Carbonatação

A concentração do gás carbônico (CO2) no meio ambiente varia de um lugar para o outro,

mas nunca chega a ser zero. Em ambientes rurais, em geral, a concentração de gás carbônico é a mais baixa, sendo cerca de 0,03%. Em grandes centros urbanos, essa concentração pode chegar a até 1% e, essa grande diferença, contribui significativamente para a diminuição da vida útil das estruturas, onde quanto maior a concentração, maior será a velocidade de carbonatação (NEVILLE, 2016).

O dióxido de carbono presente na atmosfera penetra na matriz porosa do concreto e se dissolve, alterando o equilibro químico do meio, conforme mostra a Figura 2 (LUCENA, 2016). Ao se diluir na umidade presente na estrutura, ocorre a formação do ácido carbônico (H2CO3), o

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Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo

qual reage com o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2 ou CH] presente na pasta de cimento hidratada, resultando em água e carbonato de cálcio (CaCO3). O carbonato de cálcio não irá deteriorar o concreto, porém irá consumir os álcalis da pasta (CH e C-S-H) e, com isso, reduzir o pH. (RIBEIRO, 2014).

Figura 2 – Processo de carbonatação

Fonte: CASCUDO 2005, apud, LUCENA (2016)

O ingresso de CO2 ocorre por difusão através dos poros do concreto. Caso houver alta

umidade, a frente de carbonatação pode ser quatro vezes mais lenta do que em condições normais e, caso seja muito baixa, o CO2 permanece na forma gasosa e não reage com os componentes da

pasta (NEVILLE, 2016).

Segundo Lucena (2016), os valores de umidade onde ocorre maior carbonatação são entre 60% e 85%. Acima e abaixo desses valores, a carbonatação torna-se muito lenta. Quando acima, a difusão do gás acaba sendo muito menor, sendo que acima de 95% de umidade não ocorre carbonatação. Quando abaixo de 60% e, quanto mais baixo for a umidade, a carbonatação também será lenta, pois o CO2 necessita da água para reagir, logo, quando sua concentração é baixa, a frente

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de carbonatação se tornará mais lenta. A Figura 3 apresenta a percentagem de carbonatação de acordo com a umidade relativa do ambiente, segundo Cascudo e Carasek (2011).

Figura 3 – Percentagem de carbonatação/umidade relativa do ambiente

Fonte: Cascudo e Carasek (2011).

O processo de carbonatação, em seu início, ocorre de forma mais rápida e, ao longo dos anos, sua velocidade vai diminuindo. Essa diminuição na velocidade de carbonatação é resultado da diminuição da porosidade do concreto, que ocorre devido a precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3), o qual preenche os poros, diminuindo a entrada do dióxido de carbono (CASCUDO e

CARASEK, 2011). Neville (2016) comprova essa teoria citando que a profundidade de carbonatação aumenta na proporção da raiz quadrada do tempo, expressa pela equação 1.

D = kt0,5 (1) Onde:

D = profundidade de carbonatação (mm); k = coeficiente de carbonatação (mm/ano0,5); t = tempo de exposição (anos).

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Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo

Essa expressão é válida para umidades onde ocorre a maior taxa de carbonatação, para teores de umidade acima e abaixo do mencionado anteriormente, essa fórmula não é válida (NEVILLE, 2016).

Cascudo e Carasek (2011) também trazem uma divergência quanto ao fato da diminuição da porosidade e desaceleração da carbonatação. Mesmo comprovada a redução da porosidade total, uma porosidade mais fina inserida nas faixas dos poros capilares é aumentada, em consequência da decomposição do silicato de cálcio hidratado (C-S-H).

Cascudo e Carasek (2011) ainda relatam que a carbonatação pode induzir a retração do concreto, devido à perda de moléculas de água na reação principal e a diminuição do volume da pasta de cimento endurecida, os quais implicam na redução volumétrica do concreto. Essa retração pode trazer fissuras a superfície exposta, porém, não é um fenômeno significativo, pois o fenômeno ocorre apenas na região carbonatada e a mesma apresenta um volume relativamente pequeno em relação a toda estrutura.

A utilização de cimentos compostos, como com adições de escórias de alto-forno e pozolanas, pode contribuir positivamente quanto negativamente à frente de carbonatação. Quando há adições destes minerais ao concreto, a quantidade de Ca(OH)2 é reduzida, tendo em vista a

reação deste composto com a sílica presente nas cinzas volantes. Devido à redução do Ca(OH)2, a

quantidade de CO2 necessária para remoção total do composto é menor. Porém, o efeito fíler

(físico) e pozolânico (químico), produz um sistema de poros mais denso, resultando em uma menor porosidade do concreto, o que dificulta a entrada do gás (NEVILLE, 2016).

O que irá determinar se a utilização de cimentos compostos trará benefícios ou malefícios a estrutura será o processo de cura. A utilização de cimentos compostos necessita de uma cura adequada, para total reação das adições. Esse processo de cura sendo realizado da maneira indicada (mais prolongado do que o cimento comum), reduzirá a permeabilidade do concreto. Contudo, se este processo não for adequado, ficando as adições sem reagir completamente, a utilização de cimentos compostos será prejudicial, aumentando a permeabilidade do concreto (CASCUDO e CARASEK, 2011). A Figura 4 exemplifica essa relação entre a cura e a permeabilidade.

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Figura 4 – Permeabilidade do concreto em relação a cura

Fonte: Cascudo e Carasek (2011).

O principal fator negativo com o processo de carbonatação é a corrosão das armaduras. Quando o concreto armado está em pleno funcionamento, as armaduras possuem uma camada de passivação, a qual está aderida fortemente ao aço, protegendo contra reações do oxigênio e da água. Essa camada possui pH elevado, desse modo, quando o pH baixo atinge essa camada, o filme de óxidos que constituem a camada de passivação é removido, deixando as armaduras expostas a ação do oxigênio, facilitando a corrosão (NEVILLE, 2016).

O concreto possui um meio altamente alcalino, com seu pH variando entre 12,5 a 13,5. Essa alta alcalinidade é proveniente da fase líquida constituinte dos poros, a qual é composta essencialmente de hidróxidos alcalinos, tendo uma alta concentração de íons OH-. Os compostos presentes nos poros são constituídos por uma solução mista de hidróxido de sódio (NaOH) e de hidróxido de potássio (KOH), originados dos álcalis do cimento (CASCUDO e CARASEK, 2011). De modo geral, o pH de precipitação do composto formado pela reação, o CaCO3, situa-se

entre 8,3 e 9,0 à temperatura ambiente. A película passivadora possui um valor crítico de pH entre 11,5 a 11,8, a qual estando abaixo disso, pode resultar na despassivação. Então, quando a frente de carbonatação atinge essa camada, devido ao baixo pH, provocará essa instabilidade (CASCUDO e CARASEK, 2011).

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Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo

Ao atingir esta frente de carbonatação e posterior despassivação das armaduras, começa a corrosão do aço, tal como se estivesse exposto à atmosfera sem qualquer proteção, porém com um agravante: a umidade presente no interior do concreto (CASCUDO e CARASEK, 2011). Inicialmente, começam a aparecer manchas sobre as barras de aço, seguidos por fissuras e por fim reduz-se o tamanho da seção, junto com a perda de aderência da barra ao concreto. Esses fatores levam ao comprometimento da segurança estrutural ao longo do tempo (RIBEIRO, 2014). Além de mudanças nas propriedades do concreto, como o traço, fator a/c, entre outros fatores já mencionados, outras medidas podem ser adotadas a fim de evitar a corrosão das armaduras: utilização de aditivos inibidores de corrosão; proteção catódica da armadura; revestimento da armadura; utilização de barras em aço inox; revestimento do concreto com recobrimentos protetores. Todas essas medidas podem elevar o custo final, porém, dependendo do ambiente em que a estrutura estará exposta, como por exemplo túneis, onde há alta concentração do CO2, essas medidas podem ser viáveis, tendo em vista a diminuição dos custo com manutenção

(RIBEIRO, 2014).

No Brasil, a alternativa de proteção mais utilizada é a de revestimento do concreto. O objetivo é evitar ou minimizar o ingresso do dióxido de carbono nas estruturas e os materiais mais utilizados são: tintas à base de resina epóxi, acrílica, poliuretana, vinílica, tintas asfálticas e betumes, além do possível revestimento de argamassas impermeáveis. Para cada material empregado, devem ser respeitadas as indicações do tempo e quantidade de aplicação, para que não atrapalhe os processos químicos do concreto (RIBEIRO, 2014).