Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/83814
Tipo: Dissertação
Título: Carbonatação em compósitos cimentícios: influência do precondicionamento e do uso de sílica ativa e nanosílica
Título(s) alternativo(s): Carbonation in cementitious composites: influence of preconditioning and the use of silica fume and nanosilica
Autor(es): Ruan Gustavo Rezende Silva
Primeiro Orientador: Aldo Giuntini de Magalhães
Primeiro membro da banca : Fernando do Couto Rosa Almeida
Segundo membro da banca: Gibson Rocha Meira
Resumo: A carbonatação é um dos principais efeitos deletérios das estruturas de concreto armado, caracterizada pela perda da alcalinidade dos compósitos cimentícios devido à ação de gases ácidos presentes na atmosfera. Esse fenômeno resulta na destruição da película passivadora que protege as armaduras e dá início ao processo corrosivo. Adições pozolânicas, como a sílica ativa e a nanosílica, além de promoverem maior sustentabilidade no setor da construção civil, interagem com o cimento por meio de mecanismos físicos e químicos, alterando as propriedades dos compósitos produzidos e influenciando a velocidade de avanço da frente de carbonatação. O presente trabalho buscou avaliar a influência da sílica ativa e da nanosílica no desempenho à carbonatação de compósitos cimentícios. Para tal, foram definidos doze traços para fabricação dos corpos de prova, incorporando diferentes teores dessas adições e variando a relação água/aglomerante entre 0,45 e 0,55. O ensaio de carbonatação acelerada foi conduzido até 175 dias e, durante esse período, monitorou-se o avanço da frente de carbonatação, o pH interno e externo e a variação de massa das amostras. Ensaios de caracterização foram realizados para compreender as alterações induzidas por essas adições, avaliando-se trabalhabilidade e teor de ar incorporado no estado fresco, e resistência mecânica, porosidade aberta, densidade e resistividade volumétrica no estado endurecido. A microestrutura dos materiais foi avaliada por meio da microtomografia computadorizada de raios-X. Paralelamente, foi conduzido um estudo para avaliação da influência da etapa do precondicionamento nos ensaios de carbonatação acelerada, analisando secagens realizadas em estufa a vácuo ou em ambiente de laboratório. Observou-se uma grande variedade de procedimentos indicados em normas ou em outros trabalhos na literatura, fazendo dessa etapa uma potencial fonte de variação nos resultados obtidos por diferentes pesquisadores. Os resultados indicaram aumento da resistência a compressão de quase 35% aos 91 dias e resistividade volumétrica sete vezes maior, além de reduções na trabalhabilidade, porosidade e densidade nos traços contendo as adições em estudo em relação ao de referência. A nanosílica teve atuação mais expressiva nos traços com relação água/aglomerante igual a 0,45. Apesar da melhoria observada nas propriedades dos materiais, a velocidade de avanço da frente de carbonatação foi maior nos traços contendo as adições, atingindo um aumento de quase 92% em relação à referência. Esse comportamento pode estar associado a fissuração provocada pela retração por carbonatação e pela queda na reserva alcalina, que superou a densificação promovida na matriz porosa do material. O acompanhamento do pH indicou uma manutenção da alcalinidade interna das amostras e uma queda do pH superficial no primeiro período de exposição ao CO2. No estudo do precondicionamento, verificou-se que as amostras secas em ambiente de laboratório apresentaram uma queda do pH antes da entrada na câmara de carbonatação. O processo de precondicionamento proposto neste trabalho envolve a secagem em estufa a vácuo com duração ajustada conforme o traço, evitando a redução do pH e equilibrando o teor de saturação dos poros dos corpos de prova com a umidade interna da câmara de carbonatação (65%), atendendo, assim, aos objetivos esperados para essa etapa.
Abstract: Carbonation is one of the main deleterious effects of reinforced concrete structures, characterized by the loss of alkalinity in cementitious composites due to the action of acidic gases present in the atmosphere. This phenomenon results in the destruction of the passivating layer that protects the reinforcement and initiates the corrosive process. Pozzolanic additives, such as silica fume and nanosilica, as well as contribute to increasing the sustainability of the construction industry, interact with the cement through physical and chemical mechanisms, which alter the properties of the composites produced and influence the rate of carbonation front advancement. The present study aimed to assess the influence of silica fume and nanosilica on the carbonation performance of cementitious composites. To achieve this, twelve mix designs were defined for the manufacture of the test specimens, incorporating different levels of these additives and varying the water/binder ratio between 0.45 and 0.55. The accelerated carbonation test was conducted for up to 175 days, during which the advancement of the carbonation front, internal and external pH and mass variation of the samples were monitored. Characterization tests were performed to understand the changes induced by these additives, evaluating workability and entrained air content in the fresh state, and mechanical strength, open porosity, density and volumetric resistivity in the hardened state. The microstructure of the materials was assessed using X-ray computed microtomography. Additionally, a study was conducted to evaluate the influence of the preconditioning stage on accelerated carbonation tests, analyzing drying processes carried out in a vacuum oven or in a laboratory environment. A wide variety of procedures recommended in standards and literature were identified, making this stage a potential source of variability in the results obtained by different researchers. The results indicated a compressive strength increase of nearly 35% at 91 days and a bulk resistivity up to seven times higher, along with reductions in workability, porosity, and density in the mixtures containing the studied additives compared to the reference mix. Nanosilica had a more significant effect on mixtures with a water/binder ratio of 0.45. Despite the observed improvement in material properties, the carbonation front advancement rate was higher in mixes containing the additives, reaching an increase of nearly 92% compared to the reference. This behavior may be associated with cracking caused by carbonation shrinkage and the reduction in alkaline reserve, which exceeded the densification promoted in the material’s porous matrix. Monitoring of pH allowed for the observation of maintenance of internal samples alkalinity and a decrease in surface pH during the initial exposure to CO2. In the preconditioning study, it was found that samples dried in a laboratory environment exhibited a decrease in pH prior to entry into the carbonation chamber. The preconditioning process proposed in this study involves drying in a vacuum oven for a time adjusted according to the mix design, preventing pH reduction and balancing the pore saturation level of the specimens with the internal humidity of the carbonation chamber (65%), thus meeting the expected objectives for this stage.
Assunto: Construção civil
Materiais de construção
Carbonatação
Materiais de construção - Durabilidade
Sílica
Nanossílica
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MATERIAIS E DA CONSTRUÇÃO CIVIL
Curso: Programa de Pós-Graduação em Construção Civil
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/83814
Data do documento: 10-Jul-2024
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