Análise da adição de micro e nanomateriais na durabilidade de concretos submersos do tipo recifes artificiais fluviais

Abstract

Resumo: Recifes artificiais marinhos, RAM, vêm sendo uma realidade nas regiões costeiras brasileiras de modo a atrair e de promover o habitat da ictiofauna. No entanto, os fluviais, RAF, como neste estudo de caso, não estão em evidência, mesmo nas regiões em que houve alterações do leito do rio pela implantação de barragens de captação de água e de fins hidrelétricos. Em ambos os casos, tais estruturas podem causar impactos ou alterações ambientais locais, mas, os estudos na literatura mostram que as de concreto de cimento Portland são as mais promissoras, seja pela sua durabilidade como pela sua similaridade ao meio rochoso com reentrâncias capazes de acomodar e de proteger a ictiofauna de seus predadores. Como parte desta investigação, foi considerada a possibilidade de se realizar um sistema de ancoragem de uma ilha flutuante de painéis fotovoltaicos, com estruturas em concreto armado, com design típico de recifes artificiais, ou seja, com vazios internos para promover o habitat de peixes e projetados de forma a proporcionar ao biofouling de microorganismos naturais locais em sua superfície. A ancoragem destes painéis foi feita com os blocos de concreto de cimento Portland armado na forma de RAF e, como são estruturas que permanecerão totalmente submersas, seus traços foram desenvolvidos de maneira a propiciar uma durabilidade equivalente ao do projeto elétrico ou maior, com um mínimo de 25 anos de operação. Uma vez que estes RAFs estarão sujeitos à ação da água durante toda a sua vida útil e, também, que podem causar impactos ambientais, pelo seu elevado pH, foram estudados dosagens e traços de concreto com adições minerais, na proporção de 8%, em massa, de sílica ativa e de metacaulim, e nanoadições, na proporção de 1,5% de nanosílica e nanoalumina, e 0,75% de ambos, em substituições ao cimento. Assim, foram avaliados os aspectos mecânicos (resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade estático), físico-químicos (absorção de água, resistividade elétrica superficial, velocidade de propagação da onda ultrassônica e pH), para amostras de concreto submetidos à cura úmida; e aspectos químicos (DRX, pH), eletroquímicos (EIS) e microestruturais (MEV/EDS), para amostras de concreto submetidos a um sistema de envelhecimento montado para simular uma aproximação da realidade do reservatório com os blocos de concreto. Desta forma, foi constatado que o uso das adições, em especial a S.A., MTK e NSil coloidal melhoraram as propriedades mecânicas, reduziram a absorção de água e aumentaram a resistividade elétrica do concreto. Também foi observado que as adições atuaram na densificacão da microestrutura do concreto e no aumento da resistência da interface pasta/vergalhão de aço, melhorando as propriedades eletroquímicas. No que diz respeito ao pH, apenas os concretos com microadições tiveram uma redução deste parâmetro.

Abstract: Marine artificial reefs, MAR, has become a reality in Brazilian coastal regions in order to attract and promote the habitat of the ichthyofauna. However, the fluvial, FAR, as in this case study, are not in evidence, even in regions where there were alterations of river bed by the implantation of dams of capture of water and hydroelectric ends. In both cases, such structures may cause impacts or local environmental changes, however studies in the literature shows that the Portland cement concrete are the most promising, either for its real durability or for its similarity to the rocky environment with recesses capable of accommodating and protecting the ichthyofauna of its predators. As part of this research, the possibility of performing an anchoring system of a floating island of photovoltaic panels was made, with structures in reinforced concrete, with a typical design of artificial reefs, i.e., with internal voids to promote the habitat of fishes and designed in order to provide the biofouling of microorganisms natural places on its surface. The anchoring of these panels will be done with the reinforced concrete blocks of Portland cement in the form of FAR and, as they are structures that will remain totally submerged, it traces have been developed in a way that provides an equivalent durability to the electrical design or larger, with a minimum of 25 years of operation. Since these FAR’s will be subject to the action of water throughout their useful life and also that can cause environmental impacts, due to their high pH, were studied dosages and traces of concrete with mineral additions in the proportion of 8%, by mass, of silica fume and metakaolin, and nanoadditions, in the proportion of 1,5% of nanosilica and nanoalumina, and 0,75% of both, in replacement to cement. Thus, the mechanical (compressive strength, tensile strength by diametrical compression and static modulus of elasticity), physicochemical (water absorption, superficial electrical resistivity, ultrasonic propagation velocity and pH) properties were evaluated, for samples of concrete subjected to wet curing; and chemical (XRD, pH), electrochemical (EIS) and microstructural (MEV / EDS) properties, for concrete samples submitted to an aging system built to simulate an approximation of the reality of the reservoir with the concrete blocks. Thus, it was found that the use of additions, especially S.A., MTK and colloidal NSil improved the mechanical properties, reduced the water absorption and increased the electrical resistivity of the concrete. It was also observed that the additions acted in the densification of the concrete microstructure and in the increase of the resistance of the cement paste / steel rebar interface, improving the electrochemical properties. With regard to pH, only concretes with microadditions had a reduction in this parameter.