Capacidade de adições minerais em mitigar o ataque por sulfatos de sódio e magnésio em argamassas de cimento Portland

Abstract

Resumo: As estruturas de concreto, desde sua fase de projeto e durante sua vida útil, estão sujeitas a uma série de fatores que poderão comprometer sua durabilidade e até mesmo sua estabilidade. O ataque por sulfatos é um termo usado para descrever uma série de reações químicas entre íons sulfato e compostos hidratados da pasta de cimento endurecida. Estas reações deletérias são capazes de formar compostos expansíveis passíveis de gerar tensões, fragilizando e fissurando a matriz cimentícia, facilitando assim, a entrada de novos agentes agressivos. As adições minerais, por sua vez, têm apresentado inúmeros benefícios às propriedades do concreto, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido. O presente trabalho tem por objetivo analisar o comportamento e a influência da substituição parcial do cimento Portland (10%, em massa) por adições minerais inertes e pozolânicas na produção de barras de argamassa expostas à solução de sulfato de sódio e de magnésio, por um período de exposição de 140 dias. Fundamentado na análise e avaliação das características químicas do ataque por sulfatos, da variação dimensional e de propriedades físicas e mecânicas a partir a utilização de ensaios auxiliares, além dos preconizados por norma. Desta forma, foi proposta a comparação qualitativa das fases hidratadas formadas por meio da difratometria de raios-X, de propriedades físicas a partir da variação resultante dimensional linear e volumétrica, variações de resistência à tração na flexão e compressão, de massa, da propagação de ondas ultrassônicas longitudinais e de módulo de elasticidade dinâmico para argamassas de diferentes composições e expostas a diferentes tipos de sulfato. Para tanto, utilizou-se de 11 diferentes amostras, sendo uma delas composta por cimento Portland CPV - ARI, exclusivamente, e as demais com substituição parcial por: filer quartzoso e calcário; resíduo de cerâmica vermelha com três diferentes tempos de moagem; sílica de casca de arroz; metacaulim; sílica ativa; e cinza volante. Nada obstante, utilizou-se, também como referência, argamassa composta por cimento do tipo CP V - ARI RS. Os resultados mostram que as composições químicas das pastas (cimento + adição mineral) influenciam diretamente no grau do ataque por sulfatos, todavia, de forma antagônica para as soluções agressivas utilizadas. Ou seja, para o ????2????4, o aumento do teor de CH tornou as argamassas mais suscetíveis à degradação, enquanto que para o ????????4, a intensidade do ataque diminuiu. Desta forma, a utilização do cimento RS e das adições minerais tidas como super pozolanas garantiram um desempenho melhor frente o sulfato de sódio, porém, diante do sulfato de magnésio, foram prejudiciais, principalmente, quanto ao desempenho mecânico. Por fim, os resultados obtidos com os ensaios adicionais à NBR 13.583:2014 (variação resultante volumétrica, de resistência à tração na flexão e compressão, de massa, da propagação de ondas ultrassônicas longitudinais e de módulo de elasticidade dinâmico) mostram uma realidade contrária e, ao mesmo tempo, muito mais abrangente, do que o apresentado na expansão linear (conforme a norma relacionada), levando a crer que a análise do ataque por sulfatos pode ser insuficiente quando avaliado apenas unidimensionalmente. Palavras-Chave: Ataque por sulfatos, Adição mineral, Pozolana, Cimento Portland.

Abstract: Concrete structures are subject to a number of factors that may compromise its durability and even stability. The attack by sulfates is a term used to describe a series of chemical reactions between sulfate ions and components of hydrated cement paste. These deleterious reactions are capable of forming expansible compounds that can generate tensions, weakening and cracking of the cementitious matrix, thus facilitating the entry of new aggressive agents. Mineral additions have brought numerous benefits to the concrete properties, both in fresh and hardened state. This study aims to analyze the behavior and influence of the partial replacement of Portland cement (10% by weight) of inert mineral admixtures and pozzolanic in the production of mortar bars exposed to sodium sulfate solution and magnesium sulfate solution for a period of 140 days exposure. Based on the analysis and evaluation of the chemical characteristics of the sulfate attack, dimensional variation and physical and mechanical properties from the use of auxiliary tests beyond those recommended by the standard method. Therefore, it was proposed to compare the chemical analysis by diffraction of x-Rays, physical properties from the linear dimensional change resulting from and volumetric tensile strength variation in bending and compression, mass of the propagation of ultrasonic waves longitudinal and dynamic modulus of mortars of different compositions and exposed to different types solutions. Therefore, are used 11 different samples composed of Portland cement CPV - ARI exclusively and partially replaced by: quartz and calcareous filler; Red clay waste with three different grinding times; rice husk ask; metakaolin; silica fume; and fly ash. Nonetheless, it is also used as a reference mortar comprising cement type CPV - ARI with sulfate resistance. The results showed that chemical compositions of pastes (cement + mineral addition) directly influence the degree of sulfate attack, however, in contrary to the two aggressive solutions used. For ????2????4 with the increasing of CH content became more susceptible to degradation mortar, while for ????????4 the decreased intensity of the attack. Thus, the use of sulfate resistance cement and mineral additions taken as super pozzolans ensured an excellent performance against the sodium sulfate, but for the magnesium sulfate are harmful, especially, as to mechanical performance. Finally, the results obtained empirically with additional tests that the NBR 13.583: 2014 (volume change resulting from tensile strength in bending and compression, the mass propagation of longitudinal ultrasonic waves and ECD) show an opposite reality, the same time, much more comprehensive than that presented in linear expansion (as the related standard), leading us to believe that the analysis of the attack by sulfates may be insufficient when evaluated only unidimensional test methods. Keywords: Attack of sulfates, mineral addition, pozzolana, Portland cement.