O efeito das condições de exposição na durabilidade do cimento concreto com agregado de dolomita proveniente de Cracóvia, Polônia

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Procedia Engineering 108 (2015) 673 - 680
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1877-7058 © 2015 Os autores. Publicado por Elsevier Ltd. Este é um artigo de acesso aberto sob a licença CC BY-NC-ND ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
)
Avaliação por pares sob responsabilidade do comitê organizador da 7ª Conferência Técnico-Científico de Problemas de Materiais em Engenharia Civil
doi: 10.1016 / j.proeng.2015.06.198
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7º Científico- Problemas de Material de Conferência Técnica em Engenharia Civil (MATBUD'2015)
O efeito das condições de exposição na durabilidade do cimento
concreto com agregado de dolomita proveniente de Cracóvia, Polônia
Dominika Dębska uma,*
uma Universidade de Tecnologia de Cracóvia, Warszawska 24, 31-155 Cracóvia, Polônia
Abstrato
Alguns agregados de dolomita expostos a um ambiente úmido podem se decompor. A presença de íons sódio, magnésio, cálcio e 
sulfato no meio corrosivo e a temperatura mais elevada podem aumentar a taxa de decomposição do agregado.
Os resultados de um estudo sobre o impacto da exposição ambiental definida a um H 2 O, Mg (OH) 2, MgSO 4, N / D 2 TÃO 4 soluções em várias 
condições de temperatura sobre a susceptibilidade aos processos de desdolomitização de concreto de cimento feito com
agregados de dolomita são apresentados no artigo. A observação da extensão linear, bem como as mudanças na resistência à compressão e alteração da 
superfície devido às condições de exposição corrosivas foram as principais características diagnósticas adotadas para este exame.
© 2015 Os autores. Publicado por Elsevier Ltd.
Seleção e revisão por pares sob responsabilidade da comissão organizadora do 7º Congresso Técnico-Científico de Problemas 
Materiais em Engenharia Civil.
Palavras-chave: Durabilidade; Dedolomitização; Betão com agregado dolomítico; Sulfatos; Ciclos de umedecimento-secagem; Condições de temperatura; 
Extensão linear; Força compressiva; Microscopia ótica
1. Introdução
O concreto de cimento feito com agregado de dolomita pode estar em risco de expansão contínua após a presença de produtos de 
volume como resultado da possível reatividade das dolomitas em ambiente úmido. Este fenômeno foi confirmado pela observação de 
danos a estruturas de concreto selecionadas e por alguns testes de laboratório.
* Autor correspondente. Tel .: + 48-12-628-23-45; fax: + 48-12-628-23-67.
Endereço de e-mail: ddebska@pk.edu.pl
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Avaliação por pares sob responsabilidade do comitê organizador da 7ª Conferência Técnico-Científico de Problemas de Materiais em Engenharia Civil
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Os processos de desdolomitização estão relacionados à dolomita e agregados de calcário dolomítico [1]. O mecanismo e as 
reações da desdolomitização são conhecidos e amplamente descritos. Como resultado da reação de desdolomitização,
dolomita (Ca, Mg (CO 3) 2) pode se converter em calcita (CaCO 3) ou magnesita (MgCO 3). De acordo com Vierek [2], calcificação de agregados 
pode ser esperada em contato com soluções com alto teor de Ca 2 + / Mg 2+ proporções fluindo livremente para dentro
poros. A substituição por magnésio era esperada na exposição a soluções ricas em íons de magnésio.
Katayama [3] distinguiu três possíveis efeitos para reações de concreto propenso a agregado alcalino (AAR), conforme 
segue:
após a reação alcalino-carbonato (ACR) de dolomitas e calcários dolomíticos que resulta em desdolomitização. A ACR deletéria é 
mais provavelmente uma consequência da presença de quartzo criptocristalino ou do conteúdo de argila. Isso resulta na 
deterioração progressiva do concreto devido à expansão de rachaduras,
após a reação alcalino-carbonato (ACR) de calcários não dolomíticos que produz os aros de reação. A formação dos aros de 
reação é declarada como inofensiva para o concreto,
após a reação álcali-sílica (ASR) de várias rochas carbonáticas.
Em estudos sobre danos ao concreto com vários agregados de carbonato, concentrações significativamente aumentadas de 
íons sulfato foram encontradas ao lado da calcita. As reações químicas específicas entre o ambiente, a matriz de cimento e o 
agregado de carbonato na presença de íons sulfato causados na formação de produtos de volume foram discutidos por 
exemplo, Katayama [3] ou Lee et al. [4]. Os novos minerais formadores, como a brucita ou etringita, podem se acumular na 
parte externa dos grãos agregados e, então, alterar as características do ITZ ( Zona de Transição Interfacial) próprio e, 
posteriormente, influenciado nas propriedades do concreto de cimento feito com agregado de carbonato (Katayama [3, 5],
Štukovnik et al. [6, 7]). Muitos autores, por exemplo Štukovnik et al. [6], Prinčič et al. [8], Ramachandran [9], García et al.
[10, 11] descrevem mudanças destrutivas tanto no próprio agregado de carbonato quanto no concreto de cimento contendo 
aquele tipo de agregado causadas pela reação álcali-agregado (AAR), mas alguns deles notaram um paradoxo caracterizando
efeito benéfico do SO 2 -4 presença de íons na redução da retração final de argamassas de cimento com agregado carbonático.
Além disso, Chang et al. [12] após Chatterji [13] notou que a temperatura acima de 50º C pode estimular a destruição do 
concreto agregado de carbonato ou protegê-lo pela destruição das formas cristalinas hidratadas de DEF ( Formação 
Retardada de Ettringita) ou hidrocarbonatos.
Resultados anteriores do autor de pesquisas sobre a destruição de do agregado de lomita exposto a um ambiente corrosivo 
com a concentração definida de íons de magnésio e temperatura foram relatados em [14]. Este artigo apresenta os resultados 
dos estudos seguintes sobre o impacto da exposição à corrosão em algumas mudanças perceptíveis nos agregados de 
dolomita e sobre o impacto da exposição ambiental definida na durabilidade do concreto de cimento preparado com agregado 
examinado em comparação com concreto de cimento comum feito com agregado de cascalho.
Nomenclatura
D1 agregado de dolomita Rudawa extraído em formação Devoniana, encontrado perto de Cracóvia, Polônia
G agregado de cascalho Dwudniaki, encontrado perto de Tarnów, Polônia
H exposição a água desmineralizada M 
exposição a uma solução saturada de hidróxido de magnésio S 
exposição a uma solução de sulfato de magnésio 
Sn exposição a uma solução de sulfato de sódio 20 
ciclos contínuos de imersão em condições de temperatura de laboratório t = 20 ± 2ºC
60 ciclo de umedecimento-secagem contido em um semana de imersão em t = 20 ± 2ºC e uma semana de secagem em t = 60 ± 2ºC
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2. Materiais e métodos
Os materiais usados nesta investigação foram de origem local e satisfizeram os requisitos das respectivas Normas 
polonesas: PN-EN 12620 + A1: 2010P [15], PN-B-19707: 2013-10P [16], PN-EN 196 [17 ]
2.1. Propriedades dos materiais examinados - características do agregado de dolomita estudado
Dois agregados, nomeados na parte da nomenclatura, foram selecionados para este estudo. Duas granularidades comerciais foram 
selecionadas para cobrir a faixa desejada de 2-16 mm.
Os resultados do exame petrográfico usando difração de raios-X, incluindo uma determinação quantitativa da 
composição mineral do agregado de dolomita ( D1), são apresentados na Tabela 1 e 2. As principais propriedades físicas
verificados para este agregado são: absorção de água WA 24 = 0,74% e densidade - 2,79 g / cm 3
Tabela 1. Composição mineral do agregado de dolomita examinado D1.
Componente calcita dolomite quartzo
21,7% 74,6% 1,4%
argila
2,2%
pirita
0,1%
Tabela 2. Composição dos minerais de argila no agregado de dolomita examinado D1.
Componente argila caulinitailita / esmectita ilita
2,2% Pequena quantidade Pequena quantidade insignificante
talco
falta
O agregado de cascalho ( G) foi fornecido pela ZEK KRUSZGEO SA (Polônia) e foi usado para preparar prismas de concreto 
para um grupo de controle.
2.2. Propriedades dos materiais examinados - características do cimento
Os concretos examinados foram confeccionados com cimento CEM I 42.5R NA / MSR, cujas características químicas, físicas e 
mecânicas são apresentadas na Tabela 3.
Tabela 3. Propriedades químicas e físicas de CEM I 42.5R NA / MSR. 
Componente químico Conteúdo [% ms] Propriedade física
CaO 64,89 Força compressiva - 2 dias
SiO 2 21,60 Força compressiva - 28 dias
Al 2 O 3 3,44
Fe 2 O 3 3,50
TÃO 3 2,71
MgO 0,76
N / D 2 O eq 0,32
Cl - 0,018
21,4 N / mm 2
56,4 N / mm 2
Resistência à flexão - 2 dias de 
resistência à flexão - 28 dias
3,8 N / mm 2
8,3 N / mm 2
Área de superfície específica de Blain 3164 cm 2 / g
2.3. Propriedades dos materiais examinados - proporções do concreto e preparação da amostra
O impacto das condições de exposição definidas nos processos de desdolomitização e mudanças na resistência à compressão foram 
investigados para a composição da matriz de concreto, conforme mostrado abaixo:
Cimento: CEM I 42,5R NA / MSR 360 kg / m 3,
Água 180 kg / m 3,
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Agregar 2/8
Agregar 16/08
Areia de Bukowno (Polônia)
Ambos os tipos de agregados em granularidades de 2-16 mm foram usados separadamente.
As vigas de tamanho 10 × 10 × 50 cm foram conformadas com matriz de concreto. Após 28 dias de cura e 2 meses de
condicionamento em condições de laboratório, os feixes foram cortados em prismas com um tamanho de 4 × 4 × 16 cm e armazenado em
laboratório por dois anos antes do teste [14].
2.4. Condições de exposição corrosiva
Um agregado de dolomita pode reagir em meio ambiente contendo íons de sódio, cálcio, magnésio e sulfato ou uma 
combinação deles. Esta investigação concentra-se no efeito de condições ambientais estritamente definidas em processos que 
estão relacionados com a desdolomitização de agregado de dolomita específico em concreto de matriz de cimento.
Os ambientes corrosivos aplicados nos prismas de concreto incluíram:
água desmineralizada com concentração de íons de cálcio e magnésio abaixo das capacidades de medição do 
equipamento de laboratório H,
Mg saturado (OH) 2 solução M,
5% MgSO 4 solução S,
5% Na 2 TÃO 4 solução Sn.
No início, todos os prismas de concreto estavam imersos em solução definida há três meses. Em seguida, todas as amostras 
examinadas foram divididas em dois grupos. Um grupo foi exposto respectivamente a um H, M, S, Sn solução em constante
temperatura de 20 ± 2ºC ( 20), enquanto o outro grupo foi exposto a ciclos de umedecimento e secagem contendo uma semana de
secagem a 60 ± 2ºC e uma semana de imersão para a solução definida na temperatura de 20 ± 2ºC ( 60). Cada solução 
corrosiva foi trocada a cada 28 dias.
No início, sete amostras foram examinadas em cada variação da combinação solução / temperatura. Amostras de concreto 
feitas com o uso de diversos agregados foram testadas em paralelo.
2,5. Recursos de diagnóstico
As principais características diagnósticas adotadas para este teste foram as mudanças na dimensão linear das amostras em 
função das condições corrosivas do ambiente. As mudanças de dimensão linear deveriam ser medidas a cada 28 dias até que os 
primeiros danos visíveis fossem observados. Naquele momento, as amostras específicas foram examinadas em um microscópio 
óptico e testadas quanto à resistência à compressão. As amostras também foram pesadas no momento das medidas de 
extensão.
3. Resultados
3.1. Extensão linear de prismas de concreto
Os prismas de concreto feitos com dolomita ( D1) e cascalho ( G) agregados, respectivamente, foram expostos às 
condições descritas em 2.3.
A dependência das mudanças dimensionais lineares médias das amostras de concreto em função das condições ambientais 
corrosivas e do tempo de exposição é mostrada na Fig. 1.
622,5 kg / m 3,
622,5 kg / m 3,
620 kg / m 3
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Fig. 1. Mudanças nas dimensões médias em função do tipo de agregado, condições corrosivas e tempo de exposição.
As abreviaturas são descritas na parte da Nomenclatura.
Como era de se esperar, a extensão linear era dependente do tipo de agregado examinado e da variação das condições 
corrosivas / temperatura. Para todas as amostras de concreto examinadas, houve diferenças desprezíveis na forma do gráfico 
de extensão linear observada para H e M solução. Mudanças de dimensão linear mais significativas foram observadas para S condições 
durante os primeiros seis meses - O grande aumento inicial na curva obtida foi continuado por declive repentino. Após esse 
tempo, o progresso incremental na extensão linear foi notado para amostras expostas a S_20
condições. O nível de extensão linear obtido para S_60 as condições eram mais ou menos estáveis após 6 meses de 
exame corrosivo.
As condições de exposição corrosivas marcadas como Sn_20 / 60 foram considerados mais prejudiciais para o concreto de cimento feito com 
agregado de cascalho em comparação ao concreto de cimento feito com agregado de dolomita ( D1). Embora tenha sido observado aumento 
incremental nos valores de extensão linear para todos os prismas de concreto examinados, eles limitaram em ampla faixa, por exemplo D1_Sn_20 em 
0,20 mm / m, D1_Sn_60 em 0,40 mm / m, G_Sn_20 em 0,35 mm / m, G_Sn_60 em 0,70 mm / m.
3.2. Alteração observada em microscopia óptica
Antes do exame da resistência à compressão, todas as amostras de concreto foram observadas ao microscópio óptico. Os resultados 
exemplares são apresentados na Fig. 2.
Como era de se esperar, ambiente corrosivo de água desmineralizada ( H) e solução saturada de magnésio ( M)
matriz de cimento afetada. As condições de exposição à corrosão da água desmineralizada causaram lixiviação em todas as amostras de concreto. 
A solução de hidróxido de magnésio saturado resultou em alterações da matriz de cimento após a formação de formas gelatinosas de brucita.
Mudanças mais significativas na parte externa das amostras de concreto foram observadas para cada solução de sulfato. Discutindo 
o impacto da solução de sulfato de magnésio nas mudanças visíveis na superfície do concreto, pode-se notar que S_20 condição resultou 
na formação de produtos de volume da reação de desdolomitização no agregado de dolomita D1. Ao contrário, cimento
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amostras de concreto feitas com agregado de dolomita D1 sofreu mais após a exposição corrosiva a Sn solução em ciclos de 
umedecimento-secagem. Nesse caso ( D1_Sn_60), fissuras isoladas em ITZ foram observadas.
Todas as mudanças visíveis como presença de fissuras ou mudanças na matriz de cimento notadas em amostras de concreto de 
cimento feitas com agregado de cascalho foram características para o ataque de magnésio ou sulfato de sódio ao concreto de cimento 
comum.
D1_20 D1_60 G_20 G_60
H
M
S
Sn
Fig. 2. Alteração das superfícies dos prismas de concreto em função das condições de exposição à corrosão. Tempo de exposição corrosiva - 2 anos.
(uma) D1_20_H; ( b) D1_60_H; ( c) G_20_H; ( d) G_60_H; ( e) D1_20_M; ( f) D1_60_M; ( g) G_20_M; ( h) G_60_M;
(eu) D1_20_S; ( j) D1_60_S; ( k) G_20_S; ( eu) G_60_S; ( m) D1_20_Sn; ( n) D1_60_Sn; ( o) G_20_Sn; ( p) G_60_Sn;
Magnitude 10 ×. As abreviaturas são descritas na parte da Nomenclatura.
3,3. Força compressiva
No final das investigações de corrosão, amostras de concreto examinadas foram testadas para obter resistência à compressão. A 
Série 1 foi verificada após 1 ano, a Série 2 após 1,5 ano e a Série 3 após 2 anos de exposição à corrosão. A série 4 mostra os valores 
obtidos para prismas de concreto de referência armazenados em condições de laboratório. Os resultados do exame são mostrados na 
Fig. 3.
Analisando os resultados dasmudanças de resistência, pode-se considerar que os valores obtidos são fortemente dependentes do 
tipo de agregado ( D1, G) e combinação de condições de exposição corrosivas.
Como é mostrado na Fig. 3., a exposição de longo prazo ao ambiente de água desmineralizada ( H) e hidróxido de magnésio saturado 
( M) resultou em mudanças semelhantes na resistência à compressão para prismas de concreto de cimento feitos
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com agregado de dolomita examinado D1. Este fenômeno pode estar relacionado à baixa concentração de Mg. 2+ íons em Mg 
(OH) saturado 2 solução.
Fig. 3. Mudanças na resistência à compressão devido à composição do concreto e às condições de exposição.
As abreviaturas são descritas na parte da Nomenclatura.
Exposição de longo prazo ao MgSO 4 solução ( S) causou aumento na resistência à compressão para prismas de concreto feitos com D1 
agregado armazenado em temperatura de laboratório apenas, embora os produtos de volume / destrutivos de
desdolomitizações agregadas são apresentadas nestes prismas apenas e a extensão linear foi limitada no valor de 0,20 mm / m. 
Neste caso, as primeiras mudanças visíveis pareciam aros.
Independentemente do agregado utilizado, a inclinação é obtida f c valores foram percebidos para prismas de concreto expostos ao Sn_60 
condições. É significativo que as primeiras fissuras nas superfícies foram marcadas quando a extensão linear excedeu
valor de 0,35 mm / m.
4. Conclusão
As investigações revelaram que o agregado examinado D1 originado perto de Cracóvia, Polônia era propenso a liberar íons 
de cálcio e magnésio durante o tempo de exposição ao meio líquido. A concentração de íons e a intensidade dos processos de 
solubilidade foram encontrados fortemente dependentes das condições de temperatura.
Como era de se esperar, o ambiente contendo o Na + / Mg 2+ e entao 2 - 4 íons foi mais agressivo para o
concreto feito com agregado de dolomita D1 em comparação a H ou M solução.
Como foi descoberto na parte de introdução, de acordo com Katayama [3], os resultados da reação entre o agregado de dolomita D1 
no concreto de cimento e as condições corrosivas externas foram manifestadas na deterioração progressiva do concreto devido à 
expansão de fissuras ou na formação de jantes de reação que são declaradas inofensivas para o concreto.
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O aumento das propriedades de resistência foi observado em amostras de concreto de cimento feitas com agregado de dolomita 
sob várias agressões de sulfato. A possível explicação para o fenômeno observado está na alteração da superfície após a presença de 
produtos de reação alcalino-carbonato não expansivos. O efeito semelhante foi descr ibed por Štukovnik et al. [6, 7].
As mudanças observadas para o grupo de controle preparado com G agregados foram característicos da destruição 
observada para concreto de cimento comum sob várias condições de sulfato [18].
Reconhecimentos
Esses exames foram apoiados financeiramente pelas bolsas L-1/234 / DS / 2011-2014.
Referências
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