Efeito da cura por carbonatação no ataque por sulfatos em concreto geopolimérico e de cimento portland

Abstract

Resumo: O ataque por sulfatos é uma forma complexa de degradação que envolvem as reações químicas entre os íons SO4 2- e os produtos cimentícios, resultando na formação de compostos expansivos, fissuração e redução da vida útil das estruturas de concreto. Essa interação pode ser aumentada pela presença de poros na região superficial porque facilita a entrada de oxigênio, água e íons sulfatos. A cura por carbonatação tem como principal objetivo criar uma camada superficial mais densa e reduzir a suscetibilidade aos agentes agressivos por meio do refinamento dos poros e conversão de produtos quimicamente mais estáveis. O bom desempenho dos materiais à base de cimento Portland tratados com a cura por carbonatação tem sido amplamente discutido na literatura, mas essa discussão geralmente não abrange materiais geopoliméricos. Esses compósitos apresentam diversidade de materiais na formulação dos cimentos, fases de constituição e estrutura física diferenciada dos cimentos comuns. Dessa forma, a quantidade e o tipo de produtos formados pela cura por carbonatação em materiais geopoliméricos podem variar e investigações entre essa nova configuração e os íons sulfatos pode representar um avanço tecnológico para amenizar os efeitos deletérios em estruturas de concreto. Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da cura por carbonatação em concretos geopolimérico, submetidos ao ataque interno e externo por sulfatos pelos métodos de envelhecimento acelerado em ambiente laboratorial por 546 dias. Metacaulim ativado com uma combinação de NaOH e Na2SiO3 e cimento Portland (CP V-ARI RS) foram usados para produção dos concretos, enquanto a pirita e sulfatos de sódio e de magnésio como contaminantes. As avaliações após a cura por carbonatação incluíram a profundidade de carbonatação, pH, DRX/MEV/EDS/Micro-CT e resistência à compressão. Ao longo do tempo de exposição aos sulfatos, as análises englobaram as inspeções visuais, mudanças no comprimento das barras de concreto, variação de massa, resistência à compressão e microestrutura (DRX/MEV/EDS). Os resultados mostraram que os geopolímeros podem apresentar profundidades de carbonatação e resistências mecânica equivalentes aos concretos de cimento Portland após o processo de cura por carbonatação. Quando as amostras foram contaminadas com pirita, a cura por carbonatação não aprimorou a resistência aos sulfatos e um desempenho inferior ocorreu durante a exposição aos sulfatos de sódio. Na solução de sulfato de magnésio, as interações químicas ocorreram de forma diferenciada e, como consequência, os produtos formados também foram distintos comparados aos concretos não-carbonatados e de cimento Portland. Além disso, ficou demonstrado de que os concretos geopoliméricos curados por carbonatação são mais resistentes na solução de sulfato de magnésio do que em sulfatos de sódio.

Abstract: The attack by sulfates is a complex form of degradation that chemical reactions between SO4²¯ ions and cementitious products, generated in the formation of expansive compounds, cracking and reduction of the useful life of concrete structures. This interaction can be increased by the presence of pores in the surface region because it facilitates the entry of oxygen, water and sulfate ions. The main objective of curing by carbonation is to create a denser surface layer and reduce susceptibility to aggressive agents by refining the pores and converting chemically more stable products. The good performance of Portland cement-based materials treated with carbonation curing has been widely discussed in the literature, but this generally does not cover geopolymeric materials. These composites present diversity of materials in the formulation of cements, phases of constitution and physical structure different from common cements. Thus, the amount and type of products formed by curing by carbonation in geopolymeric materials may vary and reflect between this new configuration and sulfate ions may represent a technological advance to mitigate the deleterious effects in concrete structures. Therefore, this work aimed to evaluate the effect of curing by carbonation in geopolymer concretes, evidenced by internal and external attack by sulfates by accelerated aging methods in a laboratory environment for 546 days. Metakaolin activated with a combination of NaOH and Na2SiO3 and Portland cement (CP V-ARI RS) were used for the production of concretes, while pyrite and sodium and magnesium sulfates as contaminants. Assessments after carbonation curing included carbonation depth, pH, XRD/SEM/EDS/Micro-CT and compressive strength. Over the time of exposure to sulfates, the analyzes included visual inspections, changes in the length of the concrete bars, mass variation, compressive strength and microstructure (XRD/SEM/EDS). The results showed that geopolymers can present carbonation depths and mechanical strengths equivalent to Portland cement concretes after the carbonation curing process. When samples were contaminated with pyrite, carbonation curing did not improve sulfate resistance and poorer performance occurred during exposure to sodium sulfates. In the magnesium sulfate solution, the chemical interactions occurred differently and, as a consequence, the products formed were also different compared to non-carbonated concrete and Portland cement. Furthermore, it was demonstrated that geopolymer concretes cured by carbonation are more resistant in magnesium sulfate solution than in sodium sulfate.