Características das argamassas

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Capítulo 2
Características das Argamassas
2.1 Composição das Argamassas
As primeiras misturas de sucesso na junção de blocos de alvenaria foram
batizadas com o nome de argamassa: misturas de cal, água e areia para construções
[GUIMARÃES, 1997]. Dá-se o nome de pasta à mistura de um aglomerante mais a água.
Quando se coloca água em excesso na pasta, tem-se um produto denominado nata.
Misturando-se o agregado miúdo à pasta, obtém-se uma argamassa, podendo
eventualmente conter adições que melhorem suas propriedades. A adição de agregado se
faz por vários motivos, e entre eles destacam-se a diminuição da retração e o barateamento
do produto [SILVA, 1991].
As argamassas podem ser utilizadas como revestimento de pisos, tetos e paredes
(emboço e reboco), ou no assentamento de tijolos, blocos, azulejos e ladrilhos, reparos de
obras de concreto e injeções [SILVA, 1991].
As propriedades da argamassa estão diretamente ligadas a diversos fatores, tais
como qualidade e quantidade do aglomerante, qualidade e quantidade de água. Variando
essas condições, tem-se a qualificação do produto final de acordo com as condições de
envolvimento e aderência do agregado pela pasta e quantidade de vazios na pasta [SILVA,
1991].
A tabela 2.1 fornece alguns exemplos de argamassas utilizadas e suas respectivas
aplicações.
As argamassas podem ser classificadas de diversos modos [SILVA, 1991]:
a) Quanto ao emprego:
• comuns (para rejuntamentos, revestimentos, pisos, injeções);
• refratárias (para fornos, revestimentos térmicos).
b) Quanto ao tipo de aglomerante:
• aéreas (cal aérea, gesso);
• hidráulicas (cal hidráulica, cimento);
• mistas (cimento e cal aérea).
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c) Quanto ao número de elementos ativos:
• simples (um aglomerante);
• composta (mais de um aglomerante).
d) Quanto a dosagem:
• pobres ou magras (volume de pasta insuficiente para preencher vazios);
• ricas ou gordas (excesso de pasta);
• cheias (quantidade suficiente de pasta)
e) Quanto à consistência
• secas;
• plásticas;
• fluidas.
Tabela 2.1. Aplicações de argamassas, traços e relações A/C – água/cimento [SILVA, 1991]
Finalidade Traço
(massa)
Materiais Relação A/C Consistência
Assentamento de
Tijolos
1:0,5:2,5 Cimento, Saibro e Areia
Fina
0,60 Muito Plástica
Revestimento 1:1:5,5 Cimento, Saibro e Areia
Fina
0,90 Plástica
Chapisco 1:5,0 Cimento e Areia Grossa 1,00 Fluida
Contrapiso 1:4,0 Cimento e Areia Média 0,50 Seca
Produção de Blocos
de Concreto
Entre 1:6
e 1:11
Cimento e Areia Muito
Grossa
0,60 Muito Seca
A argamassa não é apenas um material que se molda, que dá forma a um corpo
estrutural, que participa da determinação de sua resistência, ou que caracteriza uma cor,
uma textura nas superfícies aparentes. Um elemento estrutural de uma argamassa pode
sofrer tanto as ações mecânicas decorrentes das leis de equilíbrio quanto as que resultam de
uma chuva ácida em uma atmosfera poluída, por exemplo. A qualidade da argamassa é tão
importante para a durabilidade das construções como é a epiderme para a proteção do
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corpo humano, tanto que às vezes é possível assemelhar algumas funções de ambas,
principalmente do ponto de vista de proteção da armadura [HANAI, 1992].
Como se sabe, os agentes agressivos do meio ambiente não são apenas os
mecânicos – que deformam, rompem e desgastam – mas também os físico-químicos – que
provocam sobretudo a corrosão das armaduras, contra os quais a argamassa desempenha
um papel importante. A argamassa é sempre, por menos que o seja, um material permeável
a líquidos e gases, sujeito a diferenças de potencial elétrico e outros fatores, em
permanente equilíbrio com o meio ambiente, e além disso sujeito a limitações de execução.
As adições das argamassas são componentes ativos ou não, como as pozolanas e os
aditivos para concreto em geral, que são empregado com finalidades diversas na
modificação das propriedades da argamassa fresca ou endurecida. Há propriedades físicas,
químicas e mecânicas, de deformação ou de durabilidade da argamassa endurecida a serem
consideradas, mas existem também importantes propriedades da mistura seca e da
argamassa fresca que devem ser observadas com todo o cuidado, uma vez que elas
refletem o potencial de qualidade final do material [HANAI, 1992].
A qualidade dos materiais constituintes é fundamental, mas as relações
quantitativas entre eles fornecem indicadores globais de tendências, os quais são
imprescindíveis na execução de argamassas adequadas às exigências de cada caso. Se a
argamassa resulta essencialmente de uma mistura de cimento (aglomerante), água e
agregados, há que se considerar duas importantes relações:
• água/cimento;
• pasta/agregado;
A relação água/cimento é um parâmetro de mais alta importância, que influi de
maneira decisiva nas diversas propriedades da argamassa. Essa relação não apenas
determina a plasticidade ou a fluidez da pasta de cimento no estado fresco, e, portanto, as
características de consistência e trabalhabilidade da argamassa, como afeta também,
incisivamente, as propriedades da argamassa endurecida. As propriedades de resistência
mecânica e de deformação da argamassa dependem de forma direta dessa relação (figura
2.1), entretanto são as propriedades físicas e químicas da argamassa – intervenientes na
durabilidade das construções – que merecem destaque especial na tecnologia da argamassa
[HANAI, 1992].
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Quanto à relação entre quantidades de cimento e de agregados, os parâmetros de
diluição ou de concentração da pasta e da distribuição granulométrica do agregado diluente
alteram as propriedades físicas, mecânicas e químicas das argamassas [BUCHER, 1983].
A análise das relações entre quantidades de água e cimento, pasta e agregado
permite estabelecer algumas considerações sobre as propriedades das argamassas.
O agregado graúdo deve ser sempre de uma rocha muito mais resistente do que a
pasta de água e cimento. O concreto deve sempre romper na pasta caso haja uma
solicitação maior do que a projetada [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990].
A tabela 2.2 apresenta a evolução da trabalhabilidade e da resistência mecânica em
função de certos fatores de composição do concreto.
Tabela 2.2 Evolução da trabalhabilidade e da resistência mecânica em função dos fatores de
composição do concreto [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990]
Fatores de Composição do
Concreto
Para Uma Boa
Trabalhabilidade
Para Uma Boa
Resistência
Granulometria da areia de preferência fina de preferência grossa
Relação graúdo/areia a diminuir a aumentar
Dosagem de água A aumentar até um certo
ponto
a diminuir
Granulometria Preferível contínua Preferível levemente
descontínua
Dimensão máxima dos grãos De preferência pequena de preferência grande
2.2. Resistência mecânica das argamassas e dos concretos
Pode-se dizer que a resistência mecânica da argamassa acaba sendo satisfatória na
maioria dos casos em conseqüência de cuidados que são tomados na garantia de outras
qualidades importantes, como baixa permeabilidade e trabalhabilidade adequada. A
resistência mecânica das argamassas usuais, isto é, aquelas com consumo de cimento entre
520 e 800 kg/m3 e relação água/cimento entre 0,38 e 0,48, medida por meio de ensaio de
compressão axial sobre corpos-de-prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de
altura, varia entre 25 MPa e 50 MPa, considerada suficiente em grande parte dos casos
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práticos. Sabe-se que a resistência mecânica da argamassa depende fundamentalmente da
relação água/cimento, das proporções entre cimento e agregados, das impurezas contidas
no cimento e agregados e das propriedades dos agregados: granulometria, forma, textura,
resistência e dimensão máxima característica [HANAI, 1992].
A grande influência da relação água/cimento deve-se ao fato de que ela determina
a porosidade da pasta de cimento endurecida; quanto menora porosidade, maior a
resistência da pasta e, conseqüentemente, da argamassa.
Quando o concreto é bem adensado, admite-se que a sua resistência é
inversamente proporcional à relação água/cimento, de acordo com a “lei” estabelecida por
Duff Abrams, em 1919, apresentado na Eq. 2.1.
k
k
c
a
fc
2
1
= Eq. 2.1
onde fc representa a resistência do concreto; a/c, a relação água/cimento (originalmente em
volume); e K1 e K2, constantes empíricas. O gráfico de Abrams está representado na figura
2.1 [NEVILLE, 1982].
A influência da relação água/cimento na resistência não se constitui,
verdadeiramente, em uma “lei”, pois a regra da relação água/cimento não contém várias
qualificações necessárias para a validade. Em particular, a resistência com qualquer relação
água/cimento depende do grau de hidratação do cimento e das suas propriedades químicas
e físicas, da temperatura à qual se processa a hidratação, do teor de ar do concreto e
também da variação da relação água/cimento efetiva e da formação de fissuras em virtude
da exsudação ( definida como um fenômeno cuja manifestação externa é o aparecimento
de água na superfície após o concreto ter sido lançado ou adensado, porém antes de ocorrer
a pega). Portanto, é mais correto relacionar a resistência com a concentração de produtos
sólidos da hidratação do cimento no espaço disponível para eles.
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Figura 2.1. Gráfico de Abrams – resistência mecânica à compressão do concreto em função
da relação água/cimento [ NEVILLE, 1982]
Outra observação interessante é que os concretos e/ou argamassas com relação
água/cimento mais baixa apresentam maior velocidade de endurecimento do que aqueles
com relação água/cimento mais alta, já que as partículas de cimento ficam mais próximas e
se estabelece mais rapidamente um sistema contínuo de formação do gel. Com relação ao
grau de diluição da pasta de cimento, pode ocorrer que uma argamassa de relação
água/cimento muito baixa e com alto teor de cimento apresente um retrocesso de
resistência. Possivelmente isso seria conseqüência de tensões induzidas pela retração, uma
vez que a restrição oferecida pelo agregado causaria fissuração da pasta de cimento ou
perda de aderência entre pasta e agregado [HANAI, 1992].
A relação de agregado/cimento tem influência sobre a resistência de todos os
concretos/argamassa de resistência média e alta. Não há dúvida de que a relação
agregado/cimento é apenas um fator secundário da resistência do concreto/argamassa, mas
foi constatado que para uma mesma relação água/cimento os concretos/argamassas mais
pobres tem resistência maior. No entanto é provável que outros fatores também participem;
por exemplo, o teor total de água por metro cúbico de concreto é menor em uma mistura
pobre do que em uma rica. Como resultado, em uma mistura pobre os vazios ocupam uma
fração menor de volume do concreto e são esses vazios que tem um efeito prejudicial sobre
a resistência [NEVILLE, 1982].
A permeabilidade das argamassas e dos concretos é uma característica
extremamente importante, uma vez que reflete a capacidade do material facilitar a
penetração de líquidos e gases nocivos no seu interior. A permeabilidade desses materiais
depende da porosidade dos agregados e da pasta de cimento endurecida [BUCHER, 1983].
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A existência de uma maior quantidade de pasta em argamassa armada poderia
induzir à conclusão de que elas seriam mais permeáveis. Contudo deve-se salientar que,
com emprego de baixo fator água/cimento, a porosidade capilar da pasta de cimento
endurecida é bastante reduzida, conferindo assim à argamassa a qualidade de material
“impermeável”, uma virtude sempre citada em relatos diversos [HANAI, 1992].
A figura 2.2 apresenta a relação entre a permeabilidade e relação água/cimento de
pastas endurecidas (93% de cimento hidratado). Com a relação água/cimento da ordem de
0,40, a permeabilidade na pasta de cimento é praticamente nula. A partir de 0,45, já
começa a crescer, até atingir valores muito altos, com a relação água/cimento de cerca de
0,70 [NEVILLE, 1982].
A permeabilidade da pasta de cimento diminui à medida que se processa a
hidratação, pois a redução do coeficiente de permeabilidade é tanto maior quanto menor
for a relação água/cimento da pasta [NEVILLE, 1982]. A baixa permeabilidade a líquidos
e gases é uma das mais importantes propriedades da argamassa, a se conseguir geralmente
com baixa relação água/cimento, consumo mais elevado de cimento, granulometria
adequada de agregado, bom adensamento e cura adequada.
Figura 2.2. Relação entre permeabilidade e relação água/cimento de pastas endurecidas
[NEVILLE, 1982]
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2.3 Reações que podem ocorrer durante a cura ou o envelhecimento da
argamassa/concreto
2.3.1 Reação álcali-minerais do agregado
A reação álcali-minerais do agregado (RAM) afeta a durabilidade de uma
argamassa/concreto. A deterioração causada pela RAM consiste na expansão provocada
por um gel, formado por meio da reação química entre os álcalis de sódio (Na) e de
potássio (K), existentes no cimento Portland, e por minerais reativos presentes no
agregado. Esse gel, ao absorver água, exerce pressões hidráulicas, produzindo expansões
elevadas, causando fissurações que com o tempo interferem negativamente na durabilidade
das argamassas e das estruturas de concreto, com conseqüente redução da resistência à
tração e compressão [CRUZ, 2002].
2.3.2 Reação Álcali-Sílica
É definida como a reação que envolve a presença de sílica amorfa, assim como
certos tipos de vidros naturais (vulcânicos) e artificiais. Foi inicialmente observada na
Califórnia em 1940 por Stanton, sendo depois reconhecida em diversos países.
A deterioração do concreto ou argamassa pela reação álcali-sílica ocorre por causa
da alta concentração de álcalis na solução dos poros da argamassa/concreto, que resulta em
uma elevação do pH a níveis que tornam a solução altamente agressiva, susceptíveis a
reagir com a sílica amorfa das rochas usadas como agregado. É importante ressaltar que
não são os álcalis que reagem, e sim os íons hidroxilas provenientes da dissociação dos
hidróxidos alcalinos [CRUZ, 2002].
O mecanismo da reação álcali-sílica pode ser dividido em dois passos, equações
2.2, 2.3 :
sílica + álcalis → gel Eq. 2.2
gel + H2O → expansão Eq. 2.3
Trata-se de uma reação onde o grupo silanol (Si – OH) é neutralizado pela solução
alcalina de Na formando um gel de silicato alcalino conforme as seguinte equações 2.4,
2.5:
50
 Si – OH + OH- → Si – O- + H2O Eq. 2.4
Si – O- + Na+ → Si – ONa Eq. 2.5
2.3.3 Reação álcali-silicato
O princípio da reação álcali-silicato é similar ao da álcali-sílica, porém o processo
ocorre mais lentamente em virtude da quantidade de minerais reativos disseminados na
matriz (silicatos eventualmente presentes nos feldspatos, folhelhos argilosos e rochas
sedimentares como, as grauvacas metamórficas, quartzitos, magmáticas e os granitos) e
principalmente da presença de quartzo deformado e minerais expansivos da classe dos
filossilicatos, como as esmectitas [VAN AARDT e VISSER, 1977].
Van Aardt e Visser [1977] observaram que feldspatos, folhelhos argilosos e
determinadas rochas ígneas à temperatura de 95oC reagem com hidróxido de cálcio,
produzindo silicatos hidratados de cálcio e álcalis. À temperatura de 39oC, os feldspatos
alcalinos produzem aluminatos tetracálcicos hidratados e álcalis. A quantidade de álcalis
liberada depende da composição dos feldspatos em relação ao cálcio, sódio e potássio.
A teoria que explica como os feldspatos podem ser um material reativo tem como
sustentação o fato de que nas primeiras idades do concreto ou argamassa se desenvolve
uma camada de aderência em torno do agregado, formada de silicatos de cálcio hidratados
e hidróxido de cálcio.Com o tempo, em condições de umidade o hidróxido de cálcio reage
com o feldspato, liberando álcalis sob a forma de KOH e NaOH e/ou silicatos de sódio e
potássio, sendo esse último sob a forma de gel e parcialmente solúvel em água. Quando os
álcalis atingirem uma certa concentração, os silicatos de cálcio (camada de aderência)
tenderão a se dissolver em silicatos de sódio e potássio, formando um gel contendo cálcio,
potássio, sódio e sílica em sua vizinhança. Esse gel constitui um mau elemento de ligação,
especialmente se considerarmos que está sujeito a contrações e dilatações conforme perda
ou ganho de água [VAN AARDT e VISSER, 1977].
2.3.4 Reação álcali-carbonato
A reação álcali-carbonato ocorre entre alguns calcários dolomíticos e soluções
alcalinas presentes nos poros do concreto ou argamassa, causando expansões e intensas
fissurações. Não há formação de gel alcalino como produto dessa reação. Um mecanismo
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bastante aceito é que esse tipo de reação está fundamentado na reação de deslomitização
com formação de hidróxido de magnésio (brucita) e regeneração do hidróxido alcalino,
conforme equações 2.6 e 2.7 [VAN AARDT e VISSER, 1977]:
Formação da brucita: CaMg(CO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3 Eq. 2.6
Regeneração dos álcalis: Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3 Eq. 2.7
Como conseqüência, tem-se o enfraquecimento da ligação entre a pasta de
cimento e o agregado e a presença de microfissurações.
2.3.5 Carbonatação
A palavra carbonatação em seu sentido mais amplo significa converter em
carbonato, ou seja, transformar qualquer sal proveniente da reação de neutralização em que
participe o ácido carbônico (H2CO3). O ácido carbônico nada mais é do que a dissolução
em água do dióxido de carbono (CO2) presente na atmosfera, sendo resíduo da queima de
combustíveis fósseis, de queimadas, da respiração animal ou de algumas reações químicas
envolvidas no processo de putrefação de matéria orgânica. Em engenharia civil a
carbonatação significa a neutralização do hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] liberado como
subproduto ao longo do processo de hidratação do C3S (silicato tricálcico) e do C2S
(silicato dicálcico) do cimento Portland, descrito na E.q 2.8 [CRUZ, 2002]:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3+H2O Eq. 2.8
A equação 2.9 caracteriza a formação do ácido carbônico. Como essa reação só
ocorre em presença de água, em um ambiente de baixa umidade relativa, a carbonatação
apenas se verificará em níveis muito baixos. Paralelamente, considerando um concreto
saturado, a dificuldade de difusão do CO2 reduz a reação a níveis desprezíveis. A equação
2.10 tem como produto uma fase instável representada pelo bicarbonato de cálcio. A
equação 2.11 apresenta a forma estável do carbonato de cálcio com liberação de água:
CO2 + H2O → H2CO3 ( 2.9)
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2H2CO3 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 + 2H2O (2.10)
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O (2.11)
A reação apresentada na equação 2.10 depende, entre outros fatores, tanto da
argamassa/concreto como do meio ambiente. Quanto ao ambiente, são condições básicas
para a reação a presença de dióxido de carbono no ar e de umidade, a fim de que se possa
formar ácido carbônico dissolvente da cal.
O processo ocorre em duas etapas. Uma eminentemente química, caracterizada pelo
ataque do ácido carbônico aos cristais instáveis de hidróxido de cálcio, considerada a etapa
“molhada”, já que é fundamental a penetração da umidade no concreto ou argamassa. A
etapa seca envolve o transporte da água saturada com o hidróxido de cálcio dissolvido até
zonas de menor pressão, podendo ser estas poros ou capilares de maiores dimensões ou até
a superfície da peça, em que a evaporação da água permite a precipitação do carbonato de
cálcio.
Quanto à argamassa, é fundamental vincular a porosidade e conseqüente
permeabilidade com a intensidade da carbonatação. Assim, tem-se que a variável mais
importante ao processo é o fator água/cimento (a/c), desde que se comparem traços
semelhantes. A alteração do traço do concreto, para um mesmo fator a/c, pode alterar as
condições de retenção de água da mistura, estabelecendo processos diferenciados de
exsudação, com a possibilidade de formação de uma rede capilar mais efetiva no
estabelecimento da permeabilidade do material. Outros fatores podem ser citados como
interferentes no processo, tais como grau de adensamento, nível de hidratação do cimento e
eficiência da cura, já que sua ação direta se verifica na permeabilidade do concreto [CRUZ,
2002].
A exsudação, sendo um tipo especial de segregação, é a separação da água de
amassamento que aflora à superfície do concreto. É um fenômeno que pode diminuir a
durabilidade e a aderência entre camadas do concreto. A exsudação não é prejudicial
quando não causa mudança na estrutura do concreto, sendo nesse caso, benéfica [SILVA,
1991].
A carbonatação provoca uma redução do pH do concreto pela neutralização de
uma base forte de pH entre 12 e 13 – o hidróxido de cálcio. O efeito químico direto da
carbonatação é a redução do pH da mistura, com seqüelas que podem determinar a
diminuição da vida útil do concreto.
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Os cristais formados na hidratação do cimento Portland apresentam estabilidade
química em ambiente alcalino; a alteração do ambiente em níveis intensos pode determinar
a destruição dessas ligações. O fenômeno é identificável quando um concreto é submetido
à ação de ácidos em geral. O ácido carbônico é um ácido fraco, atuando sobre o hidróxido
de cálcio de forma sensível, mas é quase inofensivo ao carbonato de cálcio, o que explica
quimicamente a tendência decrescente da intensidade da carbonatação ao longo do tempo.
Fisicamente, o efeito do fenômeno consiste na obturação de poros e canais pelo
revestimento da sua superfície interna, ou pela sua obturação completa a partir da
deposição do carbonato de cálcio. Dessa maneira, a própria carbonatação consiste em
barreira eficaz contra si mesma, a menos que essa barreira venha a ser rompida por um
ácido de ação mais intensa, já que tende a colmatar os poros do concreto, desde que não
tenha sido produzido com fator a/c demasiadamente alto [CRUZ, 2002].
Admite-se que o concreto protege adequadamente as armaduras de reforço por
meio de uma ação física representada pelo cobrimento propriamente dito e de um efeito
químico obtido da reação do hidróxido de cálcio com a camada superficial de óxido
sempre presente nas barras de aço, sendo esse o efeito mais importante da carbonatação.
A reação típica do fenômeno pode ser apresentada na equação 2.12:
2Fe(OH)3 + Ca + (OH)2 → CaO.Fe2O3 + 4H2O (2.12)
O produto dessa reação pode ser entendido como um óxido duplo de ferro e
cálcio. A camada desse óxido duplo de ferro e cálcio em uma armadura revestida também é
chamada de capa passivadora ou passivada, subentendendo-se como imune à corrosão. A
estabilidade química dessa capa passivadora depende de um ambiente alcalino
caracterizado por um pH entre 10,5 e 13. A neutralização apresentada pela carbonatação
pode reduzir o pH do meio a valores inferiores a 9, instabilizando a capa passivadora e
vulnerabilizando a armadura à instalação de um processo degenerativo de corrosão. Tendo
em mente o violento e relativamente rápido processo de corrosão das armaduras, é possível
relacionar diretamente esse fenômeno com a carbonatação e esta com a durabilidade das
estruturas de concreto armado [CRUZ, 2002].
Já que a carbonatação é um processo inerente aos concretos e argamassas, sua
ocorrência pode sugerir o envelhecimento do material, sendo necessário saber conviver
com esse fato inevitável. O ataque por ácidos fortes determina não sóa lixiviação do
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hidróxido de cálcio como também do carbonato de cálcio, reduzindo drasticamente o pH
do concreto, despassivando a armadura e instabilizando os produtos da hidratação do
cimento Portland. O concreto não resiste à ação de ácidos fortes; ácidos fracos tendem a
deteriorar o concreto a longo prazo; o ácido carbônico é uma exceção em função do
produto salino neoformado. É de responsabilidade também da carbonatação o aumento da
dureza superficial do concreto, fato benéfico a concretos sujeitos à abrasão, além de sua
maior proteção contra a ação de sulfatos [CRUZ, 2002].