Um modelo matemático para formação, difusão e dano químico causado pelo gel formado na reação álcali-sílica no concreto de cimento Portland

Abstract

Resumo: Este trabalho propõe um modelo para a formação, difusão e dano químico causado pela reaçao alcali-sílica (RAS) que ocorre no concreto. A Fase I do modelo leva em conta a cinetica das reacoes químicas, considerando que o agregado e reativo e ha disponibilidade de íons alcalinos na solucao porosa do concreto, bem como umidade e temperaturas favoraveis. O modelo criado na Fase I consiste em um sistema de equacoes diferenciais ordinarias que e resolvido analiticamente e tambem numericamente quando se consideram variaveis todos os produtos e reagentes do modelo. A Fase II modela o efeito de expansao do gel na regiao porosa em torno do agregado como um processo difusivo, para que se possa determinar a concentracao de gel em um Elemento Representativo de Volume (ERV) do concreto com relacao ao tempo. Nessa fase do modelo e usada a equacao de difusao, sendo resolvida numericamente pelo Metodo das Diferencas Finitas (MDF), tracando um perfil para a concentracao do gel do ERV. A Fase III do modelo representa um modelo para o dano devido a RAS que leva em consideracao os aspectos químicos e difusivos envolvidos na formacao e dispersao o gel. Para fins de simulacao sao considerados modelos bidimensionais e um modelo tridimensional. Como resultado se obtem mapas da distribuicao do gel e tambem do dano químico devido a RAS em um ERV com parametros estipulados a partir de resultados presentes na literatura.

Abstract: This work proposes a model for the formation of the gel diffusion and damage due to alkali-silica reaction (ASR) that occurs in concrete. Phase I of the model takes into account the kinetics of the chemical reactions, considering that the aggregate is reactive and no limitation of alkali ions in the solution of the porous concrete as well as favorable moisture and temperatures. The model created in Phase I consists of a system of ordinary differential equations that is solved analytically and also numerically when considering as variables all products and model of reagents. Phase II models the effect of the gel growth on the porous region around aggregates as a diffusion process, so that one can determine the concentration of gel in a Representative volume element (RVE) of concrete as function of time. This model is used to phase diffusion equation and is solved numerically by the Finite Difference Method (MDF), tracing a profile for the concentration of gel in RVE. Phase III of the model is a model for the damage due to the RAS that takes into account the chemical and diffusive aspects involved in the formation and dispersion of the gel. For simulation purposes we considered twodimensional models and a three-dimensional model. As a result we obtain maps of the distribution of the gel as well as the chemical damage due to the RAS on a RVE with parameters from in the literature.