D2003 - Adições e Carbonatação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
ALEXANDRE DE CASTRO 
 
 
 
 
 
INFLUÊNCIA DAS ADIÇÕES MINERAIS NA DURABILIDADE 
DO CONCRETO SUJEITO À CARBONATAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
Dissertação apresentada ao curso de 
Mestrado em Engenharia Civil da 
Universidade Federal de Goiás para 
obtenção do título de Mestre em 
Engenharia Civil 
 
 
 
 
 
 
Goiânia 
2003 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
ALEXANDRE DE CASTRO 
 
 
 
 
 
INFLUÊNCIA DAS ADIÇÕES MINERAIS NA DURABILIDADE 
DO CONCRETO SUJEITO À CARBONATAÇÃO 
 
 
 
 
 
Dissertação apresentada ao curso de 
Mestrado em Engenharia Civil da 
Universidade Federal de Goiás para 
obtenção do título de Mestre em 
Engenharia Civil 
 
Área de Concentração: 
Estruturas e Materiais 
Orientador: 
Prof. Dr. Oswaldo Cascudo 
 
 
 
 
Goiânia 
2003 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) 
(GPT/BC/UFG) 
 
 
 Castro, Alexandre de 
C355i Influência das adições minerais na durabili- 
 dade do concreto sujeito a carbonatação / 
 Alexandre de Castro. – Goiânia, 2003. 
 xviii, 215f. : il. 
 
 Dissertação (Mestrado) – Universidade Fede- 
 ral de Goiás, Engenharia Civil, 2003. 
. 
 Bibliografia: f. 209-215 
 
1. Concreto - Durabilidade 2. Concreto – Adi- 
 ções minerais 3. Concreto – Corrosão das armadu- 
 ras I. Universidade Federal de Goiás. Escola de 
 Engenharia Civil II. Título. 
 
 CDU: 624.012.45:551.3.053 
 
 
 
ii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aos meus pais, Trajano e Rosa, por sua 
história de sucesso na educação dos filhos... 
iii 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 
Ao Professor Oswaldo Cascudo e à Professora Helena Carasek, pelos 
ensinamentos transmitidos e pela inquestionável orientação deste trabalho. Muito obrigado 
pela confiança em mim depositada. 
 
Ao Centro Tecnológico de Engenharia Civil de Furnas Centrais Elétricas S.A., 
a seus diretores Walton Pacelli de Andrade, Rubens Bittencourt e Moacir A. Souza de 
Andrade e, em especial, à coordenadora desta pesquisa, Engª Anne Neiry de Mendonça 
Lopes, pelo inestimável apoio na realização deste trabalho. 
 
Aos Engenheiros Reynaldo Machado Bittencourt, Elizabeth Leopoldina Batista 
e Luciana dos Anjos Farias, pelo apreço e boa vontade sempre demonstrados. 
 
A todo corpo técnico dos Laboratórios de Furnas, pelo esforço e auxílio 
durante a produção dos concretos e na realização dos ensaios. 
 
À ANEEL, por meio de Furnas, pelo indispensável apoio financeiro. Também 
à CAPES, pelo suporte financeiro na forma de bolsa de pesquisa. 
 
À Neusa e a todos os colegas do mestrado, muito obrigado pelo carinho e 
amizade. Em especial aos companheiros de jornada: Adriane, Ricardo e Victor; a ajuda de 
vocês foi essencial para execução deste trabalho. 
 
Aos meus irmãos Sandro, Ana Cristina, Karla, Júnior e a toda minha família; 
obrigado pelo estímulo, confiança, generosidade, paciência... obrigado por tudo. 
 
Alexandre 
 
iv 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS vii 
LISTA DE TABELAS xv 
RESUMO xviii 
ABSTRACT xix 
INTRODUÇÃO 1 
CAPÍTULO 1 REVISÃO DA LITERATURA 6 
1.1 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO 7 
1.1.1 O FENÔMENO DA CARBONATAÇÃO 7 
1.1.2 FATORES INTERVENIENTES NA CARBONATAÇÃO 12 
1.1.2.1 FATORES LIGADOS ÀS CONDIÇÕES DE EXPOSIÇÃO 12 
1.1.2.2 FATORES LIGADOS À MICROESTRUTURA DO CONCRETO 14 
1.1.3 ESTIMATIVA DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO 16 
1.1.4 DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO 19 
1.1.5 CARBONATAÇÃO COMO AGENTE DA CORROSÃO DE ARMADURAS 23 
1.2 INFLUÊNCIA DAS ADIÇÕES MINERAIS NO CONCRETO 26 
1.2.1 AÇÃO QUÍMICA DAS ADIÇÕES MINERAIS 26 
1.2.2 AÇÃO FÍSICA DAS ADIÇÕES MINERAIS 27 
1.2.3 ALTERAÇÕES NA MICROESTRUTURA DO CONCRETO 28 
1.2.4 ALTERAÇÕES QUÍMICAS NO SISTEMA 31 
1.3 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO COM ADIÇÕES MINERAIS 33 
CAPÍTULO 2 PROGRAMA EXPERIMENTAL MATERIAIS E MÉTODOS 36 
2.1 VARIÁVEIS 37 
2.2 MATERIAIS UTILIZADOS 41 
2.3 CONCRETOS ESTUDADOS 44 
2.4 CORPOS-DE-PROVA 49 
2.4.1 PREPARAÇÃO DAS BARRAS DE AÇO 50 
2.4.2 PREPARAÇÃO DAS FÔRMAS 51 
2.4.3 MOLDAGEM, CURA E ARMAZENAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA 52 
2.5 MÉTODOS 55 
2.5.1 CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO ENDURECIDO 57 
v 
2.5.2 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO - INDUÇÃO DA CORROSÃO 58 
2.5.3 AVANÇO DA FRENTE DE CARBONATAÇÃO 60 
2.5.4 ACOMPANHAMENTO E AVALIAÇÃO ELETROQUÍMICA DA CORROSÃO 62 
2.5.5 RESISTIVIDADE ELÉTRICA APARENTE SUPERFICIAL DO CONCRETO 64 
2.5.6 ABSORÇÃO/PERMEABILIDADE À ÁGUA - MÉTODO DO CACHIMBO 65 
2.5.7 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA 66 
2.5.8 DIFRATOMETRIA DE RAIOS X 68 
2.6 ANÁLISE ESTATÍSTICA 69 
CAPÍTULO 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 71 
3.1 CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO ENDURECIDO 72 
3.1.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 72 
3.1.2 MÓDULO DE DEFORMAÇÃO 78 
3.1.3 ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO 82 
3.1.4 ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE 87 
3.1.5 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO 90 
3.2 CARBONATAÇÃO ACELERADA DO CONCRETO 93 
3.2.1 AVALIAÇÃO DA FRENTE DE CARBONATAÇÃO 93 
3.2.2 COEFICIENTES DE CARBONATAÇÃO ACELERADA 96 
3.2.2.1 ANÁLISE DOS CONCRETOS DE CURA ÚMIDA 100 
3.2.2.2 ANÁLISE DOS CONCRETOS DE CURA AO AR 103 
3.2.2.3 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE AS ANÁLISES 106 
3.2.3 RELAÇÃO ENTRE A CARBONATAÇÃO ACELERADA E A CARBONATAÇÃO NATURAL 108 
3.3 POTENCIAL ELETROQUÍMICO DE CORROSÃO 111 
3.3.1 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,40 111 
3.3.2 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,55 115 
3.3.3 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,70 117 
3.3.4 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS RESULTADOS DE POTENCIAL DE CORROSÃO 120 
3.4 RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL DO CONCRETO 121 
3.4.1 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,40 122 
3.4.2 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,55 125 
3.4.3 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,70 127 
3.4.4 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS RESULTADOS DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA 129 
3.5 ABSORÇÃO/PERMEABILIDADE PELO MÉTODO DO CACHIMBO 131 
3.5.1 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,40 131 
3.5.2 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,55 133 
3.5.3 CONCRETOS DE RELAÇÃO A/AG 0,70 134 
vi 
3.5.4 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS RESULTADOS DO MÉTODO DO CACHIMBO 135 
3.6 ANÁLISE DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO 137 
3.6.1 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA - MEV 137 
3.6.1.1 CONCRETO DE REFERÊNCIA 140 
3.6.1.2 CONCRETO COM ADIÇÃO DE CINZA VOLANTE 145 
3.6.1.3 CONCRETO COM ADIÇÃO DE ESCÓRIA DE ALTO-FORNO 146 
3.6.1.4 CONCRETO COM ADIÇÃO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ 149 
3.6.1.5 CONCRETO COM ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA 151 
3.6.1.6 CONCRETO COM ADIÇÃO DE METACAULINITA 153 
3.6.2 DIFRATOMETRIA DE RAIOS X - DRX 156 
CAPÍTULO 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO GLOBAL DOS RESULTADOS 164 
4.1 RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE 165 
4.2 CURA 166 
4.3 ADIÇÕES MINERAIS 167 
4.3.1 CINZA VOLANTE 168 
4.3.2 ESCÓRIA DE ALTO-FORNO 169 
4.3.3 CINZA DE CASCA DE ARROZ 171 
4.3.4 SÍLICA ATIVA 172 
4.3.5 METACAULINITA 173 
4.4 VIDA ÚTIL 174 
CAPÍTULO 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 176 
5.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE A METODOLOGIA 176 
5.2 CONCLUSÕES 177 
5.3 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS 179 
ANEXO A 180 
ANEXO B 190 
ANEXO C 204 
ANEXO D 206 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 209 
 
vii 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
Figura 1.1 – Micrografias de cristais de CH: (a) superfície lisa do cristal de CH antes da 
carbonatação e (b) cristal de CH rodeado de C-S-H; nota-se a formação de 
produtos sobre a superfície do cristal (HÄUßLER et al., 2000). 9 
Figura 1.2 – Micrografias de carbonatação dos compostos do cimento: (a) camada de 
CaCO3 (espessura de 26 nm) sendo formada sobre o CH (expostoem ambiente 
com 0,03% de CO2, por 38 dias) e (b) cimento hidratado, completamente 
carbonatado (exposto em ambiente úmido com 0,03% de CO2, por 5 dias) 
(HÄUßLER et al., 2000). 9 
Figura 1.3 – Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ambiente 
(ROSENBERG et al. citado por CASCUDO, 1997). 13 
Figura 1.4 – Interferência das características microestruturais e das condições de umidade 
no mecanismo de difusão através do concreto. Adaptado de TUUTTI (1982). 15 
Figura 1.5 – Relação entre as profundidades de carbonatação determinadas por 
fenolftaleína (eCO2,F) e por timolftaleína (eCO2,T), em ensaio de carbonatação 
natural KAZMIERCZAK (1995). 23 
Figura 1.6 – Esquema do avanço da frente de carbonatação (MEDEIROS & HELENE, 
2001). 24 
Figura 1.7 – Diagrama de Pourbaix para o sistema ferro-água; etapas do equilíbrio 
termodinâmico: (a) relação de equilíbrio entre regiões de domínio: imunidade 
(ferro sólido), passivação (óxidos de ferro) e corrosão (ferro em solução); (b) 
caminhos da reação de formação do filme de passivação e (c) destruição do 
filme de passivação pela acidez do meio. Adaptado de COLLINS et al. (2001). 25 
Figura 1.8 – Descrição esquemática da formação da zona de transição: (a) e (b) mistura 
contendo apenas cimento Portland, respectivamente antes e após a hidratação e 
(c) e (d) mistura contendo cimento Portland e sílica ativa, respectivamente 
antes e após as reações de hidratação e pozolânicas (BENTUR & ODLER, 
1996). Onde: c – grão de cimento e sa – partícula de sílica ativa. 28 
CAPÍTULO 2 
Figura 2.1 – Fluxograma das variáveis do programa experimental. 40 
Figura 2.2 – (a) Modelo do corpo-de-prova (com unidade em centímetro) e (b) protótipo 
destinado ao estudo experimental. 49 
Figura 2.3 – Preparação das barras de aço para execução do monitoramento eletroquímico. 50 
Figura 2.4 – (a) Apresentação da fôrma e dos tipos de barra; (b) fôrma pronta para receber 
o concreto. 51 
viii 
Figura 2.5 – Local de preparo do concreto. 52 
Figura 2.6 – (a) e (b) Introdução de água e materiais na betoneira; (c) descarga do concreto 
fresco. 53 
Figura 2.7 – (a) Determinação da consistência do concreto pelo abatimento do tronco de 
cone; (b) determinação da massa específica e (c) determinação do teor de ar. 53 
Figura 2.8 – (a) Fôrmas preparadas para receber o concreto e (b) concreto moldado. 54 
Figura 2.9 – Corpos-de-prova mantidos em câmara úmida por 28 dias. 55 
Figura 2.10 – Armazenagem e empilhamento dos corpos-de-prova. 55 
Figura 2.11 – Fluxograma de distribuição dos corpos-de-prova e do tamanho da amostra 
do programa experimental. 56 
Figura 2.12 – (a) Ensaio de resistência à compressão e (b) ensaio de módulo de 
deformação mediante o uso de extensômetro do tipo LVDT. 57 
Figura 2.13 – (a) Ensaio de absorção de água por imersão e (b) ensaio de absorção de água 
por capilaridade. 58 
Figura 2.14 – (a) Câmara de carbonatação utilizada e (b) corpos-de-prova acondicionados 
na câmara. 59 
Figura 2.15 – (a) Indicadores de pH utilizados e medidas da profundidade de carbonatação 
realizadas mediante o emprego de soluções à base de amarelo de alizarina GG 
(b) e de fenolftaleína (c). 61 
Figura 2.16 – (a) Equipamentos necessários para execução do ensaio e (b) realização do 
ensaio de potencial eletroquímico de corrosão. 63 
Figura 2.17 – (a) Aparelho utilizado para medição da resistividade do concreto e (b) 
execução do ensaio de resistividade superficial do concreto. 64 
Figura 2.18 – (a) Dispositivos utilizados e (b) execução do ensaio de absorção/ 
permeabilidade pelo método do cachimbo. 65 
Figura 2.19 – Microscópico eletrônico de varredura (MEV): (a) coluna óptico-eletrônica; 
(b) câmara para amostra com sistema de vácuo e (c) sistema de obtenção de 
imagem. 66 
Figura 2.20 – Região do corpo-de-prova (camada de cobrimento) extraída para análise no 
MEV. 67 
Figura 2.21 – (a) Amostra pronta para análise e (b) amostra com as marcações das imagens 
(micrografias) capturadas. 68 
CAPÍTULO 3 
Figura 3.1 – Estimativa da média global dos valores de resistência à compressão, com seu 
desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, (a) para cada relação a/ag e (b) 
para cada idade de ensaio. As linhas tracejadas verticais definem os grupos. 75 
Figura 3.2 – Estimativa da média global dos valores de resistência à compressão, com seu 
desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, para cada adição mineral 
utilizada na produção dos concretos. 77 
ix 
Figura 3.3 – Estimativa da média global dos valores de módulo de deformação, com seu 
desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, (a) para cada relação a/ag e (b) 
para cada idade de ensaio. 80 
Figura 3.4 – Estimativa da média global dos valores de módulo de deformação, com seu 
desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, para cada adição mineral 
utilizada no concreto. As linhas horizontais delimitam os grupos. 81 
Figura 3.5 – Estimativa da média global dos valores de absorção de água por imersão, com 
seu desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, (a) para cada relação a/ag e 
(b) para cada idade de ensaio. 84 
Figura 3.6 – Estimativa da média global dos valores de absorção de água por imersão, com 
seu desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, para cada adição mineral 
utilizada no concreto. 86 
Figura 3.7 – Estimativa da média global dos valores de absorção de água por capilaridade, 
com seu desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, (a) para cada 
relação a/ag e (b) para cada idade de ensaio. 88 
Figura 3.8 – Estimativa da média global dos valores de absorção de água por capilaridade, 
com seu desvio padrão e intervalo de confiança de 95%, para cada adição 
mineral utilizada no concreto. 89 
Figura 3.9 – Correlação entre os tempos de leitura da frente de carbonatação estabelecidos 
neste estudo. 93 
Figura 3.10 – Correlação entre as profundidades medidas com o uso dos indicadores de 
pH, fenolftaleína e amarelo de alizarina GG. 95 
Figura 3.11 – Características superficiais dos concretos: (a), (b) e (c) visão geral das faces 
de estudo dos concretos de relação a/ag 0,40, 0,55 e 0,70, respectivamente; e 
(d) detalhe da face do concreto de relação a/ag 0,70 com fissuras no 
cobrimento. 97 
Figura 3.12 – Coeficientes de carbonatação médios, para cada relação a/ag, destacando o 
comportamento dos concretos que passaram por cura úmida. 99 
Figura 3.13 – Coeficientes de carbonatação médios, para cada relação a/ag, destacando o 
comportamento dos concretos que passaram por cura ao ar. 99 
Figura 3.14 – Disposição dos grupos definidos pela comparação múltipla de médias, com 
os fatores ordenados de forma crescente quanto às médias globais dos 
coeficientes de carbonatação acelerada dos concretos de cura úmida. 101 
Figura 3.15 – Estimativa de média dos coeficientes de carbonatação acelerada, para cada 
tipo adição mineral empregada na produção dos concretos (concretos de cura 
úmida). 102 
Figura 3.16 – Disposição dos grupos definidos pela comparação múltipla de médias, com 
os fatores ordenados de forma crescente quanto às médias globais dos 
coeficientes de carbonatação acelerada dos concretos de cura ao ar. 104 
Figura 3.17 – Estimativa de média dos coeficientes de carbonatação acelerada, para cada 
tipo de concreto composto por adições minerais (concretos de cura ao ar). 105 
Figura 3.18 – Correlações entre os valores das médias globais dos coeficientes de 
carbonatação acelerada e natural, considerados todos os concretos do estudo. 109 
x 
Figura 3.19 – Correlações entre os valores das médias globais dos coeficientes de 
carbonatação acelerada e natural, considerados todos os concretos exceto o 
referência e o com sílica ativa. 109 
Figura 3.20 – Acompanhamento dos potenciais de corrosão para os concretos de relação 
a/ag 0,40. Período anterior à indução da corrosão por carbonatação acelerada. 
São observados os critérios da ASTM C 876:1991 para a probabilidade de 
corrosão. 112 
Figura 3.21 – Acompanhamento dos potenciais de corrosão para os concretosde relação 
a/ag 0,40. Período de indução da corrosão por carbonatação acelerada (ciclos). 
São observados os critérios da ASTM C 876:1991 para a probabilidade de 
corrosão. 114 
Figura 3.22 – Acompanhamento dos potenciais de corrosão para os concretos de relação 
a/ag 0,55. Período anterior à indução da corrosão por carbonatação acelerada. 
São observados os critérios da ASTM C 876:1991 para a probabilidade de 
corrosão. 115 
Figura 3.23 – Acompanhamento dos potenciais de corrosão para os concretos de relação 
a/ag 0,55. Período de indução da corrosão por carbonatação acelerada (ciclos). 
São observados os critérios da ASTM C 876:1991 para a probabilidade de 
corrosão. 116 
Figura 3.24 – Acompanhamento dos potenciais de corrosão para os concretos de relação 
a/ag 0,70. Período anterior à indução da corrosão por carbonatação acelerada. 
São observados os critérios da ASTM C 876:1991 para a probabilidade de 
corrosão. 118 
Figura 3.25 – Acompanhamento dos potenciais de corrosão para os concretos de relação 
a/ag 0,70. Período de indução da corrosão por carbonatação acelerada (ciclos). 
São observados os critérios da ASTM C 876:1991 para a probabilidade de 
corrosão. 119 
Figura 3.26 – Acompanhamento da resistividade elétrica superficial para os concretos de 
relação a/ag 0,40. Período anterior à indução da corrosão por carbonatação 
acelerada. 122 
Figura 3.27 – Acompanhamento da resistividade elétrica superficial para os concretos de 
relação a/ag 0,40. Período de indução da corrosão por carbonatação acelerada. 124 
Figura 3.28 – Acompanhamento da resistividade elétrica superficial para os concretos de 
relação a/ag 0,55. Período anterior à indução da corrosão por carbonatação 
acelerada. 125 
Figura 3.29 – Acompanhamento da resistividade elétrica superficial para os concretos de 
relação a/ag 0,55. Período de indução da corrosão por carbonatação acelerada. 126 
Figura 3.30 – Acompanhamento da resistividade elétrica superficial para os concretos de 
relação a/ag 0,70. Período anterior à indução da corrosão por carbonatação 
acelerada. 127 
Figura 3.31 – Acompanhamento da resistividade elétrica superficial para os concretos de 
relação a/ag 0,70. Período de indução da corrosão por carbonatação acelerada. 128 
Figura 3.32 – Acompanhamento da absorção/permeabilidade à água, pelo método do 
cachimbo, dos concretos de relação a/ag 0,40: (a) concretos não carbonatados 
xi 
com cura úmida e (b) cura ao ar; (c) concretos carbonatados com cura úmida e 
(d) cura ao ar. 132 
Figura 3.33 – Acompanhamento da absorção/permeabilidade à água, pelo método do 
cachimbo, dos concretos de relação a/ag 0,55: (a) e (b) concretos não 
carbonatados, com cura úmida e cura ao ar, e (c) e (d) concretos carbonatados, 
com cura úmida e cura ao ar. 133 
Figura 3.34 – Acompanhamento da absorção/permeabilidade à água, pelo método do 
cachimbo, dos concretos de relação a/ag 0,70: (a) e (b) concretos não 
carbonatados, com cura úmida e cura ao ar, e (c) e (d) concretos carbonatados, 
com cura úmida e cura ao ar. 134 
Figura 3.35 – Concreto de referência (sem adição mineral). Imagem da região interna do 
cobrimento (ampliação de 100 x). 138 
Figura 3.36 – Concretos com adições: (a) cinza volante e (b) escória de alto-forno. 
Imagens da região interna do cobrimento (ampliação de 100 x). 138 
Figura 3.37 – Concretos com adições: (a) cinza de casca de arroz e (b) sílica ativa. 
Imagens da região interna do cobrimento (ampliação de 100 x). 138 
Figura 3.38 – Concreto com adição de metacaulinita: (a) região externa e (b) região interna 
do cobrimento. Nota-se as diferenças de densidade das regiões de estudo 
(ampliação de 100 x). 139 
Figura 3.39 – Concreto de referência – verificação da presença de cristais de calcita. 
Detalhes: (I) morfologia romboédrica e (II) morfologia tetraédrica. Nota-se 
camadas sobrepostas de cristais. 140 
Figura 3.40 – Concreto de referência – região carbonatada com superfície coberta por 
cristais de CaCO3 e C-S-H carbonatado. A região destacada pode obervada na 
figura a seguir. 141 
Figura 3.41 – C-S-H carbonatado com aspecto de fibras dissolvidas ou fundidas pela 
reação com CO2. 142 
Figura 3.42 – Espectro da estrutura de C-S-H carbonatado. 142 
Figura 3.43 – Espectro da estrutura calcita. 143 
Figura 3.44 – Concreto de referência – região não carbonatada: (a) poro na interface 
armadura-pasta, com detalhe dos cristais de CH; (b) morfologia típica do 
cristal de CH, disperso na pasta hidratada. 143 
Figura 3.45 – Concreto de referência – região não carbonatada com produtos de 
morfologia típica de C-S-H, compostos fibrosos e placas irregulares. 144 
Figura 3.46 – Concreto com cinza volante – região carbonatada. Detalhe: cristais de 
carbonato de cálcio (calcita). 145 
Figura 3.47 – Concreto com cinza volante - interface armadura-pasta. Observa-se estrutura 
de C-S-H na região não carbonatada. 146 
Figura 3.48 – Concreto com escória de alto-forno – poro na região carbonatada. Detalhe: 
cristais de calcita impregnados na parede do poro. 147 
Figura 3.49 – Concreto com escória de alto-forno: poro encontrado na região carbonatada. 
Detalhe: (I) composto carbonatado de CASH e (II) cristais de CaCO3. 147 
xii 
Figura 3.50 – Espectro do possível CASH carbonatado, ilustrado no detalhe I da imagem 
anterior. 148 
Figura 3.51 – Espectro das placas irregulares, ilustrado no detalhe II da imagem anterior. 
Cristais de carbonato de cálcio compostos com outros elementos. 148 
Figura 3.52 – Concreto com escória de alto-forno - poro encontrado na região não 
carbonatada, praticamente vazio, com placas irregulares de C-S-H. 149 
Figura 3.53 – Concreto com cinza de casca de arroz – região carbonatada com a presença 
de cristais de calcita. Detalhe: morfologia tetraédrica de CaCO3. 150 
Figura 3.54 – Concreto com cinza de casca de arroz, destacando composto formado por 
CASH (hidrato de gelenita) carbonatado. 150 
Figura 3.55 – Concreto de cinza de casca de arroz – região não carbonatada. Observam-se 
cristais de portlandita e material fibroso típico de C-S-H. 151 
Figura 3.56 – Concreto com sílica ativa – região carbonatada com compostos carbonatados 
dentro do poro. Detalhe: cristais de carbonato de cálcio. 152 
Figura 3.57 – Concreto com sílica ativa – região não carbonatada, com poros vazios e 
algumas placas irregulares de C-S-H dispersas na superfície. 152 
Figura 3.58 – Concreto com sílica ativa – região não carbonatada. Interface armadura-
pasta, exibindo áreas mais porosas próxima à circunferência da interface, onde 
também se observam fraturas na região de descolamento da armadura e 
partículas de C-S-H com aspecto desagregado (detalhe). 153 
Figura 3.59 – Concreto com metacaulinita – aspecto geral de um poro localizado na região 
carbonatada. 154 
Figura 3.60 – Concreto com metacaulinita – estruturas semelhantes às encontradas nos 
concretos de escória de alto-forno e cinza de casca de arroz. 154 
Figura 3.61 – Concreto com metacaulinita - aspecto geral de um poro localizado na região 
não carbonatada. 155 
Figura 3.62 – Difratograma do concreto de referência (sem adição mineral), antes do 
processo de carbonatação acelerada. 158 
Figura 3.63 – Difratograma do concreto de referência (sem adição mineral), após processo 
de carbonatação acelerada. 158 
Figura 3.64 – Difratograma do concreto com adição de cinza volante, antes do processo de 
carbonatação acelerada. 159 
Figura 3.65 – Difratograma do concreto com adição de cinza volante, após processo de 
carbonatação acelerada. 159 
Figura 3.66 – Difratograma do concreto com adição de escória de alto-forno, antes do 
processo de carbonatação acelerada. 160 
Figura 3.67 – Difratograma do concreto com adição de escória de alto-forno, após 
processo de carbonatação acelerada. 160 
Figura 3.68 – Difratograma do concreto com adição de cinza de casca de arroz, antes do 
processo de carbonatação acelerada. 161 
xiii 
Figura 3.69 – Difratograma do concreto com adição de cinza de casca de arroz, após 
processode carbonatação acelerada. 161 
Figura 3.70 – Difratograma do concreto com adição de sílica ativa, antes do processo de 
carbonatação acelerada. 162 
Figura 3.71 – Difratograma do concreto com adição de sílica ativa, após processo de 
carbonatação acelerada. 162 
Figura 3.72 – Difratograma do concreto com adição de metacaulinita, antes do processo de 
carbonatação acelerada. 163 
Figura 3.73 – Difratograma do concreto com adição de metacaulinita, após processo de 
carbonatação acelerada. 163 
CAPÍTULO 4 
Figura 4.1 – Efeito da variação da relação água/aglomerante no aspecto geral da camada 
de cobrimento (concreto de sílica ativa com cura úmida): (a) concreto de 
relação a/ag 0,40; (b) concreto de relação a/ag 0,55 e (c) concreto de relação 
a/ag 0,70. 165 
Figura 4.2 – Influência do tipo de cimento na permeabilidade do concreto (CEB, 1993). 166 
Figura 4.3 – Difratograma de raios X da cinza volante. 169 
Figura 4.4 – Difratograma de raios X da escória de alto-forno. 170 
Figura 4.5 – Difratograma de raios X da cinza de casca de arroz. 172 
Figura 4.6 – Difratograma de raios X da sílica ativa. 173 
Figura 4.7 – Difratograma de raios X da metacaulinita. 174 
ANEXO A 
Figura A.1 – Curva de distribuição granulométrica do agregado miúdo. 181 
Figura A.2 – Curva de distribuição granulométrica do agregado graúdo. 183 
Figura A.3 – Difratograma de raios X do cimento Portland CPII-F. 185 
ANEXO B 
Figura B.1 – Disposição dos grupos definidos pela comparação múltipla de médias pelo 
método de Duncan, com os fatores ordenados de forma crescente quanto às 
médias globais dos coeficientes de carbonatação acelerada, considerando os 
efeitos das variáveis relação a/ag e cura. 201 
Figura B.2 – Estimativa de média dos coeficientes de carbonatação acelerada, para cada 
tipo adição mineral empregada na produção dos concretos (considerando os 
efeitos das variáveis relação a/ag e cura). 202 
Figura B.3 – Disposição dos grupos definidos pela comparação múltipla de médias pelo 
método de Duncan, com os fatores ordenados de forma crescente quanto às 
médias globais dos coeficientes de carbonatação natural, considerando os 
efeitos das variáveis relação a/ag e cura. 203 
Figura B.4 – Estimativa de média dos coeficientes de carbonatação natural, para cada tipo 
adição mineral empregada na produção dos concretos (considerando os efeitos 
das variáveis relação a/ag e cura). 203 
xiv 
ANEXO D 
Figura D.1 – Levantamento dos dados de temperatura ambiente do ano 2002. Centro 
Tecnológico de FURNAS/Goiânia. 207 
Figura D.2 – Levantamento dos dados de umidade relativa do ar do ano 2002. Centro 
Tecnológico de FURNAS/Goiânia. 208 
 
xv 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
Tabela 1.1 – Principais indicadores de pH usados no estudo de carbonatação do concreto. 21 
CAPÍTULO 2 
Tabela 2.1 – Caracterização do agregado miúdo. 41 
Tabela 2.2 – Caracterização do agregado graúdo. 42 
Tabela 2.3 – Caracterização do cimento Portland. 42 
Tabela 2.4 – Principais características das adições minerais utilizadas. 43 
Tabela 2.5 – Caracterização dos aditivos químicos. 44 
Tabela 2.6 – Caracterização dos concretos de relação água/aglomerante 0,40, no estado 
fresco. 46 
Tabela 2.7 – Caracterização dos concretos de relação água/aglomerante 0,55, no estado 
fresco. 47 
Tabela 2.8 – Caracterização dos concretos de relação água/aglomerante 0,70, no estado 
fresco. 48 
CAPÍTULO 3 
Tabela 3.1 – Valores médios de resistência à compressão. 73 
Tabela 3.2 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
resistência à compressão, para os fatores considerados no modelo estatístico. 74 
Tabela 3.3 – Valores médios do módulo de deformação. 78 
Tabela 3.4 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
módulo de deformação, para os fatores considerados no modelo estatístico. 79 
Tabela 3.5 – Valores médios da absorção total de água por imersão. 82 
Tabela 3.6 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
absorção de água por imersão, para os fatores considerados no modelo 
estatístico. 83 
Tabela 3.7 – Valores médios da absorção de água por capilaridade. 87 
Tabela 3.8 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
absorção de água por capilaridade, para os fatores considerados no modelo 
estatístico. 88 
Tabela 3.9 – Médias globais e índices de desempenho. 91 
Tabela 3.10 – Valores médios dos coeficientes de carbonatação acelerada. 98 
xvi 
Tabela 3.11 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
coeficientes de carbonatação, para os concretos de cura úmida. 100 
Tabela 3.12 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
coeficientes de carbonatação, para os concretos de cura ao ar. 103 
CAPÍTULO 4 
Tabela 4.1 – Concretos com estimativa de vida útil superior a 50 anos. 175 
ANEXO A 
Tabela A.1 – Distribuição granulométrica do agregado miúdo. 181 
Tabela A.2 – Análise petrográfica* do agregado miúdo. 182 
Tabela A.3 – Distribuição granulométrica do agregado graúdo. 183 
Tabela A.4 – Análise petrográfica* do agregado graúdo. 184 
Tabela A.5 – Resultados individuais de resistência à compressão. 186 
Tabela A.6 – Resultados individuais de módulo de deformação. 187 
Tabela A.7 – Resultados individuais de absorção de água por imersão. 188 
Tabela A.8 – Resultados individuais de absorção de água por capilaridade. 189 
ANEXO B 
Tabela B.1 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação acelerada para 
concretos de relação a/ag 0,40, com leituras utilizando-se o indicador de pH 
amarelo de alizarina GG. 191 
Tabela B.2 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação acelerada para 
concretos de relação a/ag 0,55, com leituras utilizando-se o indicador de pH 
amarelo de alizarina GG. 192 
Tabela B.3 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação acelerada para 
concretos de relação a/ag 0,70, com leituras utilizando-se o indicador de pH 
amarelo de alizarina GG. 193 
Tabela B.4 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação acelerada para 
concretos de relação a/ag 0,40, com leituras utilizando-se o indicador de pH 
fenolftaleína. 194 
Tabela B.5 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação acelerada para 
concretos de relação a/ag 0,55, com leituras utilizando-se o indicador de pH 
fenolftaleína. 195 
Tabela B.6 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação acelerada para 
concretos de relação a/ag 0,70, com leituras utilizando-se o indicador de pH 
fenolftaleína. 196 
Tabela B.7 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação natural para todos os 
concretos estudados; com as leituras realizadas após 10 minutos e utilizando-se 
o indicador de pH amarelo de alizarina GG. 197 
Tabela B.8 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação natural para todos os 
concretos estudados; com as leituras realizadas após 24 horas e utilizando-se o 
indicador de pH amarelo de alizarina GG. 198 
xvii 
Tabela B.9 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação natural para todos os 
concretos estudados; com as leituras realizadas após 10 minutos e utilizando-se 
o indicador de pH fenolftaleína. 199 
Tabela B.10 – Resultados individuais do coeficiente de carbonatação natural para todos os 
concretos estudados; com as leituras realizadas após 24 horas e utilizando-se o 
indicador de pH fenolftaleína. 200 
Tabela B.11 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
coeficiente de carbonatação acelerada, para os fatores considerados no modelo 
estatístico. 201 
Tabela B.12 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais de 
coeficiente de carbonatação natural, para os fatores considerados no modelo 
estatístico. 202 
ANEXO C 
Tabela C.1 – Distribuição de Fisher - valores de F tabelado (Ftab) para α = 0,05. 205 
 
xviii 
RESUMO 
 
 
A corrosão da armadura pode ser iniciada quando a barreiraquímica, 
decorrente da alta alcalinidade do concreto, perde sua eficácia. Isto pode ocorrer pela 
penetração do gás carbônico na camada de cobrimento, que reduz o pH da solução do poro 
e desestabiliza a película de passivação da armadura. 
Neste sentido, o presente trabalho investiga a influência das adições minerais 
na durabilidade do concreto de cobrimento sujeito à carbonatação. Assim, concretos 
compostos com adições minerais, tais como sílica ativa, metacaulinita, cinza de casca de 
arroz, escória de alto-forno e cinza volante, foram submetidos a uma avaliação 
experimental, desenvolvida no Centro Tecnológico de Engenharia Civil de Furnas Centrais 
Elétricas S.A., em Goiânia, visando conhecer a capacidade de proteção do cobrimento 
frente à corrosão da armadura induzida por carbonatação do concreto. Para tanto, corpos-
de-prova de concretos com essas cinco adições minerais e mais a situação de referência 
(sem adição), sob três relações água/aglomerante (0,40, 0,55 e 0,70) e dois procedimentos 
de cura (cura úmida e cura ao ar), foram objeto de um estudo de desempenho frente à ação 
de carbonatação, mediante processo acelerado ao longo do tempo em câmara climática 
com teor de CO2 em torno de 5%. Deste estudo, procedeu-se uma avaliação comparativa 
de desempenho dos diversos concretos contendo adições minerais, tendo-se como base os 
valores calculados dos coeficientes de carbonatação, que a rigor representam a taxa ou 
velocidade do avanço da frente carbonatada no concreto de cobrimento. 
Foram também analisados os comportamentos dos concretos quanto à 
resistência à compressão, módulo de deformação, absorção de água por imersão e absorção 
de água por capilaridade, além de monitoramento do potencial eletroquímico de corrosão, 
resistividade elétrica superficial e absorção/permeabilidade pelo método do cachimbo, 
durante o estudo de carbonatação. Por último realizou-se uma análise da microestrutura 
dos concretos por microscopia eletrônica de varredura e por difratometria de raios X. 
Os resultados mostraram que existem diferenças significativas de 
comportamento entre os concretos com adições e que nem sempre as adições minerais 
causam prejuízo de desempenho no que se refere à carbonatação; ao contrário, foi 
verificado que as adições minerais metacaulinita e sílica ativa proporcionaram ganhos de 
desempenho aos concretos. 
xix 
ABSTRACT 
 
 
Corrosion of reinforcing steel may initiate if the chemical barrier (as a result of 
high alkalinity of the concrete) ceases to be effective. This can occur when the concrete 
cover is penetrated by carbon dioxide, which decreases the pH values of the pore solution 
and the passivating film becomes unstable. 
From this point of view, the present work deals with the influence of mineral 
additions on the concrete cover durability subject to carbonation phenomenon. Thus, 
concretes incorporating silica fume, metakaolin, rice husk ash, blast-furnace slag or fly ash 
underwent an experimental research (developed at the Civil Engineering Technologic 
Center of Furnas Centrais Elétricas S.A., in Goiânia, Brazil), whose purpose was to verify 
the protection capacity of the covercrete against carbonation. To this end, concrete 
specimens, featuring with those supplementary cementitious materials, with different 
water/binder ratios (0,40, 0,55 and 0,70) and under two curing conditions (moist-cured for 
28 days and dry-cured), were analyzed in relation to carbonation after a period of 91 days 
of age. They were introduced in a climatic control chamber of about 5% CO2 
concentration, with the purpose of accelerating the concrete carbonation. A comparative 
evaluation was carried out concerning the performance of the concrete blended with 
mineral additions by means of calculated carbonation coefficients, which represent the 
carbonation rate. 
The concretes behaviors were analyzed so for the compressive strength, static 
modulus of elasticity, immersion water absorption and capillary water absorption, as for 
the half-cell potentials, superficial apparent electrical resistivity and water 
absorption/permeability by the “pipe” method. Also, the concrete microstructure was 
analyzed by using the scanning electronic microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) 
methods. 
The general results have shown that there are significant differences among the 
concrete blended with mineral additions and, with regard to carbonation, the mineral 
additions neither always cause damages of performance; on the contrary, it was verified 
that metakaolin and silica fume have increased the concrete performance. 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
 
Esta pesquisa teve origem em um projeto integrado sobre as “características do 
concreto de cobrimento e o seu papel na durabilidade das estruturas de concreto armado” 
(CARASEK & CASCUDO, 2001), desenvolvido pela Universidade Federal de Goiás em 
conjunto com Furnas Centrais Elétricas; tendo como tema geral a durabilidade do concreto 
de cobrimento e como variáveis as adições minerais (em substituição parcial ao cimento), 
os procedimentos de cura e a relação água/aglomerante. 
O projeto em referência corresponde a quatro dissertações de mestrado que 
englobam a influência das condições de moldagem na camada de cobrimento 
(BRAUN, 2003), a influência das condições de cura nas características do cobrimento 
(PAULA COUTO, 2003), a influência das adições minerais e seu efeito na corrosão de 
armaduras induzidas por cloreto (FERREIRA, 2003), além da presente pesquisa, sobre a 
influência das adições minerais na durabilidade do concreto sujeito à carbonatação. Estes 
trabalhos são orientados pelos professores Dra. Helena Carasek e Dr. Oswaldo Cascudo, 
que, juntamente com os autores das dissertações, formam o Grupo de Estudos em 
Durabilidade (GEDUR) ligado ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil da 
Universidade Federal de Goiás (CMEC - UFG). 
 
I N T R O D U Ç Ã O 2 
 
 
Justificativa e Importância do Tema 
 
A durabilidade das estruturas de concreto tem sido uma das principais 
preocupações das pesquisas atuais tendo em vista a predição da vida útil. Entre os temas 
mais pesquisados que integram os modelos de durabilidade e de vida útil das estruturas de 
concreto destaca-se a corrosão das armaduras, seja por carbonatação ou ataque de cloretos, 
por ser a manifestação patológica que mais danos causa, não só pelos aspectos econômicos 
envolvidos como pelas dificuldades das técnicas de recuperação e sua eficácia em longo 
prazo. Nesse contexto, a carbonatação tem sido um assunto bastante pesquisado atualmente 
por se tratar de um processo que pode levar à despassivação da armadura e propiciar o 
início da sua corrosão (ISAIA et al., 1998). 
Quanto ao uso de adições minerais no concreto, sabe-se que elas influenciam 
significativamente a resistência do concreto ao ataque químico, em conseqüência não 
apenas de alterações de natureza química na pasta de cimento hidratada, mas também de 
modificações em sua microestrutura. No caso específico da carbonatação, estas alterações 
químicas da pasta acelerariam o processo de carbonatação, podendo prejudicar a 
durabilidade das estruturas. Entretanto, quando analisadas conjuntamente com as alterações 
microestruturais, torna-se muito difícil predizer o comportamento do concreto, pois as 
adições minerais conferem-lhe uma permeabilidade substancialmente reduzida, 
influenciando assim os mecanismos de transporte, entre eles a absorção de água e difusão 
de gás carbônico e oxigênio, agentes diretamente ligados à despassivação e corrosão das 
armaduras. 
Ainda sobre o uso de adições, SABIR et al. (2001) destacam que o mais 
importante passo do desenvolvimento do concreto, neste último século, foi o início da 
utilização de subprodutos industriais na produção do concreto, como a cinza volante, 
escória de alto-forno e sílica ativa. Esta utilização é agora estendida a outros resíduos, 
como acinza de casca de arroz e a metacaulinita. 
Hoje em dia é usualmente aceito que, ao serem projetadas estruturas de 
concreto, as características de durabilidade devam ser avaliadas com o mesmo cuidado que 
os outros aspectos de projeto, tais como as propriedades mecânicas e o custo inicial. 
O aumento no custo de reparos e reposições de estruturas e a ênfase crescente 
em objetivar o custo das estruturas ao longo de sua vida útil, não apenas seu custo inicial, 
I N T R O D U Ç Ã O 3 
 
estão forçando os engenheiros a tomarem consciência dos aspectos de durabilidade. 
Segundo MEHTA & MONTEIRO (1994), estima-se que acima de 40% do total dos 
recursos da indústria de construção sejam aplicados no reparo e manutenção de estruturas 
já existentes. Neste contexto, a durabilidade é uma meta buscada por praticamente todos os 
grupos de pesquisa espalhados em universidades, institutos de pesquisa e demais 
instituições que atuam na área de ciência e tecnologia do concreto. 
Entretanto, conforme CARASEK & CASCUDO (2001), esses estudos têm 
explorado muito pouco as características do concreto de cobrimento, elemento de 
fundamental importância para a conservação das estruturas, uma vez que regerá, em 
primeira instância, os mecanismos de transporte que levam líquidos, íons e gases para o 
interior do material. 
Sabe-se que o cobrimento assume características peculiares que o diferem do 
concreto confinado nas partes mais internas dos elementos estruturais. Estas diferenças se 
dão em função de vários aspectos, dentre os quais pode-se citar a absorção promovida 
pelas fôrmas, a evaporação de água para o ambiente e o efeito parede. Neste sentido, torna-
se muito importante que os estudos se aprofundem nas características e propriedades do 
concreto de cobrimento e que as relacionem com desempenho e vida útil dos elementos 
estruturais (CARASEK & CASCUDO, 2001). 
Especificamente voltado ao combate da corrosão de armaduras, o cobrimento 
exerce um papel de enorme relevância, pois além de representar uma proteção física, por 
barreira, contra a entrada de agentes agressivos, ele fornece, dada a elevada alcalinidade da 
pasta de cimento, condições favoráveis à formação da película de passivação do aço, 
propiciando assim a proteção química das armaduras. No entanto, durante a vida útil de 
serviço de uma estrutura de concreto o gás carbônico presente na atmosfera pode reagir 
com os compostos da pasta de cimento formando produtos de menor alcalinidade que os 
compostos originais e, em conseqüência, a película de proteção pode ser removida, 
deixando a armadura vulnerável à corrosão. Esse processo se caracteriza pela existência de 
uma “frente” de avanço, que separa duas zonas com pH diferentes, de modo que apenas 
quando essa frente atinge as proximidades da superfície do aço é que a proteção química 
do cobrimento é eliminada. Destaca-se, então, a grande importância do estudo do concreto 
de cobrimento sujeito à ação da carbonatação. 
Mediante o acompanhamento do efeito das adições minerais e do tipo de cura 
sobre as características microestruturais do concreto de cobrimento, espera-se obter um 
I N T R O D U Ç Ã O 4 
 
melhor entendimento sobre o comportamento das adições em relação ao fenômeno da 
carbonatação do concreto. 
 
 
Objetivos da Pesquisa 
 
Esta pesquisa tem como objetivo geral estudar as características e propriedades 
do concreto de cobrimento ligadas à durabilidade, avaliando principalmente a influência 
das adições minerais, da relação água/aglomerante e da cura. Considerando estas variáveis, 
o estudo visa verificar a capacidade de proteção do cobrimento frente à corrosão de 
armaduras induzida por carbonatação do concreto. 
São objetivos específicos: 
• Avaliar o desempenho de diferentes concretos quanto à carbonatação, tendo 
em vista as adições minerais e o tipo de cura, com variação da relação água/aglomerante; 
• Avaliar qualitativamente a corrosão da armadura no concreto pelas técnicas 
de potencial de corrosão e resistividade elétrica, relacionando-as com os tipos de adições, 
cura e efeito da carbonatação; 
• Promover uma caracterização consistente dos diferentes concretos, 
enfocando tanto as propriedades mecânicas como aquelas relacionadas aos mecanismos de 
transporte e de durabilidade, de modo a dar suporte à discussão do estudo de desempenho 
quanto à carbonatação; 
• Verificar as alterações microestruturais da pasta de cimento em decorrência 
das adições minerais, bem como em função da carbonatação. 
I N T R O D U Ç Ã O 5 
 
 
Estrutura do Trabalho 
 
Este trabalho encontra-se estruturado em cinco capítulos, de modo que o 
Capítulo 1 apresenta uma revisão da literatura sobre os principais aspectos do fenômeno de 
carbonatação do concreto, discutindo o mecanismo e as reações, bem como os principais 
fatores intervenientes no processo. É feita, também, uma breve abordagem sobre a 
estimativa da profundidade da frente de carbonatação e a mensuração dessa frente pela 
técnica de aspersão de indicadores de pH. Em seguida é apresentada uma revisão concisa 
sobre as principais alterações promovidas pelas adições minerais ao concreto, destacando-
se as alterações na microestrutura do sistema de poros, na quantidade de hidróxido de 
cálcio da pasta hidratada e no potencial hidrogeniônico da água de poro. 
O Capítulo 2 apresenta a metodologia empregada no programa experimental, 
abrangendo as variáveis de estudo, a descrição dos materiais utilizados, o preparo do 
concreto, o corpo-de-prova e os métodos estabelecidos para avaliar as propriedades do 
concreto. 
No Capítulo 3 são apresentados os resultados da pesquisa e as discussões 
referentes a eles. Este capítulo aborda, primeiramente, as análises referentes às 
propriedades de caracterização do concreto endurecido, quais sejam, resistência à 
compressão, módulo de deformação, absorção de água por imersão e absorção de água por 
capilaridade. Em seguida tem-se a avaliação da velocidade de carbonatação dos diversos 
concretos contendo adições minerais, mediante processo acelerado de carbonatação em 
câmara climática. Também são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios de 
monitoramento, a saber: potencial eletroquímico de corrosão, resistividade elétrica 
superficial e absorção/permeabilidade pelo método do cachimbo. Por último, são 
analisados os resultados da microscopia eletrônica de varredura e da difratometria de 
 raios X, promovendo-se a inter-relação destes resultados com o comportamento verificado 
no estudo da carbonatação. 
No Capítulo 4 é procedida uma análise e discussão global dos resultados, com 
o intuito de fornecer uma visão consolidada dos vários estudos realizados, buscando razões 
e explicações plausíveis para os resultados obtidos, principalmente no que concerne ao 
efeito das adições. 
Por fim, no Capítulo 5 são apresentadas as conclusões, bem como as sugestões 
para futuras pesquisas extraídas do trabalho realizado. 
 
 
 
CAPÍTULO 1 - 
 
 
REVISÃO DA LITERATURA 
 
 
 
Neste capítulo é apresentada uma revisão da literatura sobre o processo de 
carbonatação do concreto, ressaltando-se a importância da carbonatação dentro do estudo 
da durabilidade do concreto armado. 
Este capítulo se divide em três itens principais: carbonatação do concreto; 
influência das adições minerais no concreto e carbonatação do concreto com adições 
minerais. 
No primeiro item é feita uma revisão acerca do fenômeno de carbonatação, 
destacando os principais fatores intervenientes e as principais alterações provocadas no 
concreto. Comenta-se, também, a adequação de modelos matemáticos como estimativa da 
profundidade de carbonatação, citando alguns dos principais trabalhos realizados nessa 
área. Além disso, é dado um destaque à técnica de aspersão de indicadores de pH, 
apresentando os principais indicadores utilizados. 
No segundo item são discutidas as alterações das propriedades do concretopelo uso de adições minerais, sendo, inicialmente, apresentada uma breve explicação das 
reações ocorridas entre as adições minerais e os produtos de hidratação do cimento e, 
subseqüentemente, apresentadas as principais alterações causadas pelas adições minerais, 
quais sejam, refinamento microestrutural, alteração no potencial hidrogeniônico (pH) da 
água dos poros e redução da reserva alcalina1 da pasta hidratada. 
Por último, é discutida a influência das alterações promovidas pelas adições 
minerais no processo de carbonatação do concreto. 
 
 
1 O termo reserva alcalina, utilizado nesta revisão bibliográfica, refere-se à quantidade de hidróxido de 
cálcio (CH) da pasta hidratada, considerando o efeito das reações de hidratação e pozolânicas. 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 7 
 
 
1.1 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO 
 
 
1.1.1 O FENÔMENO DA CARBONATAÇÃO 
 
Diversos pesquisadores - KAZMIERCZAK (1995), NEVILLE (1997) e ROY 
et al. (1999) - explicam a carbonatação do concreto como sendo um fenômeno natural 
decorrente da existência de gás carbônico (CO2) na atmosfera, em concentrações que 
variam da ordem de 0,03%, em ambientes rurais, a 0,30%, em grandes cidades e em 
lugares fechados e pouco ventilados (como, por exemplo, garagens de edifícios). Assim, a 
carbonatação do concreto assume maior importância nos centros urbanos e regiões 
industrializadas, devido aos maiores teores de CO2 ambiente. 
O fenômeno da carbonatação envolve diversos processos físico-químicos, a 
saber: difusão do CO2 gasoso nos poros do concreto; dissolução e difusão do hidróxido de 
cálcio na água dos poros; dissolução do CO2 na água dos poros e a reação com o hidróxido 
de cálcio. Também ocorre a reação do CO2 com os álcalis dissolvidos e com os outros 
produtos de hidratação do cimento, fases silicatos e aluminatos hidratadas, que são menos 
solúveis (PAPADAKIS et al., 1991; PAPADAKIS, 2000a). Essas reações são apresentadas 
a seguir. 
a) Reação de dissolução do CO2 na água dos poros. Nesta reação (Equação 1.1) 
ocorre a formação e ionização do ácido carbônico, que na primeira etapa libera o íon 
bicarbonato e na segunda etapa libera o íon carbonato. Como simplificação, considera-se 
que apenas o íon carbonato participa do processo de carbonatação. 
 
CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3- ⇔ 2H+ + CO32- (1.1) 
 
b) Reação de dissolução do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) na água dos poros e 
posterior reação com os íons carbonato (íon CO32-). Estas reações estão apresentadas nas 
Equações 1.2 e 1.3, respectivamente (ISHIDA & MAEKAWA, 2001), tendo-se como 
produto a precipitação do carbonato de cálcio (sal de baixa solubilidade). 
 
Ca(OH)2 + H2O ⇔ Ca2+ + 2OH- (1.2) 
 
Ca2+ + CO32- CaCO3 (1.3) 
 
H2O 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 8 
 
As equações apresentadas anteriormente explicam a reação entre o Ca(OH)2 e 
o CO2, que é considerada a reação principal da carbonatação do concreto. Isto se deve à 
grande quantidade de CH2 na pasta hidratada, que constitui entre 20% e 25% do volume 
de sólido, conforme MEHTA & MONTEIRO (1994), e também à sua maior solubilidade 
em comparação a outros produtos da pasta hidratada, como o silicato de cálcio hidratado 
(C-S-H). Em geral esse conjunto de reações é comumente representado pela Equação 1.4. 
 
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (1.4) 
 
Contudo, a ação do CO2 sobre os constituintes do cimento é complexa, pois 
não se limita ao hidróxido de cálcio, atacando também os silicatos e os aluminatos de 
cálcio hidratados, segundo as reações apresentadas pelas Equações 1.5 e 1.6 (SIERRA & 
SOUZA, 1998). 
 
3CaO.2SiO2.3H2O + 3CO2 3CaCO3 + 2SiO2 + 3H2O (1.5) 
 
4CaO.Al2O3.13H2O + 4CO2 4CaCO3 + 2Al(OH)3 + 10H2O (1.6) 
 
TAYLOR (1997) descreve que a carbonatação dos produtos de hidratação do 
cimento resulta, além do carbonato de cálcio, em géis de sílica e alumina. O C-S-H é 
inicialmente descalcificado, diminuindo sua relação Ca/Si, e posteriormente é convertido 
em sílica gel. Os aluminatos hidratados C4AHx são convertidos rapidamente em x4 HCAC 
e posteriormente em alumina gel, enquanto que a etringita e o monossulfato produzem 
alumina gel e gipsita. 
Na solução dos poros do concreto estão presentes ainda os álcalis do cimento 
(sódio e potássio) que também são passíveis de carbonatação, conforme apresentado nas 
Equações 1.7 e 1.8. 
 
2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O (1.7) 
 
2KOH + CO2 K2CO3 + H2O (1.8) 
 
 
2 Notação abreviada utilizada na química do cimento, onde: CH - hidróxido de cálcio. Outras abreviaturas 
comumente usadas são: H - água; C - óxido de cálcio; S - óxido de silício; A - óxido de alumínio; F - óxido 
de ferro; S - óxido de enxofre; C - óxido de carbono. Além dos compostos: C-S-H - silicato de cálcio 
hidratado de composição não especificada; CxAHy - aluminato de cálcio hidratado; yx HCAC - 
carboaluminato de cálcio hidratado e outras combinações. 
H2O 
H2O
H2O
H2O 
H2O 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 9 
 
SATO (1998) menciona que a solubilidade do CH é limitada pela quantidade 
de íons hidroxila (OH-) na solução de poros e, que em razão da maior solubilidade dos 
álcalis, eles limitam a dissolução do CH, reduzindo com isto, a velocidade de carbonatação 
deste composto. Entretanto, segundo STEFFENS (2000), os álcalis formam carbonatos 
solúveis que se dissociam facilmente, liberando o íon carbonato para reações posteriores, 
como pode ser observado na Equação 1.9, que exemplifica a dissociação do carbonato de 
potássio. 
K2CO3 + 2OH- ⇔ 2KOH + CO32- (1.9) 
 
As Figuras 1.1 e 1.2 ilustram aspectos da pasta de cimento sob efeito da 
carbonatação, em especial micrografias de alguns compostos de hidratação do cimento 
atacados pelo gás carbônico. 
Figura 1.1 – Micrografias de cristais de CH: (a) superfície lisa do cristal de CH 
antes da carbonatação e (b) cristal de CH rodeado de C-S-H; nota-se a formação de 
produtos sobre a superfície do cristal (HÄUßLER et al., 2000). 
 
Figura 1.2 – Micrografias de carbonatação dos compostos do cimento: (a) 
camada de CaCO3 (espessura de 26 nm) sendo formada sobre o CH (exposto em ambiente 
com 0,03% de CO2, por 38 dias) e (b) cimento hidratado, completamente carbonatado 
(exposto em ambiente úmido com 0,03% de CO2, por 5 dias) (HÄUßLER et al., 2000). 
a b 
b a 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 10 
 
 
Quanto a eventuais prejuízos de durabilidade provocados pelo processo de 
carbonatação, pode-se afirmar que a carbonatação por si mesma não causa deterioração do 
concreto, mas ocasiona efeitos importantes. 
A principal conseqüência em relação à durabilidade do concreto, mais 
precisamente do concreto armado, é a redução do potencial hidrogeniônico (pH) da pasta, 
que passa de pH normalmente acima de 12 para pH abaixo ou em torno de 9. Uma 
característica desse processo é a existência de uma “frente de carbonatação”, que separa 
essas duas zonas de pH. Essa frente avança progressivamente para a interior do concreto e 
deve ser sempre mensurada com relação à espessura do concreto de cobrimento da 
armadura, pois caso atinja a armadura, provocará a alteração das condições de estabilidade 
química da película passivadora do aço e, conseqüentemente, sua despassivação 
(CASCUDO, 1997). A despassivação e o risco de corrosão da armadura são tratados no 
subitem 1.1.5 com maiores detalhes. 
Outra conseqüência da carbonatação é a alteração da permeabilidade e do 
volume de poros do concreto, em razão das alterações microestruturais causadas pelas 
reações químicas descritas anteriormente. 
Nos trabalhos de NGALA & PAGE (1997), CLAISSE et al. (1999) e 
JOHANNESSON & UTGENANNT (2001), foram observadas reduções da porosidade 
total da pasta de cimento, causadas pela precipitação do CaCO3. Este composto possui 
volume maior que dos hidratos responsáveispor sua formação; sendo aproximadamente 
11% maior que o CH, de modo que com a carbonatação normalmente há uma colmatação 
dos poros, conforme LEA (1970). 
NGALA & PAGE (1997), entretanto, mesmo verificando a redução da 
porosidade total, observaram também um aumento da porosidade capilar (poros de 
diâmetros maiores que 30 nm) em conseqüência da decomposição do C-S-H, talvez 
causado pela exposição prolongada ao CO2 na câmara de carbonatação; no caso do 
processo natural de carbonatação, este efeito seria detectado em ambientes com teores 
muito elevados de CO2. JOHANNESSON & UTGENANNT (2001) alertam para uma 
possível microfissuração na zona carbonatada, causada pela expansão volumétrica do 
produto da carbonatação, devido à conversão do CH em CaCO3. 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 11 
 
No estudo de DIAS (2000), sobre o efeito da carbonatação na sortividade3 do 
concreto, observa-se uma redução da porosidade capilar e da sortividade, justificadas pelo 
aumento do volume dos sólidos da pasta. CLAISSE et al. (1999) apresentam um quadro 
resumo sobre os efeitos da carbonatação, no qual prevêem uma redução dos coeficientes 
dos mecanismos de transporte, o que reduziria significativamente a entrada de íons sulfato, 
cloreto e do próprio CO2. 
Nos trabalhos mencionados observam-se ressalvas e divergências sobre os 
efeitos da carbonatação; com isso torna-se muito difícil predizer as alterações na 
porosidade, bem como nos mecanismos de transporte, quando ocorre a carbonatação do 
concreto. 
Existem ainda outros efeitos da carbonatação, os quais não são objetos dessa 
pesquisa, sendo portanto mencionados de forma sucinta. 
A carbonatação provoca também retração no concreto. A retração por 
carbonatação é causada por dois mecanismos: (1) perda de moléculas de água na reação 
principal de carbonatação; (2) diminuição de volume na pasta de cimento endurecida, com 
a dissolução do Ca(OH)2 em zonas onde ele está sob tensão e a precipitação do CaCO3 em 
espaços não sujeitos a tensão. A retração por carbonatação aumenta a parcela de retração 
irreversível e pode contribuir para a fissuração generalizada da superfície exposta do 
concreto (LEA, 1970; NEVILLE, 1997). Lembrando que, como mencionado 
anteriormente, o composto CaCO3 possui maior volume que o Ca(OH)2; todavia aqui se 
refere a outro processo, o de redução do volume da pasta hidratada, conforme o mecanismo 
explicado. 
NEVILLE (1997) cita que a água liberada pela reação de carbonatação pode 
ajudar na hidratação do cimento, o que resultaria numa maior dureza superficial, menor 
permeabilidade superficial e menor movimentação de umidade. Ele comenta ainda que o 
uso de “pré-carbonatação” em elementos pré-moldados constitui-se em uma aplicação 
prática visando à obtenção dos referidos efeitos. 
A carbonatação ainda é responsável pela variação de massa no concreto, em 
que para cada mol de Ca(OH)2 que se transforma em CaCO3 ocorre um ganho de massa de 
35% (DIAS, 2000), implicando, desta forma, em aumento de massa da região carbonatada. 
 
3 Tradução do termo sorptivity, propriedade da sorption. Sorção é o fenômeno simultâneo de adsorção e 
absorção, que é o resultado dos movimentos de massa (principalmente vapor d´água) nos poros capilares 
abertos ao ambiente (NEVILLE, 1997). Sortividade, por sua vez, é o índice ou taxa de transporte de 
umidade dentro de um espécime não saturado (DIAS, 2000), ou seja, é a sorção ao longo do tempo. 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 12 
 
Outro efeito da carbonatação é a alteração da resistividade elétrica do concreto, 
originando uma camada de alta resistividade, em decorrência da colmatação dos poros e da 
redução de pH da fase líquida intersticial (CASCUDO, 1997). Este efeito altera a cinética 
de corrosão das armaduras, dificultando a movimentação iônica no eletrólito e, 
conseqüentemente, diminuindo a taxa de corrosão. 
 
1.1.2 FATORES INTERVENIENTES NA CARBONATAÇÃO 
 
Conforme explicado, a carbonatação se dá progressivamente das camadas mais 
externas para o interior do concreto. Este processo ocorre a uma velocidade decrescente, 
pois o CO2 tem que se difundir através do sistema de poros, incluindo a região já 
carbonatada da superfície do concreto. 
Os fatores que intervêm na velocidade de carbonatação são todos aqueles 
ligados às condições de exposição, quais sejam, concentração de CO2 e umidade relativa 
(os quais estão diretamente ligados ao mecanismo de difusão); bem como aqueles 
relacionados às características microestruturais do concreto, quais sejam, composição 
química do aglomerante (cimento e adição mineral, se for o caso), composição do concreto 
(relações água/aglomerante e agregado/cimento) e cura do concreto. 
São, na seqüência, apresentadas considerações sobre essas duas categorias de 
fatores que intervêm na velocidade de carbonatação. 
 
1.1.2.1 FATORES LIGADOS ÀS CONDIÇÕES DE EXPOSIÇÃO 
 
Conforme mencionado anteriormente, os principais fatores ligados às 
condições de exposição do concreto são: umidade do concreto, decorrente da umidade 
relativa do ambiente onde se encontra a estrutura; e concentração de gás carbônico, seja a 
concentração ambiente ou um teor mais elevado no caso de ensaios acelerados. 
SATO (1998) explica que a quantidade de água retida pelo concreto é resultado 
da umidade adsorvida e condensada nos vazios interlamelares e da umidade apenas 
adsorvida nos poros maiores. Essa quantidade de umidade, adquirida pelo concreto quando 
exposto a uma determinada umidade relativa ambiente, é denominada “umidade de 
equilíbrio”. 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 13 
 
A influência da umidade na carbonatação do concreto pode ser explicada por 
três situações básicas. No caso de um concreto muito úmido, com seus poros totalmente 
preenchidos com água, a difusão torna-se um processo bastante lento, pois a difusão do 
CO2 através da água é quatro ordens de grandeza mais lenta do que através do ar. Por outro 
lado, se a água dos poros for insuficiente, sistema com poros secos, o CO2 não se dissocia e 
portanto não reage com o cimento hidratado (NEVILLE, 1994). Finalmente, se os poros 
estiverem apenas parcialmente preenchidos com água, que é normalmente o que ocorre 
próximo à superfície do concreto, a frente de carbonatação avança até profundidades onde 
os poros do concreto apresentarem essa condição favorável (CASCUDO, 1997). 
PAPADAKIS et al. (1991; 1992) analisaram o avanço da carbonatação em 
concretos sob diversas condições de umidade ambiente (entre 40% e 80%) e observaram as 
maiores profundidades de carbonatação para as umidades entre 50% e 65%. ROY et al. 
(1999) realizaram estudos semelhantes e observaram que o aumento da umidade de 52% 
para 75% aumentou significativamente a profundidade de carbonatação. 
ROSENBERG et al., citados por CASCUDO (1997), estudaram a influência da 
umidade relativa do ambiente na taxa de carbonatação e apresentaram a relação exibida 
pela Figura 1.3. Nela pode-se observar uma maior percentagem de carbonatação para as 
umidades relativas entre 50% e 70%. 
Figura 1.3 – Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ambiente 
(ROSENBERG et al. citado por CASCUDO, 1997). 
 
Quanto à influência da concentração de CO2, ISAIA (1995) reuniu em sua 
revisão bibliográfica várias pesquisas de diversos autores (realizadas entre 1983 e 1994) e 
verificou, por meio de regressão linear, a existência de uma grande correlação (coeficiente 
de determinação de 93%) entre a profundidade de carbonatação e a raiz quadrada do 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 14 
 
produto entre a concentração molar do CO2 e o tempo de exposição. Deve ser destacado 
que uma maior concentração de CO2, por si só, não é responsável pela maior profundidade 
de carbonatação, pois ela depende, assim como os demais fatores, do tempo de exposição. 
De acordo com KAZMIERCZAC (1995) e TEIXEIRA(2002), a concentração 
de gás carbônico passa a ter uma influência significativa nos ensaios de carbonatação 
acelerada, gerando controvérsias quanto ao seu emprego, principalmente se consideradas 
as concentrações geralmente usadas (entre 4% e 100%), que acabam destoando muito do 
que se encontra no ambiente. 
MEHTA & MONTEIRO (1994) alertam para possíveis alterações na 
microestrutura da pasta hidratada em decorrência de elevados teores de gás carbônico. 
Concentrações muito altas possibilitariam a transformação de carbonato de cálcio 
(insolúvel) em bicarbonato de cálcio (solúvel), gerando, assim, microestruturas diferentes 
daquelas apresentadas sob condições normais de exposição. 
 
1.1.2.2 FATORES LIGADOS À MICROESTRUTURA DO CONCRETO 
 
PARROT citado por MITRE et al. (2002) resume bem a influência da estrutura 
física da pasta de cimento na carbonatação do concreto; ele relata que quanto maior o 
tamanho médio dos poros e maior a interconectividade entre eles, maior será a facilidade 
de difusão do CO2 e, conseqüentemente, a velocidade de carbonatação. Sabe-se que esses 
fatores são definidos principalmente pela relação água/cimento (a/c), grau de hidratação, 
tipo de cimento e adições. 
PAPADAKIS et al. (1991) concluem que a distribuição dos tamanhos de poros 
depende principalmente da relação a/c e que a presença de agregados não afeta 
significativamente os valores da difusividade efetiva do CO2 (cuja barreira formada pelas 
partículas dos agregados se contrapõe à maior porosidade decorrente da presença da 
interface pasta-agregado). PAPADAKIS (2000a) menciona que relações a/c menores que 
0,45 apresentam sistema de poros finos e pouco conectados, o que leva a menores taxas de 
difusão de íons e moléculas. 
CHAUSSADENT et al. (2000) analisando o efeito da relação a/c entre 0,25 e 
0,60 nas características microestruturais da pasta de cimento, observaram que, para um 
mesmo grau de hidratação (obtido por análise de imagens e quantidade de água 
quimicamente combinada), quando a relação a/c aumenta ocorre uma redução da relação 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 15 
 
Ca/Si do C-S-H e que o cálcio precipita-se em CH mais facilmente. Observaram ainda que 
as pastas com relação a/c igual a 0,60 resultaram uma elevada porosidade total e que o 
hidróxido de cálcio destas pastas apareceu na forma de grandes cristais (80 µm a 120 µm). 
No tocante à relação agregado/cimento, quanto maior o seu valor, menor a 
quantidade de compostos passíveis de carbonatação no concreto, conseqüentemente, a 
profundidade de carbonatação aumenta (PAPADAKIS et al., 1991). 
Em relação à influência da composição do aglomerante, ou seja, tipos e teores 
de cimento e adição mineral, sabe-se que esse fator interfere na microestrutura (porosidade, 
distribuição dos tamanhos de poros e interconectividade dos poros) e também altera a 
quantidade de compostos passíveis de carbonatação (resultantes da hidratação do cimento e 
das reações pozolânicas). Este fator interveniente e sua complexidade são tratados nos 
itens 1.2 e 1.3. 
Um outro fator de grande influência na carbonatação é a cura do concreto. 
BALAYSSAC et al. (1995) concluem que as condições de cura, particularmente o tempo 
de cura, têm larga influência na durabilidade dos concretos. Observaram que o aumento do 
período de cura de 1 dia para 3 dias aumentou o desempenho contra o avanço da 
carbonatação em 10%, para concretos com teor de cimento de 300 kg/m³, e em 50%, para 
concretos com teor de cimento de 420 kg/m³. 
É importante mencionar que há uma inter-relação muito forte dos fatores 
ligados à estrutura de poros e às condições de exposição (umidade), conforme ilustrado na 
Figura 1.4. 
Figura 1.4 – Interferência das características microestruturais e das condições 
de umidade no mecanismo de difusão através do concreto. Adaptado de TUUTTI (1982). 
 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 16 
 
De acordo com SATO (1998), os concretos com estrutura de poros mais 
refinada (maior proporção de poros menores) retêm maior quantidade de água que os 
concretos com maior proporção de poros maiores. Por outro lado, sabe-se que os concretos 
de microestrutura menos compacta (com maior porosidade aberta ao meio) possuem maior 
facilidade de entrada e saída de água. 
Outro ponto relevante do trabalho de SATO (1998) diz respeito ao conceito de 
raio crítico, dimensão do poro em que ocorre a coalescência dos filmes de água adsorvida 
nas paredes do poro. Este fato implica em alteração do mecanismo de difusão e, 
conseqüentemente, do processo de carbonatação. Portanto, as características 
microestruturais do concreto (intrínsecas a cada tipo de concreto) resultam em 
comportamentos complexos, sendo que concretos sob uma mesma condição de umidade 
ambiente podem desenvolver umidades internas diferentes e, dependendo do grau de 
refinamento de suas microestruturas, pode ocorrer ou não a saturação dos poros. 
 
 
1.1.3 ESTIMATIVA DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO 
 
O mecanismo de transporte do dióxido de carbono através do concreto e a taxa 
de movimento da frente de carbonatação (velocidade de carbonatação) são baseados na lei 
de difusão de Fick, a qual define que a taxa de movimento é inversamente proporcional à 
distância da superfície (para geometria unidimensional), expressa pela Equação 1.10 
(BROOMFIELD, 1997). 
 
x
D
 
dt
dx 0= , (1.10) 
onde: 
dx/dt = taxa de movimento; 
x = distância da superfície; 
t = tempo; 
D0 = constante de difusão, determinada pela qualidade do concreto. 
 
Conseqüentemente, o modelo clássico da carbonatação é também baseado 
nessa definição de difusão, dado pela Equação 1.11. De acordo com KAZMIERCZAK 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 17 
 
(1995), a simplicidade dessa equação contrasta com a dificuldade de determinar o valor de 
k, fator que contempla simultaneamente as características do concreto e do ambiente. 
tk xC = , (1.11) 
onde: 
xC = profundidade de carbonatação (geralmente em mm); 
k = coeficiente de carbonatação (geralmente em mm/ano0,5); 
t = tempo de exposição (geralmente em anos). 
 
Na bibliografia encontram-se diversos estudos com estimativas (modelagens 
matemáticas) do processo de carbonatação, os quais visam contemplar mais objetivamente 
a ação dos principais fatores intervenientes no mecanismo da carbonatação, como os 
trabalhos de TUUTTI (1982), PAPADAKIS et al. (1991; 1992), COMITÉ EURO-
INTERNATIONAL DU BETÓN (CEB 238, 1997), BRIEGER & WITTMANN citados 
por BOULFIZA et al. (s.d.), PAPADAKIS (2000a; 2000b) e ISHIDA & MAEKAWA 
(2001), além dos diversos modelos propostos por PARROT citado por BROOMFIELD 
(1997). 
Dentre estes trabalhos destacam-se os estudos de PAPADAKIS et al. (1991; 
1992) e PAPADAKIS (2000a; 2000b), nos quais foram desenvolvidos modelos para 
concretos de cimento Portland, cimento pozolânico e com adições minerais, sempre 
considerando a quantidade de compostos passíveis de carbonatação (CH, C-S-H e 
compostos do cimento anidro) e o efeito das adições minerais (quando presentes). A título 
de exemplificação, uma das equações propostas por esses autores é a expressada pela 
Equação 1.12. 
 
t
S] 2[C S] 3[C 3[CSH] [CH] 
][CO2D
 x
23
2CO2
C +++
= , (1.12) 
onde: 
xC = profundidade de carbonatação; 
DCO2 = difusividade efetiva do CO2, função do grau de saturação dos poros; 
[CO2] = concentração de CO2. 
t = tempo de exposição. 
[C3S], [C2S], [CH] e [CSH] = respectivas concentrações dos compostos do 
cimento e dos originados das reações de hidratação e pozolânica. 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 18 
 
Outro trabalho que merece destaque é o desenvolvido pelo COMITÉ EURO-
INTERNATIONAL DU BETÓN (CEB 238, 1997), também pela abrangência dos fatores 
intervenientes considerados, cuja Equação 1.13 expressa o modelo recomendado pelo 
boletim de informação número 238. 
 
n





=
t
t t
a
D ∆ckk2k x 0nom321C , (1.13) 
onde: 
xC =profundidade de carbonatação; 
k1, k2, k3 = parâmetros dependentes das condições do microclima 
(principalmente a umidade do concreto), do procedimento de cura e da relação a/c, 
respectivamente; 
∆c = variação entre as concentrações de CO2 no ambiente e na frente de 
carbonatação; 
Dnom = coeficiente de difusão para concreto seco, com ambiente de exposição 
ao CO2 definido (20oC e UR 65%); 
a = quantidade de CO2 necessária para carbonatação completa; 
n = parâmetro dependente das condições de umidade do microclima 
(dependente das condições de exposição: ambiente interno ou externo); 
t0 e t = tempo de referência (1 ano) e tempo de exposição. 
 
Essas modelagens vêm comprovar a validade do modelo clássico, porque, 
assim como as equações exibidas anteriormente, praticamente todos os modelos podem ser 
reduzidos à Equação 1.11, na qual o coeficiente k resume a influência dos diversos fatores 
intervenientes da microestrutura da pasta e das condições de exposição do concreto. 
KAZMIERCZAK (1995), no entanto, alerta que geralmente esses modelos não 
contemplam adequadamente o efeito da saturação dos poros, que pode ocorrer pela 
incidência direta da chuva ou das variações do grau de saturação, em decorrência das 
oscilações sazonais de umidade relativa do ar e temperatura; nem contemplam as variações 
de concentrações de CO2 existentes ao longo do tempo. Ele menciona que as estimativas 
feitas por esses modelos são, normalmente, superiores à profundidade de carbonatação real 
(decorrente do processo natural). 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 19 
 
 
1.1.4 DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO 
 
No trabalho de KAZMIERCZAK & ZARA (1996) são discutidos os principais 
métodos utilizados para a determinação da profundidade de carbonatação, quais sejam, 
aspersão de indicadores químicos de pH, variação de massa, microscopia óptica, análise 
térmica diferencial e termogravimetria. 
As técnicas de análise térmica diferencial (ATD) e termogravimetria (TG) são 
métodos utilizados para a determinação quantitativa da carbonatação. Para essas análises, 
uma pequena amostra de argamassa extraída de uma profundidade conhecida é triturada e, 
em seguida, submetida a um aumento progressivo de temperatura (normalmente até 
1000oC). Ao longo desse ensaio são registrados os acréscimos de temperatura e as 
respectivas perdas de massa (TG), além da diferença de temperatura da amostra em relação 
ao material de referência (ATD). A análise das curvas geradas permite a determinação dos 
diversos compostos pela identificação dos picos característicos de cada decomposição 
(como exemplo, destaca-se a temperatura de decomposição do CaCO3, situada entre 650oC 
e 850oC) (KAZMIERCZAK, 1995; KAZMIERCZAK & ZARA, 1996). 
O acompanhamento da variação de massa, resultante da reação de 
carbonatação (explicado no subitem 1.1.1), também é um método eficiente na mensuração 
da frente de carbonatação, conforme MANNS & WESCHE e ANDRADE et al., citados 
por KAZMIERCZAK & ZARA (1996). Todavia, esse método não encontra aplicação em 
estruturas correntes, ou nas velocidades usuais de carbonatação, em razão de não existir 
balanças com capacidade e sensibilidade adequadas às massas dos objetos de análise e nem 
às variações de umidade que eles estão sujeitos (KAZMIERCZAK, 1995). 
Outra técnica, a microscopia óptica, consiste na observação direta, sob luz 
polarizada, de lâminas delgadas feitas a partir de seções extraídas do elemento em estudo. 
A maioria dos compostos da pasta hidratada apresenta cor escura sob a luz polarizada, em 
virtude da configuração cristalina isótropa, enquanto que o carbonato de cálcio apresenta 
sua cor natural, cuja configuração cristalina é anisótropa. Portanto, esse método permite a 
visualização da interface entre as regiões carbonatadas e não carbonatadas do objeto 
analisado (KAZMIERCZAK & ZARA, 1996). 
R E V I S Ã O D A L I T E R A T U R A 20 
 
 
KAZMIERCZAK (1995) ainda cita as técnicas de difração de raios X, 
espectrofotometria com infravermelho e determinação do pH da amostra como recursos 
complementares utilizados por alguns pesquisadores. 
Finalmente, tem-se a técnica de aspersão de indicadores químicos de pH, que é 
o processo mais comum para a determinação da profundidade de carbonatação, em 
conseqüência de sua praticidade e seu baixo custo. A seguir é feita uma abordagem mais 
ampla sobre essa técnica. 
Indicadores de pH, ou indicadores de neutralização, são substâncias que 
mudam de cor conforme a concentração de íon hidrogênio na solução. A principal 
característica dos indicadores é a mudança gradual de cor em um pequeno intervalo de pH 
(usualmente em cerca de duas unidades de pH), denominado intervalo de mudança de cor 
ou zona de viragem do indicador (JEFFERY et al., 1992). 
A posição da zona de viragem de cor, na escala de pH, varia em função dos 
diferentes indicadores; com isto, torna-se necessário a escolha do indicador mais adequado 
a cada tipo de estudo. No caso da carbonatação do concreto, o indicador mais utilizado é a 
fenolftaleína, podendo ser utilizados, também, os indicadores timolftaleína e amarelo de 
alizarina. 
Na Tabela 1.1 são apresentadas as zonas (faixas) de viragem de cor, o preparo 
das soluções e algumas características dos indicadores. 
 
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Tabela 1.1 – Principais indicadores de pH usados no estudo de carbonatação do concreto. 
Indicador de pH Fórmula química (estrutural) do reagente Intervalo de mudança de cor 
a Preparo da solução 
Fenolftaleína 
 
 
incolor/vermelho carmim 
faixa de pH 8,3 – 10,0 
dissolver 10 g do reagente em 
700 cm3 de etanol e diluir em 
300 cm3 de água destilada b 
Timolftaleína 
 
 
incolor/azul 
faixa de pH 9,3 – 10,5 
dissolver 0,4 g do reagente em 
600 cm3 de etanol e diluir em 
400 cm3 de água destilada c 
Amarelo de alizarina GG 
(ácido meta-nitrobenzeno-
azo-salicílico) 
C.I. 14025 
 
 
amarelo claro/amarelo escuro 
faixa de pH 10,1 – 12,0 
dissolver 1 g do reagente em 
100 cm3 de etanol e diluir em 
900 cm3 de água destilada d* 
Amarelo de alizarina R 
(ácido para-nitrobenzeno-
azo-salicílico) 
C.I. 14030 
 
 
amarelo/vermelho alaranjado 
 faixa de pH 10,1 – 12,0 
dissolver 0,5 g do reagente em 
800 cm3 de etanol e diluir em 
200 cm3 de água destilada c 
Referências: a GENERAL CHEMISTRY ONLINE! (s.d.); b RILEM (1988); c JEFFERY et al. (1992); d SOURCERER (s.d.). 
*Acredita-se que uma menor diluição em água, ou o preparo de solução semelhante a do amarelo de alizarina R, seja mais adequado. Isso permitiria uma evaporação mais 
rápida da solução excedente aspergida no corpo-de-prova, facilitando o processo de verificação da frente de carbonatação. 
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A técnica, então, consiste na aspersão do indicador em região recém fraturada 
do concreto, realizada antes que a face exposta pela fratura venha a se carbonatar ao reagir 
com o CO2 do ar. O contato da solução com o concreto irá evidenciar a região não 
carbonatada, onde o pH é muito alcalino (ocorrerá a coloração típica do indicador ao valor 
de pH do concreto próximo a 13), diferenciando-a da região carbonatada (que resultará em 
aspecto incolor, estando o pH do concreto próximo a 8). Então, realiza-se a mensuração da 
frente de carbonatação pela observação visual da área carbonatada, utilizando-se 
preferencialmente um equipamento de precisão (paquímetro). 
KAZMIERCZAK & ZARA (1996) alertam para alguns cuidados que devem 
ser tomados durante o processo de execução da fratura e mensuração da frente de 
carbonatação, e ressaltam que a superfície não deve ser serrada, molhada ou apresentar 
excesso de poeira, pois estes fatores prejudicam a visualização e podem falsear os 
resultados; sendo recomendada a limpeza da fratura com pincel ou jato de ar comprimido e 
a aspersão do indicador em um período não superior a um minuto após a fratura. 
TEIXEIRA