Durabilidade de compósitos com cimento supersulfatado e de cimentos portland : ataque por sulfatos, carbonatação e penetração de cloretos

Abstract

Resumo: Um considerável esforço tem sido realizado pela indústria de cimento para reduzir os impactos ambientais associados à sua produção. Entretanto, o cimento Portland ainda se mantém como um material com elevada taxa de emissão de CO2. De forma paralela, houve o surgimento de um panorama de incentivo ao desenvolvimento tecnológico de alternativas mais sustentáveis ao cimento Portland, como o cimento supersulfatado. O cimento supersulfatado (CSS) é um aglomerante composto por alto teor de escória de alto forno (?75%), sulfato de cálcio (5-20%) e um ativador alcalino (?5%). Devido ao elevado consumo de subprodutos industriais, o CSS tem potencialidade de se apresentar como uma alternativa mais sustentável na produção de concretos. Entretanto, ainda há poucos estudos dedicados a essa tecnologia, principalmente nacionalmente. Diante disso, a presente pesquisa busca contribuir com o conhecimento sobre o CSS, sobretudo, em relação à durabilidade. Para isso, avaliou-se a durabilidade de compósitos cimentícios com CSS frente ao ataque por sulfatos, carbonatação e penetração de íons cloreto. Como comparativo, também foram empregados no estudo os cimentos Portland CP V ARI e CP III RS, e diferentes relações água/cimento (0,40; 0,46 e 0,52). Para a realização dos ensaios foram confeccionadas amostras de concreto, argamassa e pasta. Também foram realizados ensaios de resistência à compressão, velocidade de propagação de pulso ultrassônico e absorção de água por imersão e por capilaridade. Para uma exploração mais ampla sobre a microestrutura das matrizes cimentícias, foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX). Os resultados mostraram que o cimento supersulfatado apresentou penetrabilidade à íons cloreto muito baixa e excelente resistênica ao ataque por sulfato de sódio, demonstrada pela estabilidade dimensional e de massa. Por outro lado, em relação ao sulfato de magnésio, mostrou-se menos resistente quando comparado com os cimentos Portland. Apesar de apresentar menores resistências à carbonatação e à compressão, para uma relação a/c igual a 0,40 o CSS atendeu os requisitos para uso estrutural e de desempenho, quanto à vida útil. Portanto, isso fornece um novo âmbito de estudo sobre a durabilidade do CSS e para o desenvolvimento de concretos adequados com CSS. Palavras-chave: Cimento Supersulfatado. Cimento Portland. Durabilidade. Ataque por sulfatos. Carbonatação. Cloretos. Cimento sustentável.

Abstract: A considerable effort has been made by the cement industry to reduce the environmental impacts associated with its production. Although, the Portland cement is still regarded a significant contributor to global CO2 emissions. In this respect, there is a motivating outlook to technological development of eco-friendly alternatives for the conventional Portland cement, such as supersulfated cement. Supersulfated cement (SSC) is a binder comprised of blast furnace slag (?75%), calcium sulfate (5-20%) and an alkaline activator (?5%). Despite the high consumption of industrial by-products, SSC is a potential "low-CO2" cement to use in concrete production. However, relatively few studies have focused on this technology, mainly nationally. In view of this, the aim of the present research is to contribute with knowledge about SSC, principally the durability performance. For this purpose, the durability of SSC cementitious composites was evaluated against sulfate attack, carbonation and chloride ingress. A comparative analysis was designed with Portland cement CP V ARI and CP III RS and different water/cement ratios (0.40, 0.46 and 0.52). The tests were conducted with concrete, mortar and paste samples. Moreover, compressive strength, ultrasonic pulse velocity and water absorption by immersion were also investigated. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used for a more extensive investigation of the microstructure of the cementitious matrix. The results revealed that the supersulfated cement has a very low chloride ion penetrability and excellent performance against sodium sulfate attack due to dimensional and mass stability. Although in the magnesium sulfate SSC was poor resistant than Portland cements. A clear increase in carbonation and decrease in compressive strength was observed in SSC concrete. In spite of this, an adequate SCC concrete, from a strength class and service life point of view, was achieved with a water to cement ratio of 0.40. Therefore, this provides new scope for durability investigation of SSC, and for developing appropriate SSC concrete. Keywords: Supersulfated cement. Portland cement. Durability. Sulfate attack. Carbonation. Chloride. Sustainable cement.