Influência da adição de cal hidratada na carbonatação de betões de elevado volume de cinzas volantes

Abstract

A corrosão das armaduras do betão é uma das formas de dano mais grave e frequente nas estruturas dos edifícios, gerando globalmente custos astronómicos de 3.4% do PIB global, não incluindo custos indiretos. Uma das maiores contribuições é o ataque por carbonatação, cuja tendência é de agravamento no futuro devido à crescente agressividade ambiental, à pressão populacional mundial, à produção de cimento mais refinado e mais reativo, ou à maior capacidade de incorporação de cinzas volantes no betão, como substituição do cimento. O uso de materiais pozolânicos oferece não só vantagens técnicas e económicas, mas também de ordem ecológica e de sustentabilidade mas, quando o volume de incorporação é elevado o betão poderá ser vulnerável a um ataque por carbonatação. A presente tese tem como objetivo a avaliação da introdução de cal hidratada, como forma de mitigar o ataque por carbonatação em betões com elevado volume de cinzas volantes, como substituição do cimento. Foram produzidas misturas com reduzida razão A/L, com 50% de cinzas volantes e 50% de cimento, às quais foi adicionado cal hidratada como substituição do agregado fino. Utilizando provetes em pastas, argamassas e betões, executaram-se diversos ensaios ao longo de 730 dias, incluindo após carbonatação natural e acelerada, tais como: profundidade de carbonatação, resistência à compressão, variação da massa, ultrassons, resistividade elétrica, absorção de água, PIM, ATS, DRX, MEV, EDD, pH e de teor de água. Executaram-se com sucesso análises estatísticas com modelos lineares generalizados mistos, na investigação de 4 precondicionamentos, 3 meios de medição da profundidade de carbonatação e 2 indicadores ácido-base (timolftaleína e fenolftaleína). Adicionalmente abordou-se uma nova metodologia de avaliação da carbonatação (EIE) e desenvolveu-se um procedimento para o ensaio de dissolução seletiva com HF, com excelentes resultados. Concluiu-se que a introdução de cal hidratada foi competente na redução do ataque por carbonatação, possivelmente pela precipitação de carbonato de cálcio na matriz cimentícia, reduzindo a porosidade aberta, a dimensão média e crítica da rede porosa, bem como a sua distribuição. No entanto, também foi promovida a redução do pH, a produção de compostos hidratados e a descalcificação desses mesmos compostos após carbonatação.

Corrosion is one the most severe types of damage found on reinforced concrete structures, and it is responsible for repair and conservation costs that rise to an estimate equivalent of 3.4% GDP. Carbonation related damage is seen as a growing threat to concrete structures safety, due to increasing environmental aggressiveness and worldwide population growth, but also as a consequence of industry tendency to produce refined and reactive cements, using larger amounts of fly ash as cement replacer. To face such challenge, the use of pozzolanic materials in the making of reinforced concrete offers advantages not only from and economic but also from and ecological and sustainable points of view. However, it is also known that the excessive use of such materials may result into vulnerable concretes due to carbonation associated hazards. This research was set in motion to provide an assessment of the use of hydraulic lime to mitigate carbonation caused damage threats to concretes made with high rates of fly ash as a replacement for Portland cement. Different W/B ratio concrete mixes with 50% of fly ash and 50% of cement, with hydraulic lime as a replacement for fine aggregates were designed. Paste, mortar and concrete specimens were tested during a period of 730 days that included natural and accelerated carbonation tests, such as: carbonation depth, strength, mass variation, ultrasonic and electrical resistivity tests, water absorption, MIP, STA, XRD, SEM, EDX, pH, and water content. The test results were statistically analysed using generalized linear mixed models, 4 preconditioning’s, 3 carbonation depth measurement means and 2 acid-base indicators (thymolphthalein and phenolphthalein). A new carbonation assessment methodology (Electrochemical Impedance Spectroscopy) and experimental procedure for HF selective dissolution were also designed and successfully tested. The research results show that hydraulic lime presents high performance in reducing carbonation damage in concretes, due to calcium carbonate precipitation in the cement matrix, reducing open porosity, the average and critical size of the porous network, as well as its distribution. Lower pH, and reduced amounts of produced hydrated compounds showing higher decalcification after carbonation, were other achieved results.