Estudo da influência da incorporação de Nano-Fe3O4 na reatividade de agregados em argamassas e concretos de cimento portland

Abstract

Resumo: A reação álcali-agregado (RAA) é um mecanismo de degradação que ocorre em diversas estruturas de concreto submetidas a condições frequentes de umidade. De forma geral, trata-se de uma reação fundamentada em interações químicas entre os minerais constituintes do agregado e os álcalis presentes no cimento Portland, em presença de água. O produto formado é um gel sílico-alcalino que se expande na presença de umidade e pode impulsionar processos de fissuração nas estruturas de concreto devido ao aumento das tensões confinantes no interior dos poros do mesmo. Atualmente, já estão disponíveis várias metodologias para indicar a presença da RAA em estruturas degradadas e avaliar previamente o potencial reativo dos agregados empregados nas obras civis. Dentre os métodos de investigação mais comuns, pode-se citar por exemplo: a análise petrográfica do agregado; a microscopia eletrônica de varredura associada à espectroscopia por energia dispersiva de raios X; e o mais comum dos métodos: a avaliação da RAA envolvendo os ensaios laboratoriais normatizados pela NBR 15577 (ABNT, 2008), que permitem o diagnóstico desta manifestação patológica por meio do monitoramento da expansão de corpos-de-prova submetidos a meios agressivos. Desta forma, utilizando os métodos descritos na normativa, a intenção deste trabalho foi estudar a influência da incorporação de nano-Fe3O4 na reatividade de agregados em argamassas e concretos de cimento Portland, quando expostos a condições ambientais desfavoráveis. Além deste estudo, também foi possível verificar a relação entre a expansão experimentada pelos CP's ensaiados e a absorção de água no decorrer do ensaio, por meio do monitoramento periódico das massas das amostras; a fim de observar a expansão devido à saturação dos materiais submetidos à condição de umidade excessiva, e avaliar a sua utilização como um método de investigação da RAA. Simultaneamente a estes estudos, concretos com adição de 1% de nano-magnetita foram investigados quanto às suas propriedades físicas e mecânicas, e a conclusão obtida foi de que, com 1 ano de idade, a adição apresentou indícios de reação com o meio cimentício e diminuiu a produção de gel de RAA no interior destes; além disso, todos os resultados apresentaram parâmetros condizentes com as recomendações normativas. As conclusões obtidas nesta pesquisa evidenciaram a possibilidade de expansão do estudo da técnica de adição de nano-magnetita para concretos, que por serem ensaiados em condições de menor agressividade tendem a reagir com a adição nanométrica, mesmo que lentamente. Além disso, os dados obtidos para o monitoramento da variação mássica nos prismas, permitiram comprovar que a técnica pode ser utilizada de forma complementar a metodologia normativa de avaliação da expansão, pois, para o monitoramento ao longo de 365 dias, o ensaio de variação dimensional indicou a ausência de reação. Os produtos formados no interior dos concretos tendem, inicialmente, a acumular-se nos poros e vazios, desta forma, a expansão dos prismas pode ocorrer apenas para idades mais avançadas, muito embora já haja formação inicial de gel, identificada pela variação de massa. Palavra-Chave: Reação álcali-agregado. Manifestação patológica. Métodos de investigação. Nano-magnetita. Variação mássica.

Abstract: Alkali-aggregate reaction (AAR) is a degradation mechanism that occurs in several concrete structures subject to constant humidity conditions. In general, it is a reaction based on chemical interactions among the aggregate mineral components and alkalis contained in Portland cement, in presence of water. The formed product is a silico-alkaline gel that expands in the presence of moisture and may boost cracking processes at concrete structures due to increased confined stress inside their pores. Currently, several methods are available to diagnose the presence of AAR in degraded structures and perform a prior evaluation of the reactive potential of aggregates used in engineering works. Amongst the more common methods of investigation, some are worth mentioning, such as: aggregate petrographic analysis, scanning electron microscope associated with energy dispersive spectroscopy X-ray and the most common method: evaluation of AAR involving NBR 15577 standardized laboratory tests (ABNT, 2008), that allows the diagnosis of pathological manifestations by monitoring the expansion on samples subjected to aggressive environments. Thus, using the methods described in the normative, the primary intention was to study the influence of nano-Fe3O4 embedding in the reactivity of aggregates in Portland cement mortars and concretes when exposed to unfavorable environmental conditions. Aside from this study, it was also possible to verify the relationship between the expansion experienced by the samples tested and the water absorption during testing, by periodic monitoring of the sample masses; in order to observe the expansion due to saturation of the samples subjected to excessive moisture conditions, and evaluate its use as an additional method of AAR investigation. Simultaneously, concretes with a 1% addition of nano-magnetite were investigated as to their physical and mechanical properties, and it was concluded that, within 1 year, the addition didn't show any signs of reaction with cement and decreased the production of AAR gel on the inside of these samples; besides, all results presented parameters fitting with standardized recommendations. The conclusions obtained from this study shows the possibility of expanding the study of nano-magnetite additions techniques for concrete, which, because they are tested in less aggressive conditions, tend to react with nanometric additions, even if slowly. Furthermore, the data obtained for monitoring the mass variations in the prisms, proved that the technique can be utilized, complementarily to the standard expansion evaluation methodology, since, for the 365 days monitoring, the dimensional variance test indicated the absence of reaction. The products formed within the concrete tend at first to accumulate in the pores and voids, thus the expansion of the prisms can occur only for more advanced ages, although there are already initial gel formation, identified by mass variation. Keywords: Alkali-aggregate reaction. Pathological manifestation. Investigation methods. Nano-magnetite. Mass variation.t