xerogel

rosa

T1.1

T1.2

R P P

(

)

(

)

R P P

(

)

Os resultados obtidos indicaram a presença da RAA nos testemunhos afetados pela

reação álcali-agregado. Na amostra T1.1, caracterizada como um carbonato de

cálcio, possibilitou indicar a eficiência do método da mancha tão somente de

xerogéis da RAA, ao passo que em T1.2 a ocorrência do xerogel de etringita foi

apenas identificado pela rodamina B base, cuja ação atende aos requisitos de

impregnação de outros mecanismos de deterioração.

137

Capítulo

Neste capítulo são apresentadas as conclusões decorrentes do desenvolvimento do

programa experimental proposto, do trabalho investigativo sobre a reação álcali

agregado e dos aspectos relevantes sobre os reagentes colorimétricos.

5.1 Análise do contexto

5.1.1 Testemunhos de concretos deteriorados e material lixiviado

A análise laboratorial nos testemunhos de concreto permitiu identificar regiões

afetadas por manifestações patológicas diversificadas. Os estudos dos xerogéis

extraídos do interior dos testemunhos de concreto T1.2 e T3, constituídos

respectivamente por agregados pelas litologias de granito e seixo, mostraram uma

diversidade na composição físico-química destes materiais, fato também confirmado

nas análises microestruturais pelo MEV/EDS e DRX.

O xerogel T1.1, retirado da superfície de uma estrutura de concreto com RAA, foi

caracterizado como um carbonato de cálcio, possivelmente formado por um

processo de lixiviação. Ao passo que para o testemunho T2, constituído por

agregados do tipo basalto, foi constatado por microanálises, que os grumos de

xerogel presentes nos poros eram compostos predominantemente por acículas de

etringita, característica de ataque por sulfatos.

As diferentes escalas de observação utilizadas neste trabalho permitiram notar

Capítulo 5 - Considerações finais

138

formas diferenciadas de xerogéis nos poros do concreto, sendo nas observações

em via microscopia ótica dos poros preenchidos e semi-preenchidos nos concretos

associadas, por análises microestruturais, à estruturas cristalinas da RAA e etringita

secundária, respectivamente.

Além disso, as visualizações microestruturais pelo MEV possibilitaram constatar a

freqüentes coexistências de estruturas de etringita e produtos da RAA numa mesma

região (poros), fato que tem sido freqüentemente constatado em pesquisas por

outros países.

5.1.2 Ensaios acelerados em barras de argamassa e prismas de

concreto

Os estudos em agregados submetidos aos ensaios de reatividade mostraram

diversidades entre a potencialidade reativa nos ensaios em barras de argamassa e

prismas de concreto para os litotipos de basalto e granito.

No caso do ensaio em barras de argamassa, apenas o granito G2 apresentou-se

potencialmente inócuo à reação, apesar de diagnosticada através de análise

petrográfica a presença de minerais reativos que o caracterizam como

potencialmente reativo. Como segurança, adota-se um parecer potencialmente

reativo para este material.

Os estudos de reatividade potencial em prismas de concreto para diferentes

temperaturas mostraram uma relação entre o comportamento expansivo e a

variação de peso das barras. Este fato foi comprovado nas amostras B1 e B2 que

apresentaram reduções de peso em T=58

C e decorrente diminuição do nível de

expansões, sendo que para os mesmos materiais submetidos a T=38

C, observou-

se incrementos de peso nas últimas idades e conseqüente elevação das expansões.

Este fato segue em concordância a teoria da ocorrência da reação em decorrência

da presença dos componentes envolvidos: umidade, teor de álcalis no cimento e

agregado reativo.

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

139

Outro aspecto importante é que a formação de eflorescências nos prismas de

concreto de 58

C está relacionada à forma de condicionamento das amostras,

proporcionando fenômenos de lixiviação pela ação de águas puras. As análises

realizadas no material lixiviado dos prismas de S1 indicam uma diminuição do teor

de álcalis no concreto, fato que não afeta significativamente o nível de expansões

dos materiais.

Em relação a idade de avaliação do ensaio em prismas de concreto, observou-se

que a idade de 4 meses mostra-se mais interessante para diagnosticar a

potencialidade reativa do agregado no ensaio acelerado a 58

No tocante à reatividade dos materiais, ambas as metodologias mostraram

resultados favoráveis no diagnostico do potencial reativo dos materiais, sendo em

alguns casos, necessária a realização de ensaios complementares para confirmação

da reação.

5.1.3 Método da mancha – análise qualitativa da RAA

Os reagentes químicos empregados na pesquisa, constituídos pelos reagentes de

Na-cobaltonitrito e rodamina B base possibilitaram o diagnóstico da reação álcali-

agregado em regiões afetadas dos testemunhos com RAA e amostras aceleradas

em laboratório.

O uso do reagente de Na-cobaltonitrito em testemunhos identificou bordas de reação

em interfaces pasta/agregado e em poros preenchidos com xerogel tornando-os

amarelados, sendo confirmada nas análises microestruturais a presença de produtos

da RAA nas regiões onde houve a ação dos reagentes.

A aplicação seqüencial da rodamina B base ocasionou o espalhamento da

tonalidade rósea na pasta, além de alterar a coloração em regiões anteriormente

identificadas pelo reagente amarelo, tornando-as alaranjadas.

Contudo, o comportamento do kit em alguns poros semi preenchidos indicou em tais

regiões, a co-existência de reações com sulfatos. Este fato, foi comprovado nas

análises microestruturais nos testemunhos de concreto T1.2 e T2 e no prisma de

Capítulo 5 - Considerações finais

140

concreto S1 (T=38

C), as quais evidenciaram a presença de estruturas aciculares

(etringita) em regiões submetidas a impregnação com os reagentes colorimétricos.

Dessa forma foi evidente a identificação com a rodamina B base nestes poros,

tornando-os róseos.

Outro aspecto relevante é o desempenho dos reagentes em xerogéis carbonáticos,

mostrando-se inerte à identificação em reações de carbonatação.

A inserção do teste da mancha como diagnóstico de presença da reação nas

amostras aceleradas, mostrou-se favorável, identificando regiões degradadas pela

reação e evidenciando o desenvolvimento do “gel” da RAA em barras de argamassa.

5.2 Conclusões

Em função das considerações e estudos realizados são feitas as seguintes

conclusões:

 A composição de análises petrográfica e difratométrica mostra-se

favorável no diagnóstico e entendimento dos minerais reativos que

participam da reação;

 Os xerogéis extraídos de testemunhos de concretos constituídos por

diferentes litologias apresentam composição química diversificada,

comprovando a proposição de Taylor (1990);

 O método das barras de argamassa apresenta uma inconsistência no

resultado de reatividade dos granitos, uma vez que em outros ensaios o

mesmo foi caracterizado como potencialmente reativo;

 Os ensaios em prismas de concreto apresentam inconsistências no

diagnóstico da reação para litologias granítica e basáltica;

 O ensaio em prismas de concreto à 60

C mostra-se adequado para

aceleração da reação, apontando na idade de 4 meses como favorável no

indicativo do potencial reativo dos agregados;

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

141

 A utilização de ensaios combinados de avaliação mineralógica dos

agregados (petrografia/DRX) e de interação agregado/cimento (ensaios

acelerados) é imprescindível na conduta de verificação da potencialidade

reativa do agregado;

 Na maioria dos ensaios realizados é evidenciada a co-existência da RAA e

etringita secundária, sendo também comum nos testemunhos de concreto,

indicando que tais fenômenos podem participar ativamente de efeitos

expansivos em função das condições comuns entre patologias.

 O teste colorimétrico mostra-se como uma ferramenta orientativa

satisfatória, apresentando distinções entre manifestações patológicas co-

existentes no concreto tais como a RAA, a carbonatação e a etringita

secundária;

 A identificação com o Na-cobaltonitrito apresenta um ótimo desempenho

de identificação nas amostras estudadas, sendo claramente observados

poros preenchidos com xerogel e bordas de reação;

 O uso isolado do Na-cobaltonitrito é suficiente para diagnosticar a

presença da RAA em concretos afetados pela reação;

 Em termos de padronização do reagente de Na-cobaltonitrito, a

intensidade da cor amarela não deve estar associada ao teor total de

potássio presente no xerogel e sim aos íons disponíveis ou solúveis;

 O emprego do reagente de rodamina B base favorece a identificação de

fissuras no concreto e de mecanismos de deterioração em amostras

afetadas pela RAA, complementando a distinção observada com o Na-

cobaltonitrito;

 Ambos os reagentes químicos apresentam-se tóxicos em longos períodos

de exposição, sendo de fácil disseminação na aplicação e exigindo o uso

de equipamentos de proteção;

Capítulo 5 - Considerações finais

142

5.3 Sugestões para pesquisas futuras

O desenvolvimento da pesquisa possibilitou a geração de algumas propostas para a

realização de trabalhos futuros, com o intuito de abordar aspectos relevantes que

não vieram a ser tratados na presente dissertação, sendo contudo, de grande

importância para o desenvolvimento do método da mancha, a saber:

 Produzir em laboratório amostras submetidas à aceleração de reações de

carbonatação e ataque de sulfatos, realizando séries de impregnações com

reagentes colorimétricos e compatibilizando os resultados observados com

análises microestruturais;

 Realizar estudos com os reagentes do kit RAA em testemunhos de concreto

provenientes de diferentes estruturas (fundações, túneis, pavimentos e

barragens) que apresentem um quadro de degradação da reação;

 Realizar a aplicação do kit RAA diretamente em estruturas que apresentem

quadros de fissuração da RAA e avaliar procedimentos de aplicação do

reagente em campo frente a aspectos relacionados à aplicação direta na

superfície degradada ou extração do concreto;

 Desenvolver estudos relacionados aos métodos qualitativos (acetado de

uranila e mancha) de identificação da RAA em campo em amostras de

concreto, abordando aspectos de avaliação, viabilidade e custo.

143

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ANEXO

A.1 Ensaios de difração de raios X

Os ensaios de difração de raios-X foram realizados nos agregados submetidos aos

ensaios de reatividade potencial, nos agregados extraídos dos testemunhos, nos

xerogéis extraídos do interior dos testemunhos e na eflorescência formada no

prisma de concreto S1.

Os agregados foram macerados em almofariz cerâmico, tomando-se o cuidado de

realizar a limpeza do recipiente com ácido nítrico e clorídrico para evitar mistura de

materiais remanescentes de cada série de moagem.

Em função da quantidade de material dos xerogéis e da eflorescência, realizou-se o

preparo destas amostras no almofariz de ágata, sendo o material coletado e inserido

num frasco e identificado.

Os porta-amostras utilizados foram escolhidos em função da quantidade de material

para análise no equipamento de difração. É importante lembrar que como este

ensaio é destrutivo, ou seja não compromete a composição da amostra, foi realizado

o reaproveitamento do material para as análises químicas.

Nas Figuras A.1 a A.8 são apresentados os difratogramas das análises realizadas

no LFQ da UNESP:

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

151

Figura A.1: Análise mineralógica por DRX dos agregados do testemunho T1.2

ANEXO A – Ensaios de Difração de raios X

152

Figura A.3: Análise mineralógica por DRX do agregado do testemunho T3

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

153

Figura A.4: Análise mineralógica por DRX do agregado G2 para compósitos de argamassa e concreto

ANEXO A – Ensaios de Difração de raios X

154

Figura A.5: Análise mineralógica por DRX do agregado G3 para compósitos de argamassa e concreto

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

155

Figura A.6: Análise mineralógica por DRX do agregado B1 para compósitos de argamassa e concreto

ANEXO A – Ensaios de Difração de raios X

156

Figura A.7: Análise mineralógica por DRX do agregado B2 para compósitos de argamassa e concreto

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

157

Figura A.8: Análise mineralógica por DRX do agregado S1 para compósitos de argamassa e concreto

ANEXO A – Ensaios de Difração de raios X

158

Figura A.9: Difratograma do material lixiviado do prisma de concreto S1

ANEXO

B.1 Ensaios de reatividade potencial

Neste item segue apresentado as planilhas de acompanhamento dos ensaios de

reatividade potencial em barras de argamassa e prismas de concreto (T=38

C e

C):

Tabela B.1: Expansões em barras de argamassa – amostras B1 e B2

Laboratório CESP de

Engenharia Civil

Sigla DIAS

Leituras entre pinos (mm) Expansão dos moldes (%)

Bar.1 Bar.2 Bar.3 Bar.1 Bar.2 Bar.3 MÉDIA

0 -0,315 -0,427 0,163 0,000 0,000 0,000 0,000

1 -0,293 -0,404 0,186 0,007 0,008 0,008 0,008

5 0,105 -0,032 0,538 0,143 0,134 0,127 0,135

7 0,505 0,366 0,919 0,278 0,269 0,256 0,268

14 1,283 1,109 1,678 0,542 0,521 0,513 0,526

1,379 1,198 1,778 0,575 0,552 0,547 0,558

21 1,496 1,314 1,913 0,615 0,591 0,593 0,599

28 1,601 1,418 2,022 0,650 0,626 0,630 0,635

1,616 1,427 2,033 0,655 0,629 0,634 0,639

37 1,672 1,484 2,086 0,674 0,649 0,652 0,658

44 1,716 1,524 2,130 0,689 0,662 0,666 0,673

51 1,747 1,558 2,170 0,700 0,674 0,680 0,685

1,760 1,570 2,182 0,704 0,678 0,684 0,689

0 0,148 -0,571 0,449 0,000 0,000 0,000 0,000

1 0,166 -0,553 0,463 0,006 0,006 0,005 0,006

5 0,186 -0,528 0,494 0,013 0,015 0,015 0,014

7 0,190 -0,525 0,498 0,014 0,016 0,017 0,015

14 0,580 -0,158 1,037 0,146 0,140 0,199 0,162

0,870 0,138 1,360 0,245 0,241 0,308 0,265

21 1,523 0,795 2,027 0,466 0,464 0,534 0,488

28 2,161 1,442 2,660 0,682 0,684 0,748 0,705

2,280 1,562 2,781 0,722 0,724 0,789 0,745

37 2,625 1,930 3,130 0,839 0,849 0,907 0,865

44 2,875 2,185 3,379 0,924 0,936 0,992 0,951

51 3,072 2,384 3,559 0,991 1,004 1,053 1,016

3,202 2,515 3,694 1,035 1,048 1,098 1,060

Núcleo de Tecnologia do Concreto

ANEXO B – Ensaios de reatividade potencial

160

Tabela B.2: Expansões em barras de argamassa – amostras G2 e G3

Laboratório CESP de

Engenharia Civil

Sigla DIAS

Leituras entre pinos (mm) Expansão dos moldes (%)

Bar.1 Bar.2 Bar.3 Bar.1 Bar.2 Bar.3 MÉDIA

0 -0,400 0,386 0,043 0,000 0,000 0,000 0,000

1 -0,391 0,398 0,057 0,003 0,004 0,005 0,004

5 -0,369 0,420 0,082 0,011 0,012 0,013 0,012

7 -0,369 0,421 0,079 0,011 0,012 0,012 0,012

14 -0,326 0,468 0,122 0,025 0,028 0,027 0,027

-0,299 0,492 0,147 0,034 0,036 0,035 0,035

21 -0,254 0,536 0,189 0,050 0,051 0,049 0,050

28 -0,208 0,571 0,237 0,065 0,063 0,066 0,065

-0,199 0,599 0,250 0,068 0,072 0,070 0,070

37 -0,150 0,640 0,295 0,085 0,086 0,085 0,085

44 -0,096 0,702 0,357 0,103 0,107 0,106 0,106

51 -0,020 0,768 0,427 0,129 0,129 0,130 0,129

0,031 0,818 0,483 0,146 0,146 0,149 0,147

0 0,259 0,310 -0,129 0,000 0,000 0,000 0,000

1 0,280 0,330 -0,101 0,007 0,007 0,009 0,008

5 0,319 0,368 -0,069 0,020 0,020 0,020 0,020

7 0,337 0,388 -0,044 0,026 0,026 0,029 0,027

14 0,470 0,511 0,075 0,071 0,068 0,069 0,070

0,533 0,569 0,138 0,093 0,088 0,091 0,090

21 0,680 0,711 0,280 0,143 0,136 0,139 0,139

28 0,913 0,932 0,511 0,222 0,211 0,217 0,216

0,979 0,999 0,576 0,244 0,233 0,239 0,239

37 1,204 1,215 0,813 0,320 0,306 0,319 0,315

44 1,429 1,437 1,047 0,396 0,382 0,399 0,392

51 1,657 1,661 1,298 0,473 0,457 0,484 0,472

1,844 1,847 1,490 0,537 0,520 0,549 0,535

Núcleo de Tecnologia do Concreto

Camilo Mizumoto. Dissertação de Mestrado. PPGEC/UNESP, 2009

161

Tabela B.3: Expansões em barras de argamassa – amostras S1 e M2

Laboratório CESP de

Engenharia Civil

Sigla DIAS

Leituras entre pinos (mm) Expansão dos moldes (%)

Bar.1 Bar.2 Bar.3 Bar.1 Bar.2 Bar.3 MÉDIA

0 0,861 -1,425 1,023 0,000 0,000 0,000 0,000

1 0,888 -1,399 1,055 0,009 0,009 0,011 0,010

5 0,954 -1,336 1,114 0,031 0,030 0,031 0,031

7 1,010 -1,282 1,168 0,050 0,049 0,049 0,049

14 1,274 -1,012 1,458 0,140 0,141 0,147 0,142

1,358 -0,928 1,546 0,168 0,169 0,177 0,171

21 1,525 -0,763 1,724 0,224 0,225 0,237 0,229

28 1,727 -0,558 1,930 0,293 0,295 0,306 0,298

1,791 -0,506 1,993 0,314 0,313 0,328 0,318

37 1,960 -0,338 2,176 0,371 0,370 0,389 0,377

44 2,125 -0,173 2,356 0,427 0,426 0,450 0,435

51 2,300 -0,009 2,542 0,486 0,482 0,513 0,494

2,439 0,154 2,692 0,533 0,538 0,564 0,545

0 0,121 -0,786 0,378 0,000 0,000 0,000 0,000

1 0,141 -0,769 0,400 0,007 0,006 0,007 0,007

5 0,145 -0,759 0,406 0,008 0,009 0,009 0,009

7 0,148 -0,759 0,407 0,009 0,009 0,010 0,009

14 0,156 -0,746 0,421 0,012 0,014 0,015 0,013

0,169 -0,732 0,436 0,016 0,018 0,020 0,018

21 0,204 -0,696 0,479 0,028 0,031 0,034 0,031

28 0,261 -0,642 0,541 0,047 0,049 0,055 0,051

0,291 -0,609 0,578 0,058 0,060 0,068 0,062

37 0,360 -0,538 0,664 0,081 0,084 0,097 0,087

44 0,462 -0,431 0,779 0,116 0,121 0,136 0,124

51 0,592 -0,301 0,915 0,160 0,165 0,182 0,169

0,693 -0,199 1,024 0,194 0,200 0,219 0,204

Núcleo de Tecnologia do Concreto

ANEXO B – Ensaios de reatividade potencial

162

Tabela B.4: Análise das expansões em prismas de concreto ensaiados em duas temperaturas

Laboratório CESP de Engenharia Civil

Agregado

Expansão - 38

C Expansão - 60

% expansão do ensaio

modificado/normalizado

mês

meses

mês

meses

B1 0,05 0,009 0,011 0,013 0,040 0,065 -0,008 -0,003 0,000 -0,005 -0,012 -

- - -

B2 0,06 0,008 0,008 0,006 0,005 0,013 0,001 0,001 0,001 -0,003 -0,004 -

- - -

G2 0,011 0,015 0,018 0,017 0,018 0,021 0,007 0,013 0,026 0,040 0,062 -

18,7 47,5 65,9

G3 0,006 0,009 0,011 0,013 0,022 0,028 0,004 0,020 0,046 0,072 0,075 -

38,5 61,0 62,6

S1 0,003 0,007 0,010 0,024 0,062 0,077 0,005 0,033 0,053 0,062 0,060 -

31,7 19,8 21,8

M2* -0,002 0,009 0,010 0,011 -0,001 -0,002 0,002 0,003 0,001 0,001 -0,001 -

- - -

Núcleo de Tecnologia do Concreto

* Moldado com agregado inócuo.

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