Cap28 - Ações físicas e químicas na degradação do concreto

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•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
Simão Priszkulnik
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Escola de Engenharia
Ações Físicas e Químicas no Concreto
CAPÍTULO 28
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Marco Vitrúvio Polião, destaca em “Da
Architectura” a adição à cal hidratada de lava
vulcânica em pó (pozolana), na preparação de
argamassas e concretos, que contribuiu a
longevidade das construções.
Introdução
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Introdução
•Figura 1 - Pantheon em 
Roma, na Itália, datado de 
125 d.C.
•Figura 2 - Ponte de Alcântara 
sobre o Rio Tejo, em Portugal, 
datada de 196 d.C.
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Desde a patente outorgada em 1824 a produção
de cimento Portland vem crescendo ao longo
dos anos, chegando em 2010 a:
• 3 bilhões de toneladas produzidas;
• Cerca de 70% destinam-se a concreto estrutural;
• com consumo médio de 300 kg/m3 de concreto, chega-
se ao volume aproximado de 7 bilhões de m3 de concreto
utilizados anualmente na construção civil.
Introdução
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Agentes físicos e químicos podem comprometer
a durabilidade do concreto, sendo:
• Físicos:
• Abrasão;
• Erosão;
• Cavitação;
• Os sais cristalizados nos poros;
• Congelamento e degelo.
• Químicos:
• Hidrólise dos componentes dos materiais cimentícios;
• Troca iônica;
• Ações de sulfatos e do ácido carbônico.
Introdução
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A abrasão, a erosão e a cavitação são
responsáveis pelo desgaste superficial do
concreto.
Desgaste Superficial do Concreto
•Figura 3 - Desgaste superficial do concreto em pavimento de concreto.
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• Corresponde ao efeito do atrito causado ao concreto
por veículos ou máquinas em movimento ou pela
incidência de partículas secas em alta velocidade.
• Caracteriza-se pela perda gradual e continuada da
argamassa superficial do concreto,. observável em
pisos e pavimentos rodoviários ou na aplicação de
jatos de partículas secas para a exposição de
agregado em concreto aparente ou, ainda, para a
preparação de juntas de concretagem.
Abrasão
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Norma DNIT 090 – ES (2006) classifica o desgaste
superficial por abrasão em quatro categorias, a
saber:
a) desgaste leve: perda de argamassa superficial em até 6
mm de profundidade, já com exposição do agregado
graúdo;
b) desgaste médio: perda de argamassa superficial de 7
a 12 mm de profundidade, com perda adicional da
argamassa entre as partículas do agregado graúdo;
Abrasão 
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c) desgaste pesado: perda de argamassa superficial de
13 a 25 mm de profundidade, com nítida exposição do
agregado graúdo;
d) desgaste severo: perda de argamassa superficial, de
partículas do agregado graúdo e, também, da
argamassa de envolvimento do agregado graúdo, em
profundidades maiores que 25 mm, incluindo possível
exposição da armadura.
Abrasão 
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A erosão corresponde ao efeito do atrito
causado por partículas em suspensão e em
movimento em meio aquoso, por exemplo:
• Pontes;
• Túneis;
• Canais;
• Barragens;
• Vertedouros.
Erosão
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Cavitação
A cavitação relaciona-se à formação de bolhas de vapor
provocadas pelo abaixamento de pressão em regiões onde
há um aumento elevado na velocidade de escoamento do
líquido. A elevação da velocidade local é ocasionada por
sobressaltos existentes na superfície de es­coamento,
havendo queda de pressão a valores próximos aos da
pressão de vapor, for­mando-se as bolhas.
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Cavitação
A principal característica do fenô­meno de cavitação é a
instabilidade das bolhas, visto que, quando são
transportadas pelo fluxo para regiões de pressões mais
elevadas, elas colapsam ou implodem repentinamente. A
água preenche velozmente os pequenos vazios e pressões
altíssimas são atingidas em áreas infinitesimais e em
inter­valos de tempo extremamente pequenos. Com a
repetição deste fenômeno nas mesmas partes do concreto,
resultam as escarificações.
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Cavitação
A cavitação provoca um desgaste irregular da superfície do
concreto, dando-lhe uma aparência irregular e corroída,
muito diferente das superfícies desgastadas de forma
regular pela erosão de sólidos em suspensão.
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Cavitação
K.M. Mehta e P.J.M. Monteiro (1994) complementam que,
em contraste com a abrasão e a erosão, um concreto
resistente pode não ser necessariamente eficaz na
prevenção de danos devidos à cavitação e que a melhor
solução consiste na remoção das causas da cavitação,
tais como desalinhamentos na superfície ou mudanças
bruscas de declividade.
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Cavitação
Em estruturas hidráulicas sujeitas ao escoamento de água em
altas velocidades (vertedores e túneis de descarga, além da
minimização de irregularidades abruptas ou graduais, da
utilização de concreto de alto desempenho, é eficiente a técnica
da inserção de ar através de aeradores.
As irregularidades abruptas não devem exceder 3 mm e as
graduais 6 mm. Adicionalmente, as irregularidades abruptas,
normais à direção do fluxo, devem ser aplainadas. A verificação
das irregularidades deve ser feita através de gabarito de 1,5 m de
comprimento.
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Cavitação
Na revisão da literatura, R.J.R. Brito (2011) estuda o índice
ou número de cavitação, associado à velocidade do
escoamento V, à pressão atmosférica pa, às amplitudes das
flutuações da pressão p e à pressão de vapor do líquido pv,
que é função da temperatura local. O índice de cavitação σ
é, geralmente, apresentado segundo a expressão seguinte:
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Citando N.L.S. Pinto, R.J.R. Brito registra que, para uma
superfície de concreto satisfatoriamente bem acabada, em
que as irregularidades graduais são limitadas a um chanfro
máximo de razão altura/comprimento de 1:20, tem-se um
índice de cavitação crítico de 0,25. Se o número de
cavitação estiver abaixo deste limite, a aeração é a ,melhor
alternativa para prevenir a cavitação.
Cavitação
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Cavitação 
Tabela 1 - Critérios de A.T. Falvey para a prevenção
da erosão por cavitação
(apud J.J.R. Brito, 2011)
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Ensaio de desgaste (desagregação superficial e remoção de
partículas de um determinado material submetido a forças de
atrito) - norma ABNT NBR 12042 (1992) – máquina tipo
Amsler A 154.
Corpos de prova em forma de paralelepípedo regular, com
lados de (70 ± 2) mm e altura de 25 a 50 mm. Carga aplicada
nas sapatas = 66 N. Vazão de areia abrasiva = (72 ± 6)
cm3/min.
Ensaio de desgaste por abrasão 
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Ensaio de desgaste por abrasão 
Figura 4 - Máquina destinada ao 
ensaio de desgaste por abrasão
(ABNT NBR 12042 / 1992).
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Figura 5 - Dispositivo para a
medida da espessura dos corpos-
de-prova submetidosao ensaio de
desgaste por abrasão
(ABNT NBR 12042 / 1992).
Medida da perda de espessura 
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Tabela 2 - Exigências especificadas pela ABNT
NBR 11801 (1992) para argamassas de alta
resistência para pisos.
ABNT NBR 11801 (1992) 
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• Grupo A: refere-se a pisos com solicitação predominante
por abrasão, causada pelo arraste e rolar de cargas
pesadas, tráfego de veículos de rodas rígidas e impacto
de grande intensidade.
• Grupo B: inclui pisos com solicitação predominante por
abrasão, causada pelo arraste e rolar de cargas médias,
tráfego de veículos de rodas rígidas, tráfego intenso de
pedestres e impacto de pequena intensidade.
• Grupo C: abrange pisos com solicitação predominante por
abrasão, causada pelo arraste e rolar de pequenas
cargas leves, tráfego de veículos de rodas macias e
pequeno trânsito de pedestres.
Tipos de solicitação
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A ABNT NBR 14050 (1998) trata de sistemas de
revestimentos de alto desempenho, à base de resinas
epoxídicas e agregados minerais, aplicados sobre
substratos de concreto e metálico, destinados a atender
conjunta ou independentemente requisitos higiênicos e
estéticos, anticorrosivos, anti derrapantes, resistência à
abrasão e a impactos, bem como resistência à ação
mecânica.
ABNT NBR 14050 (1998)
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Tabela 3 - Classificação dos revestimentos de alto
desempenho à base de resinas epoxídicas e agregados
minerais segundo a ABNT NBR 14050 (1998).
ABNT NBR 14050 (1998)
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ABNT NBR 14050 (1998)
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Tabela 4 - Exigências especificadas pela ABNT NBR
14050 (1998) para os revestimentos de alto desempenho
à base de resinas epoxídicas e agregados minerais.
ABNT NBR 14050 (1998)
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ABNT NBR 14050 (1998)
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A utilização de quantidade de água de amassamento do
concreto superior à estritamente necessária à hidratação
dos compostos químicos do cimento, além do
aprisionamento ou incorporação intencional de ar na
mistura, tornam o concreto um material naturalmente
poroso.
A porosidade do concreto inclui os poros da pasta
endurecida de cimento, os poros do agregado e aqueles
presentes na interface da pasta com os agregados.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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T. C. Powers (apud S. Aroni e P.K. Mehta, 1965)
classifica estes poros em duas categorias:
a) Poros do gel: são os poros entre as partículas do gel.
São característicos do gel e atingem 20 a 30% do volume
total da pasta. O tamanho médio dos poros é da ordem
de 15 Å, o que supera 5 vezes o diâmetro da molécula da
água;
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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b) Poros capilares: normalmente, o volume total dos
produtos de hidratação é menor que o volume de cimento
mais água de amassamento, resultando a ocorrência de
grandes poros, que podem ocupar ate 40% do volume da
pasta. São os principais responsáveis pela permeabilidade
da pasta, na medida em que se dispõem como um sistema
interconectado de canalículos submicroscópicos. Quanto
ao tamanho, estes poros abrangem uma ampla gama,
desde 12 x 10-4 cm a 12 x 10 -5 cm de diâmetro.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Os agregados componentes do concreto contribuem,
adicionalmente, à porosidade. Os poros dos agregados
variam muito em tamanho, sendo que os maiores podem
ser vistos ao microscópio óptico ou a olho nu, enquanto os
menores são, em geral, maiores do que os poros do gel da
pasta de cimento endurecida. A tabela 5 ilustra valores de
porosidade de algumas rochas comuns (apud Campiteli,
V.C., 1987).
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Tabela 5 - Porosidade de algumas rochas comuns
(apud Campiteli,V.C., 1987).
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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A terceira fase a considerar no exame da estrutura porosa
do concreto é a zona de transição existente entre as
partículas do agregado e a pasta de cimento. Segundo V.A.
Paulon e P.J.M. Monteiro (1991), trata-se de uma região
que se estende radialmente para fora da superfície do
agregado e, gradualmente, funde-se com a massa da
microestrutura da pasta, com uma espessura da ordem de
50 µm.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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De um lado, a água de exsudação que ascende
capilarmente no concreto concentra-se sob os grãos do
agregado, tanto mais quanto maiores e mais lamelares os
grãos, aumentando a relação água/cimento e a porosidade
na interface da pasta com o agregado. De outra parte, nos
concretos com menor teor de aglomerante, pode ficar
deficiente o envolvimento dos agregados pela pasta
aglomerante, acarretando outro foco de descontinuidade na
interface.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Adicionalmente, variações volumétricas decorrentes de
migração de água para o exterior do concreto ou de
natureza térmica, além do carregamento externo,
repercutem na interface menos resistente e provocam
microfissuras na zona de transição.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Tabela 6 - Classificação dos concretos segundo a
porosidade, conforme proposta por F. Gorisse
(apud V.C. Campiteli, 1987).
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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A cristalização de sais nos poros do concreto pode gerar
pressões capazes de fissurá-lo. Como explicam P.K. Mehta
e P.J.M. Monteiro (1994), a cristalização a partir de uma
solução salina pode ocorrer somente quando a concentração
do soluto (C) supera a concentração de saturação (Cs) a
uma certa temperatura. Como regra, quanto maior a relação
C/Cs – grau de supersaturação – maior a pressão de
cristalização.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Tabela 7 - Pressões de cristalização de sais para grau
2 de supersaturação (C/Cs), calculadas por Winkler
(apud P.K.Mehta e P.J.M.Monteiro,1984).
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Conforme estudo de L. Binda e G, Baronio (apud P.K.
Mehta e P.J.M. Monteiro, 2008), a extensão do dano
depende do local da cristalização do sal, que é
determinado por um equilíbrio dinâmico entre a taxa de
evaporação da água pela superfície exposta do material e
a taxa de fornecimento da solução do sal para este local.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Quando a taxa de evaporação é menor do que a taxa de
fornecimento de água do interior do material, a cristalização do
sal ocorre na superfície externa, sem causar qualquer dano.
Quando a taxa de migração da solução de sal atravésdos
poros interconectados do material é mais lenta do que a
velocidade de reposição, a zona de secagem ocorre
substancialmente abaixo da superfície, quando, então, a
cristalização do sal pode resultar em expansão suficiente para
causar descamamento ou lascamento.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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É comum o emprego de sais descongelantes nos pavimentos
de regiões com invernos rigorosos. Se eficientes para a
continuidade da trafegabilidade, podem, entretanto, provocar
descamamentos e lascamentos no concreto. Objetivando
identificar a ação de vários sais no concreto, a Universidade
Estadual de Iowa, nos Estados Unidos, desenvolveu estudo
experimental para observar o efeito no concreto de vários tipos
de sais descongelantes (Cody, R.D. et al, 1996).
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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• O cloreto de magnésio resultou no sal mais destrutivo sob
todas as condições do ensaio, provocando descoloração,
fissuração aleatória e anelar e lascamento severo.
• O cloreto de cálcio seguiu na ordem do mais destrutivo,
também com fissuração aleatória e anelar e lascamento.
• O cloreto de cálcio acarretou anéis escuros nas
proximidades dos agregados graúdos sob as condições de
secagem e molhagem e congelamento e degelo, enquanto
tais anéis em torno dos agregados foram mais raros no
concreto mais durável.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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• O cloreto de sódio foi relativamente menos agressivo, à
exceção de congelamento e degelo à temperatura de 0ºC
em solução 0,75 molar e sob ciclos de secagem e
molhagem a 90ºC em solução 3 molar.
• O acetato de magnésio produziu lascamento severo e
fissuração moderada, ao passo que o nitrato de magnésio
causou deterioração moderada por lascamento e
descoloração.
• A água destilada provocou pouca deterioração sob todas
as condições do ensaio.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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Adicionalmente, as soluções concentradas de cloreto de cálcio
(CaCl2) dissolvem a portlandita [Ca(OH2)] do concreto
acarretando aumento da estrutura porosa, a qual é preenchida
com novos compostos resultantes de reações entre as soluções
de CaCl2 , a fase cimentícia [Ca(OH2)] e o gás carbônico do ar ou
da dissolução do agregado calcário dolomítico.
O maior volume dos novos sais precipitados pode provocar
aumento da pressão análogo ao produzido pela precipitação da
brucita, como observado no ensaio com cloreto de magnésio.
Fissuração por sais cristalizados nos poros
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A ação intermitente de temperaturas negativas e positivas
nos países de clima frio provoca o congelamento da água
nos poros de concreto, cujo aumento de volume pode levar
a sua deterioração. Por outro lado, ambientes destinados à
armazenagem sob temperaturas negativas, como câmaras
frigoríficas, também estão sujeitos a patologias.
Congelamento e degelo
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Segundo T,C,. Powers (1975), o efeito do congelamento da pasta de
cimento deve-se à difusão da água não congelada para os
espaços.congelados. Com efeito, tal difusão resulta do equilíbrio
termodinâmico entre o gelo e a solução não congelada e entre a solução
concentrada no espaço congelado e a solução mais diluída nos capilares
não congelados.
A produção inicial de gelo nas cavidades ocasiona uma solução alcalina
relativamente concentrada nestas cavidades e, assim, tal difusão da água
não congelada para estas cavidades assemelha-se à osmose e a pressão
gerada é uma pressão osmótica, que é suficiente para provocar a
desintegração do concreto.
Congelamento e degelo
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O desenvolvimento de pressão osmótica numa cavidade
submetida ao congelamento depende da cavidade estar ou
não preenchida com solução e gelo. Se é relativamente
abundante a alimentação de água capilar não congelada,
uma cavidade não preenchida torna-se expansiva após a
difusão ter preenchido a cavidade. Antes que o estágio de
expansão tenha sido alcançado, a pasta tende a retrair à
medida que a água é levada das cavidades não congeladas
às cavidades contendo gelo.
Congelamento e degelo
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Segundo a teoria da saturação crítica de T.C. Powers, o
concreto só sofrerá dano pelo congelamento se os capilares
na pasta de cimento estiverem mais de 91,7% preenchidos
com água. Referida teoria baseia-se no fato de que a água,
ao congelar, expande aproximadamente 9% em volume.
As tensões originam-se no caso dos poros capilares estarem
saturados com água e a água vir a congelar. Entretanto, se
os poros estiverem parcialmente preenchidos, pode ser
acomodada a expansão resultante da formação de gelo.
Congelamento e degelo
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T.C. Powers também formulou a teoria da pressão hidráulica
segundo a qual o dano pelo congelamento é causado pela
pressão hidráulica decorrente da resistência ao movimento
da água não congelada nos poros capilares da pasta.
Congelamento e degelo
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T.C. Powers aplicou a Lei de Darcy para ilustrar os fatores
que afetam a pressão gerada pelo escoamento:
Onde: Δh é o gradiente de pressão;
η é a viscosidade do fluido;
k é o coeficiente de permeabilidade;
Q é a velocidade do fluxo;
l é o comprimento do percurso de escoamento;
A é a área do escoamento.
Congelamento e degelo
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A pressão gerada aumenta com o aumento da viscosidade do fluido,
da velocidade do fluxo e do comprimento, e decresce com o aumento
do coeficiente de permeabilidade e da área do escoamento.
A viscosidade do fluido, isto é, a viscosidade da solução no poro
(água com íons dissolvidos) pode não variar muito. A velocidade do
escoamento relaciona-se à velocidade do congelamento (quanto
mais rápida a formação de gelo, mais rapidamente é empurrada a
água para os capilares). O coeficiente de permeabilidade e área de
escoamento (isto é, o tamanho dos poros capilares) dependem da
microestrutura da pasta de cimento específica.
Congelamento e degelo
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Para uma dada pasta de cimento, viscosidade do fluido do
poro e velocidade de escoamento, pode-se calcular o
comprimento máximo do fluxo, impondo o gradiente de
pressão igual à resistência à tração da pasta de cimento
(isto é, a pressão máxima até a qual não ocorrerá dano à
pasta), a saber:
Congelamento e degelo
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R.A. Helmuth (apud Tanesi, J. e Meininger,R., 2006) a
propor a teoria do acréscimo de gelo/pressão osmótica,
segundo a qual, durante o congelamento a água desloca-
se dos poros do gel aos poros capilares, de acordo com a
leis da termodinâmica, ou seja, difusão de energia elevada
para energia baixa, e a teoria da osmose, isto é, difusão
através de concentrações de gradientes.
Congelamento e degelo
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A água nos poros capilares não é pura, mas sim uma solução
de vários íons dissolvidos na água. O gelo, por sua vez, é
água pura. Consequentemente, quando se forma gelo no
capilar, aumenta a concentração da solução não congelada
remanescente no poro, criando, assim, um gradientede
concentração. Mesmo que o capilar esteja cheio de gelo e
água, a água fluirá do gel menos concentrado ao capilar mais
concentrado, de modo que a equalizar a concentração de
solução no poro. Este fluxo osmótico da água gera pressão.
Congelamento e degelo
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A presença de bolhas de ar faz com que a água difunda do
gel e dos capilares para os vazios de ar. Ao invés de
preencher os capilares e gerar pressão, a água flui para os
vazios de ar, onde há disponível espaço amplo para
acomodar a formação de gelo sem o desenvolvimento de
pressão. O esquema da figura 6 ilustra o caminho
percorrido pela água em direção ao vazio de ar (apud
Freitas Jr. J.A em Materiais de Construção – Durabilidade,
UFPR, s.d.).
Congelamento e degelo
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Figura 6 – Fluxo de água nos capilares da pasta de cimento
Fonte: Freitas Jr., Materiais de Construção – Durabilidade, 
Universidade Federal do Paraná, s.d.
Congelamento e degelo
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T.C. Powers (apud Lima, S.M. e Libório, J.B.L., 2009) sugeriu a
incorporação de (6 ± 1)% de ar incorporado no concreto para
protegê-lo da ação do congelamento, devendo os vazios estar
próximos uns dos outros, de modo que o diâmetro dos mesmos
seja, em média, a distância entre suas paredes. Também
demonstrou que a limitação da relação água/aglomerante em
0,25 faria com que as pastas de cimento completamente
hidratadas não sofreriam danos por baixas temperaturas,
devido à eliminação da água congelável armazenada nos
poros destas pastas.
Congelamento e degelo
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Figura 7 – Perda de massa após 40 ciclos de congelamento e degelo para
concretos com diferentes teores de ar incorporado (apud Freitas Jr.,, J.A.;
Materiais de Construção – Durabilidade, Universidade Federal do Paraná, s.d.)
Congelamento e degelo
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Figura 8 – Ciclos
de congelamento e
degelo para 50%
de redução do
módulo de
elasticidade
dinâmico de
concretos
preparados com
teores variáveis de
ar incorporado
(apud Freitas Jr.,
J.A.; Materiais de
Construção –
Durabilidade,
Universidade
Federal do Paraná,
s.d.)
Congelamento e degelo
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Estudos elaborados por Corr,D.J. et al. (apud Lima, S.M. e
Libório, J.B.L., 2009) permitiram um avanço no
entendimento da morfologia e da formação de cristais de
gelo no concreto congelado, com base em observações
sobre a microestrutura de vazios de ar com a utilização de
microscópio de varredura a baixas temperaturas
Congelamento e degelo
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Figura 9a - Micrografia eletrônica de varredura
obtida em temperatura criogênica de vazio de
ar com cristais de gelo .
Congelamento e degelo
Figura 9b - Micrografia eletrônica de
varredura obtida em temperatura criogênica
de vazio de ar após a sublimação do gelo.
Fonte Curr , D.J. (apud Lima, S.M. e Libório, J.B.L, 2009)
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Tabela 8 - Teores de ar recomendados para
concreto resistente ao congelamento (American
Concrete Institute, ACI 201.2R-08).
Congelamento e degelo
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Observações relativas à tabela 8:
a) a tolerância máxima do teor de ar no canteiro de obra é
de 1,5%;
b) a exposição severa refere-se a clima frio e o concreto
está em contato contínuo com umidade antes do
congelamento ou quando se aplicam sais
descongelantes. Exemplos incluem pavimentos,
tabuleiros de pontes, passeios e reservatórios de água;
Congelamento e degelo
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c) a exposição moderada diz respeito a clima frio em que o
concreto estará apenas ocasionalmente exposto á
umidade antes do congelamento, sem o emprego de sais
descongelantes. Exemplos incluem paredes externas,
vigas e lajes sem contato direto com o solo;
d) para concretos com agregado de dimensão máxima igual
ou maior do que 37,5 mm, o teor de ar é medido no
concreto peneirado, isto é na parcela que passa pela
peneira de 37,5 mm.
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De modo geral, a capacidade de um concreto resistir ao
dano provocado pelo congelamento depende da pasta de
cimento e do agregado, pois o mecanismo responsável pelo
desenvolvimento de pressão induzida pelo congelamento na
pasta de cimento saturada também se aplica a outros
corpos porosos, a exemplo de agregados produzidos de
pedras de arenitos, calcários e folhelhos.
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G.J. Verbeck e R. Landgren (apud P.K. Mehta e P.J.M.
Monteiro, 1994) propuseram três classes de agregados. Na
primeira, incluem-se os agregados de baixa permeabilidade
e alta resistência, cujas partículas apresentam deformação
elástica que impede a ruptura por ação do congelamento da
água nos poros.
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Na segunda categoria, estão os agregados de permeabilidade
intermediária, contendo proporção significativa de porosidade total,
representada por pequenos poros da ordem de 500 nm e menores.
As forças capilares nesses pequenos poros fazem com que o
agregado seja facilmente saturado e retenha água. No
congelamento, a magnitude da pressão depende principalmente da
velocidade de queda da temperatura e da distância que a água tem
de percorrer para chegar à fronteira de fuga para aliviar a pressão,
que pode ser o poro vazio no agregado, de forma análoga ao ar
incorporado na pasta de cimento, ou a própria superfície do
agregado.
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A terceira categoria inclui os agregados de alta
permeabilidade. Embora permitam facilmente a entrada e
saída de água, podem ser responsáveis pelo dano na zona
de transição na interface entre a superfície do agregado e a
matriz da pasta de cimento, ocasionado pela expulsão da
água sob pressão da partícula do agregado.
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Hidrólise é um termo aplicado a reações orgânicas e
inorgânicas em que água efetua uma dupla troca com outro
composto:
XY + H2O → HY + XOH
C2H5OHKCN + H2O → HCN + KOH
C2H5Cl + H2O → HCl + C2H5OHKCN
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Águas deionizadas, ou puras, isto é, com teores mínimos ou
nulos de íons, ao contatar o concreto, têm a capacidade de
hidrolisar ou dissolver e lixiviar produtos da hidratação do
cimento. Em terrenos montanhosos, a água de rios é,
geralmente, isenta de íons dissolvidos, e apresenta elevada
agressividade às estruturas de concreto, em virtude do seu
poder de dissolução. O hidróxido de cálcio é o componente
da pasta hidratada mais suscetível à hidrólise, devida a sua
alta solubilidade em água pura (1230 mg/L).
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Na lixiviação do concreto, os produtos da hidratação dos
compostos do cimento são dissolvidos do sistema poroso e
transportados por difusão iônica ou pelo fluxo da água .
De acordo com Tomas Ekstrom ((2001), os fatores que afetam
o aumento da lixiviação são: a) elevada permeabilidade do
concretoe aumento da permeabilidade devida à lixiviação; b)
elevado teor de cálcio no concreto, especialmente o hidróxido
de cálcio; c) elevado teor de dióxido de carbono na água; d)
baixa dureza da alta (água doce).
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Os silicatos hidratados de cálcio e as fases aluminato e
ferrita são menos solúveis, porém quanto mais cálcio estiver
incorporado em tais fases, mais solúveis serão.
Os efeitos da lixiviação em material sólido incluem o
aumento da porosidade e a diminuição do teor de íons OH- .
Com o aumento da porosidade, a permeabilidade à água
aumenta e o processo de lixiviação é acelerado;
adicionalmente, reduz-se a resistência mecânica do
material.
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P.K. Mehta e P.J.M. Monteiro (1994) assinalam, ainda, que,
além da perda de resistência, a lixiviação do hidróxido de
cálcio do concreto pode ser considerada indesejável por
razões estéticas, pois, frequentemente, o produto lixiviado
interage com o CO2 do ar e resulta na precipitação de
crostas brancas de carbonato de cálcio na superfície, cujo
fenômeno é denominado eflorescência.
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Marcelo Jorge et al (2001) desenvolveram estudo experimental
sobre o ataque do concreto compactado com rolo (CCR) por
águas puras. Corpos-de-prova de CCR, dosados com 90 kg/m3
de aglomerante (com e sem substituição parcial de 10% em
volume de cimento Portland por sílica ativa), foram submetidos
a um processo acelerado de lixiviação através de percolação
de água deionizada durante 4 meses, utilizando o aparato
empregado no ensaio de permeabilidade à água sob pressão
(ABNT NBR 10786: 1989).
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Figura 10 – Aparelho de permeabilidade à água
(ABNT NBR 10786: 1989, apud Marcelo Jorge et al, 2001)
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O estudo conduziu às seguintes conclusões:
a) a água pura pode ser um agente bastante agressivo ao
concreto compactado com rolo (CCR). Após o processo de
lixiviação, observou-se no CCR dosado apenas com cimento
Portland sem adições minerais que uma pequena perda de
cálcio levou a uma redução de 18,5% na resistência à
compressão em comparação ao concreto de referência
(corpos-de-prova mantidos na câmara úmida durante o
mesmo período que os lixiviados foram submetidos à
percolação da água deionizada);
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b) a sílica ativa em substituição parcial ao cimento Portland
concorreu a ganho de resistência mecânica do concreto
e à efetiva redução na permeabilidade do concreto
submetido à água pura, tornando-o mais resistente ao
ataque produzido pela lixiviação;
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c) as análises ao microscópio eletrônico de varredura e da
difração de Raios X, permitiram confirmar que a estrutura
interna do CCR com sílica ativa apresentava-se mais densa,
menos porosa e com uma quantidade de placas de hidróxido
de cálcio inferior em relação ao concreto sem a sílica ativa,
fato este explicado pela ações física e química
proporcionadas pela sílica ativa no concreto. Ficou, assim,
comprovada a melhoria da microestrutura do CCR pela
adição de sílica ativa, já conhecida para os concretos
convencionais e de alta resistência;
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d) a realização da análise química da água percolada pelo concreto
mostrou-se uma ferramenta importante no estudo do mecanismo
da lixiviação, pois permitiu inferir sobre a dissolução dos produtos
de hidratação da pasta de cimento no concreto. No caso em
questão, foram observados ciclos de desgaste, iniciando pela
remoção da água dos poros (contendo principalmente sódio e
potássio), seguida da dissolução do hidróxido de cálcio (CH),
permitindo a partir daí a dissolução de parte do C-S-H e das
fases AFt e AFm. Desgastada uma camada, o processo inicia-se
novamente com a dissolução de mais hidróxido de cálcio (CH).
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À semelhança das argilas, constituídas, principalmente, por silicatos
hidratados de alumínio e ferro, e outros componentes em menores
teores, como cálcio, magnésio, sódio e potássio, a pasta de cimento
Portland tem a capacidade de trocar cátions com soluções químicas.
Segundo P.K. Mehta e P.J.M. Monteiro (2008), com base na troca
de cátions, podem ocorrer três tipos de reações entre soluções
químicas agressivas e os componentes da pasta de cimento
Portland, a saber: formação de sais solúveis de cálcio, formação de
sais de cálcio insolúveis e não-expansivos e ataques químicos por
soluções contendo sais de magnésio.
Reações por troca de cátions
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A formação de sais solúveis de cálcio resulta de reações com
soluções ácidas presentes em diversos ambientes (tabela 9,
apud PK. Mehta e P.J..M.Monteiro (2008).
Tabela 9 – Soluções químicas agressivas ao cimento
Portland (apud PK. Mehta e P.J..M.Monteiro (2008).
Reações por troca de cátions
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As reações de troca catiônica entre soluções ácidas e os
componentes da pasta de cimento Portland resultam em
aumento dos sais solúveis de cálcio, como cloreto de cálcio,
acetato de cálcio e bicarbonato de cálcio, que são removidos
por lixiviação.
Reações por troca de cátions
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Conforme ensina Antonio de Sousa Coutinho (1974), os
compostos do cimento Portland hidratado só são estáveis em
contato com soluções supersaturadas de hidróxido de cálcio,
os poros do concreto forem percorridos por um líquido, a
exemplo da água com capacidade para dissolver o hidróxido
de cálcio, este desaparecerá progressivamente do interior
dos poros.
Reações por troca de cátions
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Com a diminuição do pH, os compostos do cimento
decompõem-se até se transformarem em precipitados de
sílica-gel e de alumina-gel, sem quaisquer propriedades
ligantes. Este é o mecanismo da chamada descalcificação do
cimento hidratado, que conduz à desagregação.
Reações por troca de cátions
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A formação de sais de cálcio insolúveis pode não causar danos ao
concreto, salvo se o produto da reação for expansivo ou removido
por água corrente, por infiltração ou tráfego de veículo. Os ácidos
oxálico, tartárico, tânico, húmico, hidrofluórico ou fosfórico, ao
reagirem com o hidróxido de cálcio, produzem sais de cálcio
insolúveis e não expansivos. A propósito o tartarato e o oxalato de
cálcio depositam-se na superfície do concreto, promovendo a sua
impermeabilização. Entretanto, o ácido húmico pode causar
deterioração ao concreto exposto a resíduos de animais e plantas
em decomposição.
Reações por troca de cátions
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A formação de sais de cálcio insolúveis pode não causardanos ao
concreto, salvo se o produto da reação for expansivo ou removido
por água corrente, por infiltração ou tráfego de veículo. Os ácidos
oxálico, tartárico, tânico, húmico, hidrofluórico ou fosfórico, ao
reagirem com o hidróxido de cálcio, produzem sais de cálcio
insolúveis e não expansivos. A propósito o tartarato e o oxalato de
cálcio depositam-se na superfície do concreto, promovendo a sua
impermeabilização. Entretanto, o ácido húmico pode causar
deterioração ao concreto exposto a resíduos de animais e plantas
em decomposição.
Reações por troca de cátions
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As soluções de magnésio reagem com o hidróxido de cálcio e
formam sais de cálcio solúveis. Adicionalmente, o ataque por
íon magnésio se estende ao silicato de cálcio hidratado, o
qual perde gradualmente íons de cálcio que são parcialmente
ou, às vezes, completamente substituídos pelos íons de
magnésio. Forma-se, então, um silicato de magnésio
hidratado, com perda de características aglomerantes.
Reações por troca de cátions
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Na reação com os aluminatos de cálcio hidratados do
cimento ou com a alumina reativa do agregado, o íon sulfato
é responsável pela formação de um composto expansivo
(sulfoaluminato de cálcio) que compromete a estabilidade do
concreto endurecido. O ataque por sulfato também pode
provocar a diminuição progressiva da resistência e perda de
massa em virtude da perda de coesão dos produtos de
hidratação do cimento.
Ação de sulfatos
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O sulfoaluminato de cálcio foi descoberto por Candlot (apud
Sousa Coutinho, 1974), ao realizar uma série de ensaios sobre a
ação dos principais componentes da água do mar no cimento,
incluindo os cloretos, aque constituem cerca de 55% dos sais da
água do mar, sulfatos, presentes da ordem de 8% e magnésio,
que constitui 4% da água do mar.
A ocorrência do ataque por sulfatos pode manifestar-se nas
formas de expansão e fissuração do concreto. Ao fissurar, torna-
se mais fácil a penetração da água agressiva no seu interior, com
o que se acelera a sua deterioração.
Ação de sulfatos
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De acordo com o exposto por P.K. Mehta e P.J.M. Monteiro
(2008), o hidróxido de cálcio e as fases presentes no cimento
Portland hidratado que contêm alumina são mais vulneráveis
ao ataque por íons sulfato. Com a presença de hidróxido de
cálcio na pasta de cimento Portland hidratada, o
monossulfato hidratado (C 3A-CS-H18 ou C3A-CH-H18,
dependendo do teor de C3A potencial ser maior de 5% ou
maior de 8%) se converte à forma altamente sulfatada de
etringita, (C3A.3CS.H32) quando do contato com íons sulfato.
Ação de sulfatos
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O emprego na preparação do concreto de agregado contaminado com
gipsita ou de cimento contendo teor elevado de sulfato pode provocar o
ataque químico por sulfato existente no interior do próprio concreto,
acarretando a formação de etringita tardia (“delayed ettringite formation”).
Adicionalmente, a cura a vapor de peças de concreto acima de 65ºC pode
induzir a formação de etringita tardia. Com efeito, a etringita não é uma
fase estável acima de 65ºC, decompondo-se para formar monossulfato
hidratado. Os íons sulfato liberados pela decomposição da etringita são
adsorvidos pelo silicato de cálcio hidratado. Posteriormente, durante a
utilização da estrutura, quando os íons sulfato são dissolvidos. A for,ação
de nova etringita causa expansão.
Ação de sulfatos
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De acordo com o Building Research Establishment Digest
250 (apud P.K.Mehta e P.J.M. Monteiro, 2008), os fatores
que influenciam o ataque por sulfato são:
a) quantidade e natureza de sulfato presente;
b) nível da água e sua variação sazonal;
c) fluxo de água subterrânea e a porosidade do solo;
d) forma de construção;
e) qualidade do concreto, com destaque à baixa
permeabilidade do concreto.
Ação de sulfatos
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O Código 318 do American Concrete Institute (apud
P.K.Mehta e P.J.M. Monteiro, 2008), classifica a exposição
ao sulfato em 4 graus de severidade, com as recomendações
específicas a cada grau, a saber:
a) ataque negligenciável – teor de sulfato abaixo de 0,1 no
solo ou abaixo de 150 ppm (159 mg/L) na água –
empregar cimento Portland sem restrição ao tipo;
Ação de sulfatos
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(Continuação do Código 318 do American Concrete Institute)
b) ataque moderado - teor de sulfato de 0,1 a 0,2% no solo
ou 1.50 a 1500 ppm na água – empregar cimento Portland
tipo II da ASTM ou Portland pozolânico ou Portland com
escória e relação água/cimento menor que 0,5;
c) ataque severo – teor de sulfato de 0,2 a 2,0% no solo ou
1.500 a 10.000 ppm na água – empregar cimento Portland
tipo V da ASTM e relação água/cimento menor que 0,45;
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(Continuação do Código 318 do American Concrete Institute)
d) ataque muito severo - teor de sulfato acima de 2%no solo
ou acima de 10.000 ppm na água – empregar cimento
Portland tipo V da ASTM mais uma adição pozolânica e
relação água/cimento menor que 0,45.
Ação de sulfatos