Carbonatação

A carbonatação é uma reação físico-química responsável pela redução da alcalinidade da solução dos poros do concreto. Quando essa perda de alcalinidade atinge a região em contato com a armadura, pode levar à despassivação do aço, deixando-o vulnerável à propagação da corrosão. Esse processo de corrosão, induzido pela carbonatação, pode ser classificado do tipo generalizado, manifestando-se, usualmente, de maneira uniforme.

A solução dos poros do concreto se apresenta, inicialmente, saturada pelos compostos alcalinos hidratados e pelo hidróxido de cálcio presentes na matriz cimentícia. A neutralização desta matriz pode ser provocada pelos agentes agressores existentes na atmosfera, sendo que os principais constituintes são o gás carbônico (CO2), o dióxido de

enxofre (SO2) e o gás sulfídrico (H2S) (CAZMIERCZAC & HELENE, 1993).

A carbonatação é um fenômeno que ocorre entre a portlandita (hidróxido de cálcio - CH) e o CO2 presente no ar, e tal reação depende diretamente da umidade relativa do ar, da

concentração de CO2, da pressão de penetração, da temperatura do meio ambiente, além

do traço e adensamento do concreto (ATIS, 2003). Segundo Chang et al. (2003) a

Grau aceitável CO2, Cl- diferença de potencial, H2O, O2 Iniciação Propagação Vida útil Tempo G rau d e c o rr o são

carbonatação é um fenômeno importante na verificação da durabilidade do concreto, especialmente em cidades industrializadas, onde o teor de dióxido de carbono está acima da média, facilitando a carbonatação desse material.

Quanto ao ambiente, as condições básicas para a reação são a presença de dióxido de carbono no ar e de umidade. Para uma temperatura entre 20 a 25 ºC e umidade relativa entre 50 a 80 %, a velocidade de carbonatação é máxima (COELHO, 2002; SIMAS, 2007, PAULETTI et al., 2007). O tipo de concreto também interfere na propagação da carbonatação. Altas relações a/c, resultam em concretos porosos e, portanto, aumentam as chances de difusão do CO2 entre os poros. O adensamento irá influenciar na permeabilidade

do concreto.

O dióxido de carbono penetra nos poros do concreto, dilui-se na umidade presente na estrutura e forma o composto chamado ácido carbônico (H2CO3). Esse ácido reage com

alguns componentes da pasta de cimento hidratada e resulta em água e carbonato de cálcio (CaCO3). O composto que reage rapidamente com o H2CO3 é o hidróxido de cálcio

(Ca(OH)2). O carbonato de cálcio não deteriora o concreto, porém durante a sua formação,

consome os álcalis da pasta (Ca(OH)2 e C-S-H) e reduz o pH (TOKUDOME, 2009).

A reação que define a carbonatação do CH pode ser representada na Equação 1:

(1)

A cobertura alcalina que envolve a armadura preserva a estabilidade do filme passivo sobre o aço. Normalmente, a alcalinidade promovida pela presença dos álcalis na solução dos poros e cerca de 20%, em massa, de hidróxido de cálcio sólido são suficientes para manter o pH acima de 12. O valor mínimo do pH para conservar a estabilidade do filme passivo é cerca de 11,5. Valores abaixo deste, verificados na região carbonatada, podem resultar na destruição do filme passivador e, consequentemente, na corrosão da armadura (CHANG et al., 2003; MEHTA & MONTEIRO, 2008).

Do ponto de vista físico, ocorre a deposição do carbonato nos poros, obturando-os e colmatando-os, ao longo do tempo. Com isso, os poros ficam menos interconectados. Desta forma, a própria carbonatação consiste em barreira eficaz contra si mesma e a colmatação dos poros colabora com o aumento da dureza superficial do concreto, fato benéfico a concretos sujeitos a abrasão, além de, também, aumentar a proteção contra a ação de sulfatos (HELENE, 1993).

Alguns pesquisadores mostraram a influência do uso de agregados alternativos na frente de carbonatação de matrizes cimentícias.

Em pesquisa feita com concretos utilizando resíduo da construção civil como agregado miúdo, a substituição total da areia provocou um aumento de 6% da profundidade de carbonatação aos 180 dias em ambiente com 20% de CO2 (MOURA et al., 2007).

Hoppe et al. (2007) avaliaram o efeito da carbonatação em ensaio acelerado em concretos utilizando a cinza da casca do arroz como substituto do cimento. Os resultados indicaram que a adição do resíduo levou a um aumento da frente de carbonatação. Além disso, os concretos utilizando cinzas não moídas apresentaram valores de profundidade de carbonatação maiores do que aqueles que utilizaram as cinzas moídas previamente.

Em estudos de concretos com cinza volante, Atis (2004) apresentou uma relação entre porosidade, carbonatação e resistência à compressão. Quanto menor a porosidade e maior a resistência à compressão, menor é a profundidade de carbonatação do concreto (Figura 3.3).

Figura 3.3 _{– Esquema tridimensional da relação entre carbonatação, resistência à compressão}

e porosidade em concretos

(Fonte: adaptado de Atis, 2004)

A aplicação da cinza volante em concretos também foi verificada por Younsi e outros (2011). Independentemente do tipo de cura, os resultados mostraram que o concreto com adição do resíduo como substituto do cimento apresentou resistência à propagação da carbonatação assim como o concreto de referência.

Sim e Park (2011) analisaram a profundidade de carbonatação em concretos feitos com agregados reciclados de concreto (miúdo e graúdo) e cinza volante, em diferentes proporções. A substituição de até 30% de agregado miúdo reciclado mostrou um aumento na profundidade de carbonatação com a adição de cinza volante como material pozolânico. Esse fenômeno foi explicado pela redução do teor de álcalis presente nos materiais cimentícios. Essa redução se deu pela substituição parcial do cimento na mistura do

Carbo na ta çã o (m m ) Resistência à compressão (MPa) Porosidade (%) 15 10 5 0 20 40 60 80 6 12 10 8

concreto e pela formação de silicato de cálcio hidratado na reação pozolânica, a qual absorve íons alcalinos, diminuindo o nível de pH do concreto.

Sarmento e Vanderlei (2011) apresentaram um estudo de durabilidade de concreto com incorporação da areia de cinza do bagaço da cana-de-açúcar com base, dentre outras verificações, na profundidade da carbonatação em ensaio acelerado. Os resultados demonstraram que a substituição de até 30% da areia por cinza não diminuiu a capacidade do concreto de resistir à carbonatação. Em outro estudo, Lima et al. (2011) concluíram que a frente de carbonatação natural de concretos produzidos com 30% e 50% de areia de cinza da cana-de-açúcar é similar ao concreto sem adição das cinzas.

Apesar da ação da carbonatação poder ser prejudicial em estruturas de concreto, em muitos casos, para uma análise comparativa, Kulakowski (2002) afirma que a investigação em argamassas é mais vantajosa do que em amostras de concreto. Isso se justifica, pois as dimensões e consumo de materiais em corpos de prova de argamassa são bastante reduzidos e cuja leitura pode ser mais clara. O concreto pode apresentar uma profundidade de carbonatação inferior a da argamassa, pois a fração de agregado graúdo estabelece uma área menor sujeita a poros permeáveis, contribuindo como barreira para o avanço da frente de carbonatação. Além disso, dificuldade de realização de leituras durante o ensaio em concretos pode levar à maior variabilidade das medidas de profundidade de carbonatação, pois o agregado graúdo apresenta porosidade inferior à da matriz composta pela pasta de cimento. A forma do corpo de prova também influencia na propagação da carbonatação, sendo que, nos corpos de prova prismáticos, esta frente pode ser menor do que aquela verificada em corpos de prova cilíndricos.

Khunthongkeaw et al. (2006) verificaram que a adição de cinza volante em corpos de prova de argamassa com até 30% de substituição ao cimento não provocou diferenças significativas de profundidade de carbonatação entre argamassas e concretos.

Wolf (2010) também utilizou corpos de prova de argamassas com cimento branco e diferentes teores de calcário para verificar o efeito da carbonatação. Considerando as mesmas condições para ambas as amostras, as argamassas com cimento branco apresentaram frente de carbonatação inferior às argamassas com cimento cinza. Além disso, para elevados teores de adição de calcário, pode-se perceber alguma interação química entre este material e a pasta, o que provocou o aumento da carbonatação nas argamassas com adição.