Matriz cimentícia contendo sílica de casca de arroz e hidróxido de cálcio : microestrutura, carbonatação e corrosão

Abstract

Resumo: A casca de arroz é um subproduto abundante na região sul do Brasil que, quando moída e submetida à queima em temperatura controlada, tem sua reatividade potencializada, originando a adição pozolânica denominada sílica de casca de arroz (SCA). Sua reação ocorre pela fixação de hidróxido de cálcio da matriz cimentícia oriundo da hidratação do cimento. A utilização de SCA como substituição parcial ao cimento Portland reduz a quantidade de clínquer consumido, promove o refinamento dos poros e reduz a probabilidade de algumas ações deletérias, aumentando a durabilidade do concreto. Entretanto, a redução do teor remanescente de portlandita pode favorecer a carbonatação que, em estruturas de concreto armado, podem desencadear a corrosão, gerando prejuízos financeiros e risco à segurança dos usuários. Diante disso, o objetivo desse estudo consiste em analisar a influência da adição de hidróxido de cálcio (CH) na etapa de dosagem do concreto como tentativa de repor a portlandita consumida pela SCA, reduzir a suscetibilidade à carbonatação de misturas com essa adição e verificar a influência desses materiais em parâmetros eletroquímicos utilizados no monitoramento da formação da película passivadora e em processos de corrosão. O estudo foi conduzido utilizando 3 teores de substituição, em massa, do cimento por SCA: 5%, 10% e 15%; enquanto o CH foi utilizado em adição à massa dos materiais aglomerantes (cimento + SCA) nos teores de 5%, 10% e 15%. A combinação dos teores resultou na produção de 12 misturas distintas, além de uma mistura de referência. No estudo em concreto, as amostras foram submetidas a ensaios mecânicos que mostraram que, em geral, a presença de SCA e CH não interferiu nas resistências à tração e à compressão aos 91 dias. Quando comparados ao concreto de referência, concretos com SCA apresentaram maior suscetibilidade à carbonatação em câmara acelerada. Contudo, concretos com a incorporação de CH apresentaram reduções no avanço da frente de carbonatação. Os resultados comprovam que é possível mitigar a aceleração da carbonatação proveniente do uso de SCA com a adição de CH, apresentando frentes de carbonatação semelhantes ao concreto referência quando utilizado CH no teor de 15% para todos os teores de SCA testados. As amostras submetidas aos ensaios eletroquímicos permaneceram em cura submersa ao longo de todo o período de análise e não apresentaram uma tendência clara de comportamento devido a presença de SCA e CH, tendo a película passivadora formada já nos primeiros 28 dias em todas as proporções. O estudo em pasta contendo SCA evidenciou que houve um aumento das porosidades, causadas pela redução de cimento presente nesses sistemas. O ensaio de titulação indicou que o teor de hidróxido de cálcio remanescente apresentado pela amostra referência foi reestabelecido nos sistemas quando o uso de CH e SCA ocorreu em igualdade de teor. Dentre as proporções estudadas, a proporção com 15% de SCA e 15% de CH merece destaque, visto que apresentou o menor consumo de cimento sem acarretar em prejuízos à resistência mecânica, à resistência carbonatação, ao volume de poros do sistema, à formação da película passivadora e ao teor de hidróxido de cálcio remanescente.

Abstract: Rice husk is an abundant by-product in the southern region of Brazil, which, when ground and subjected to burning at a controlled temperature, has its reactivity enhanced, giving rise to the pozzolanic addition called rice husk ash (RHA). Its reaction occurs by fixing calcium hydroxide of the cementitious matrix arising from the hydration of the cement. The use of RHA as a partial replacement for Portland cement reduces the amount of clinker consumed, promotes pore refinement and reduces the likelihood of some harmful actions, increasing the durability of the concrete. However, the reduction of the remaining portlandite content can favor the carbonation that, in reinforced concrete structures, can trigger corrosion, generating financial losses and risk to the safety of users. Therefore, the objective of this study is to analyze the influence of the addition of calcium hydroxide (CH) in the concrete dosing step in an attempt to replace the portlandite consumed by RHA, to reduce the susceptibility to carbonation of mixtures with this addition and to verify the influence of these materials on electrochemical parameters used in monitoring the formation of passive film and in corrosion processes. The study was conducted using 3 contents of mass substitution of cement for SCA: 5%, 10% and 15%; while CH was used in addition to the mass of the binder materials (cement + RHA) in the contents of 5%, 10% and 15%. The combination of the contents resulted in the production of 12 different mixtures, in addition to a reference mixture. In the concrete study, the samples were subjected to mechanical tests that showed that, in general, the presence of RHA and CH did not interfere with the tensile and compressive strengths at 91 days. When compared to reference concrete, concretes with RHA were more susceptible to carbonation in an accelerated chamber. However, concrete with the incorporation of CH showed reductions in the advance of the carbonation front. The results prove that it is possible to mitigate the acceleration of carbonation resulting from the use of RHA with the addition of CH, presenting carbonation fronts similar to the reference concrete when CH content of 15% is used for all tested RHA contents. The samples submitted to electrochemical tests remained in submerged curing throughout the analysis period and did not show a clear trend of behavior due to the presence of SCA and CH, with the passive film formed in the first 28 days in all proportions. The study in paste containing SCA showed that there was an increase in porosity, caused by the reduction of cement present in these systems. The titration test indicated that the remaining calcium hydroxide content presented by the reference sample was reestablished in the systems when the use of CH and SCA occurred in equal content. Among the studied proportions, the proportion with 15% SCA and 15% CH deserves to be highlighted, since it presented the lowest cement consumption without causing damage to the mechanical resistance, carbonation resistance, the volume of pores in the system, the formation of passivating film and the remaining calcium hydroxide content.