Efeito de cristalizantes na durabilidade do concreto armado submetido ao ataque por ácido sulfúrico biogênico gerado em estação municipai de tratamento de esgotos sanitários

Abstract

Resumo: É fundamental investigar a degradação do concreto causada pelo ácido sulfúrico de origem biogênica devido a vários fatores, incluindo questões sociais, ambientais e econômicas. Além disso, há uma falta de normas brasileiras e poucos estudos no país que identifiquem a melhor composição do concreto para resistir a esse tipo de ataque ou as soluções mais eficazes para proteger as estruturas de concreto quando expostas a esse agente agressivo. Deste modo, o objetivo do estudo foi avaliar o efeito de cristalizantes comerciais e da solução de silicato de sódio neutro (Na2SiO3) no aumento da durabilidade do concreto armado, submetido ao ataque sulfúrico de origem biogênica em uma ETE e de origem química em laboratório. Para atingir esse objetivo, foi realizada primeiramente a caracterização do concreto da ETE, no qual os testemunhos foram testados com ensaios microestruturais e mecânicos. Também foi definido em experimentos preliminares o teor ótimo da solução de silicato de sódio neutro, e ao final, foram moldados diferentes corpos de prova para a realização de diversos ensaios como velocidade de pulso ultrassônico (VPU), resistência à tração na flexão e à compressão, profundidade de neutralização, variação dimensional e de massa do concreto, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difratometria de raios X (DRX), espectroscopia Raman e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Como resultados em relação ao Capítulo 4, foi possível notar que o pH do interior das lajes se manteve acima da faixa de viragem da solução de fenolftaleína, a resistência à compressão se manteve acima daquela especificada em projeto, e por meio das análises microestruturais, foi possível identificar a presença de etringita e gipsita ao longo de toda a profundidade do testemunho da laje. Em relação ao Capítulo 5, somente foi possível verificar a influência do ataque ácido na VPU e resistência à compressão uniaxial após 56 dias de exposição, onde todos os concretos tiveram redução dos parâmetros mecânicos aos 91 dias. Ao final do estudo no Capítulo 6, foi constatado que a velocidade de deterioração e perda de massa são os melhores indicadores da durabilidade a longo prazo do concreto exposto ao ácido sulfúrico. Os concretos com cinza volante e cristalizantes comerciais apresentaram valores mais baixos desses parâmetros, indicando maior durabilidade. Os ensaios eletroquímicos de densidade de corrente de corrosão e potencial de corrosão foram eficazes na avaliação da durabilidade dos corpos de prova armados, com os mesmos resultados favoráveis aos concretos com as adições mencionadas

Abstract: It is essential to investigate the degradation of concrete caused by biogenic sulfuric acid due to various factors, including social, environmental, and economic issues. In addition, there is a lack of Brazilian standards and few studies in the country that identify the best concrete composition to resist this type of attack or the most effective solutions to protect concrete structures when exposed to this aggressive agent. Thus, the objective of the study was to evaluate the effect of commercial crystallizers and neutral sodium silicate solution (Na2SiO3) on increasing the durability of reinforced concrete subjected to biogenic sulfuric acid attack in an ETE and chemical sulfuric acid attack in the laboratory. To achieve this objective, the concrete of the ETE was first characterized, where the specimens were tested with microstructural and mechanical tests. The optimal content of the neutral sodium silicate solution was also defined in preliminary experiments, and different specimens were molded for various tests, such as ultrasonic pulse velocity (UPV), flexural and compressive strength, neutralization depth, concrete dimensional and mass variation, scanning electron microscopy (SEM), energydispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). As results in relation to Chapter 4, it was observed that the pH inside the slabs remained above the phenolphthalein turning range, the compressive strength remained above that specified in the project, and through microstructural analysis, the presence of ettringite and gypsum was identified throughout the depth of the slab specimen. In relation to Chapter 5, it was only possible to verify the influence of acid attack on UPV and compressive uniaxial strength after 56 days of exposure, where all concretes had a reduction in mechanical parameters after 91 days. At the end of the study in Chapter 6, it was observed that Portland cement composites with the addition of neutral sodium silicate were also susceptible to sulfuric acid degradation, but to a lesser extent when compared to those with the addition of alkaline sodium silicate. At the end of the study, it was found that the speed of deterioration and mass loss are the best indicators of long-term durability of concrete exposed to sulfuric acid. Concretes with fly ash and commercial crystallizers showed lower values of these parameters, indicating greater durability. Electrochemical tests of corrosion current density and corrosion potential were effective in evaluating the durability of reinforced specimens, with the same favorable results for concretes with the mentioned additions