Estudo de diagnóstico e inibição da reação álcali-sílica utilizando cinza volante e proteção de superfície com silicatos

Abstract

Resumo: A reação álcali-sílica (RAS) é um dos principais processos deletérios que afetam as estruturas de concreto em todo o mundo. Quando se trata de durabilidade de obras de grande porte, como usinas hidrelétricas, prever o desempenho dos agregados e materiais ao longo de sua vida útil se torna fator importante. Entretanto, os testes de laboratório ainda não conseguem simular de forma efetiva o comportamento e o desenvolvimento da RAS em campo. Visando contribuir no diagnóstico e controle da reação álcali-sílica, esta pesquisa pretendeu avaliar o uso de duas ferramentas de diagnóstico e prognóstico da reação, Stiffness Damage Test (SDT) e Damage Rating Index (DRI), frente ao uso de concretos contendo agregados reativos, cinza volante e tratamentos de superfície a base de silicato de etila. Numa segunda etapa da pesquisa, os dados gerados em laboratório tiveram por objetivo calibrar e contribuir para a validação de um modelo matemático analítico. Um estudo preliminar de reatividade de quatro diferentes agregados foi conduzido, utilizando diferentes ensaios de expansão preconizados pela NBR 15577 (2018), em concretos e argamassas, a fim de determinar o potencial reativo destes agregados. Os resultados deste primeiro estudo apontaram discrepâncias entre as classificações obtidas no ensaio em barras de argamassa e concreto, indicando que o ensaio de barras de argamassa, deve ser utilizado apenas como balizador. Em seguida foram confeccionados concretos com substituição parcial do cimento por cinza volante (35% e 50%). Também foram moldados concretos nos quais foram aplicados dois tipos de tratamento de superfície a base de silicato de etila (TS28 e TS40). Todos os concretos foram confeccionados utilizando dois tipos de agregados com potencial reativo e submetidos a uma câmara para aceleração da reação álcali-sílica. Foram realizados ensaios de expansão, resistência à compressão, SDT, módulo de elasticidade e DRI, além dos ensaios de ângulo de contato e capilaridade nos concretos onde foram aplicados os tratamentos de superfície. Além destes, foram realizados ensaios microestruturais em pastas de cimento a fim de avaliar a interação dos tratamentos de superfície com a matriz de cimento. Os resultados mostraram que ambas as ferramentas utilizadas (SDT e DRI) se mostraram satisfatórias para avaliar o dano causado devido à reação álcali-sílica. Além disso, observou-se que os mecanismos de desenvolvimento dos danos causados pela RAS são semelhantes em concretos com ou sem adição da cinza volante, como também naqueles onde os tratamentos foram aplicados. Entretanto, os diferentes materiais (tratamentos e cinza volante) retardaram o desencadeamento da reação deletéria, bem como, modificaram a cinética de desenvolvimento da RAS e formação do gel. Por fim, observou-se que há um efeito escala associado ao tamanho/formato dos corpos de prova quando submetidos ao ensaio de expansão.

Abstract: Alkali-silica reaction (ASR) is one of the main deleterious processes that affect concrete structures worldwide. Due to the durability of large concrete structures, such as hydroelectric power plants, it is important to predict the performance of aggregates and materials over their useful life. However, laboratory tests still cannot effectively perform the behavior and development of ASR in the field. Aiming to contribute to the control and diagnosis of the alkali-silica reaction, this research aimed to evaluate the use of two diagnostic and prognostic techniques, the Stiffness Damage Test (SDT) and the Damage Rating Index (DRI), for concretes containing reactive aggregates, fly ash, and ethyl silicate surface treatments. In the second stage of the research, the laboratory results aimed to calibrate and contribute to the validation of a mathematical and analytical model. First, to determine the reactivity of four different aggregates, expansion tests were carried out in mortars and concrete using the standard ABNT NBR 15577 (2018). The results obtained in this first study showed divergence between the classifications obtained in the mortar bars test and concrete test, shows that the mortar bars test should only be used as an indication. Concretes with partial cement replacement of fly ash (35% and 50%) were developed. Also, concretes with two types of surface treatment based on ethyl silicate were manufactured (TS28 and TS40). All concretes were manufactured using two potential reactive aggregates and submitted to ASR-induced expansion. Expansion tests, compressive strength, SDT, elastic modulus and DRI tests were carried out. In addition, contact angle and capillarity tests were realized on concretes with surface treatments. Microstructural tests were also carried out on cement pastes to evaluate the interaction of surface treatments with the cement matrix composites. The results showed that SDT and DRI tools were appropriate to evaluate the of ASR damage. Besides, it was observed that the ASR damage mechanisms are similar in concrete with or without fly ash, as well as in those where the surface treatments were applied. However, the different materials (surface treatments and fly ash) delayed the ASR progress, as well as modified the ASR-gel kinetics and formation. Finally, the expansion test showed that there is a scale effect related to the size/shape of specimens.