Influência do Consumo de Cimento, Tempo de Cura e Secagem em Profundidade de Carbonatação, Slides de Materiais

Baixe Influência do Consumo de Cimento, Tempo de Cura e Secagem em Profundidade de Carbonatação e outras Slides em PDF para Materiais, somente na Docsity!

ANÁLISE COMPARATIVA DE PROCEDIMENTOS PARA

ENSAIOS ACELERADOS DE CARBONATAÇÃO

Cristiane Pauletti

Porto Alegre Dezembro 2004

CRISTIANE PAULETTI

ANÁLISE COMPARATIVA DE PROCEDIMENTOS PARA

ENSAIOS ACELERADOS DE CARBONATAÇÃO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,

como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em

Engenharia na modalidade Acadêmico

Porto Alegre Dezembro 2004

CRISTIANE PAULETTI

ANÁLISE COMPARATIVA DE PROCEDIMENTOS PARA

ENSAIOS ACELERADOS DE CARBONATAÇÃO

Porto Alegre, 10 de dezembro de 2004

Prof.a. Denise Carpena Coitinho Dal Molin Prof. Claudio de Souza Kazmierczak Dra. pela Universidade de São Paulo Dr. pela Universidade de São Paulo Orientadora Orientador

Prof. Dr. Américo Campos Filho Coordenador do PPGEC/UFRGS

BANCA EXAMINADORA

Prof. Geraldo Cechella Isaia (UFSM) Dr. pela Universidade de São Paulo

Prof.a. Marlova Piva Kulakowski (FEEVALE) Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Prof.a. Angela Borges Masuero (UFRGS) Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Aos meus pais, Elio e Maria Aos meus manos, Solange e Julio

Às empresas que fizeram doações para este estudo: Cimentos Votorantim, pelo cimento e cinza volante utilizados nos experimentos; Cimentos Cimpor, pelos corpos moedores; Duratex S.A. (Deca), pelas esferas de alumina; Café Iguaçu, pelas embalagens utilizadas no procedimento da RILEM, Chellmar Embalagem Moderna Ltda, pelas embalagens empregadas no procedimento baseado na metodologia adotada no NORIE. Muito obrigada!

Aos meus colegas de turma, César, Daniel, Fábio, Fabrício, Gustavo, Manuel, Morello, Tiago, Vladimir, além da pequena ala feminina, Aline B. e Natália, pelo carinho e pelos laços de amizade, que tornaram os dias mais agradáveis e as dificuldades menos pesadas.

Às amigonas que me abrigaram nas noites que passei em Porto Alegre, Aline Barroso, Aline Morales, Ana Paula, Mara e Natália, pela cama, comida, mas principalmente pela companhia e amizade de vocês. Muito, muito obrigada!

Aos demais colegas e amigos, sejam eles do NORIE ou não, Alexandre, Andrea Kern, Ângela Azevedo, Antônio Eduardo, Bernardo, Cristóvão, Daiana, Daniel Pinho, Denise Pitan, Edna, Elaine, Eugen, Fernanda Baiana, Fernanda Leite, Franciele, Geilma, Guguinha, Jairo Wolf, Lu Miron, Lucília, Ludmila, Marcel, Maria Teresa, Paulo (“Fifi Kanê”), Paulo Sérgio, Renato, Rodrigo, Simone, pelo carinho e amizade de sempre.

Às amigas Aguida e Marlova, pela disposição e inestimável ajuda, prestadas em todos os momentos, pela força e amizade de vocês, muito obrigada.

Aos amigos que conquistei vida afora, Ana Krei, Arlete, Claudinha, Dênis, Iraci, Lisete, Lu Mendel, Pati, Onilde, Serginho, pelo incentivo e apoio de todas as horas, pela amizade, maior bem que vocês me proporcionam.

À minha amigona, Yuriko, e meu afilhado, Pedro Henrique, pelos imensos momentos de alegria que passei ao lado de vocês, pelo apoio e por acreditarem em mim, amo vocês.

Ao meu namorado, Vinícius, verdadeiro amigo e companheiro, pelo amor, pelo conforto do colo, pela dedicação, apoio e confiança. Eu te amo muito!

Aos meus familiares e aos que considero parte da família, Roberta, Inês, Andrea, Deise e Vicente, pelo carinho, pelo incentivo. Muito obrigada!

A todas as pessoas que não foram citadas aqui, mas que de uma forma ou de outra contribuíram para a realização deste trabalho. Muito obrigada.

A todos, do fundo do meu coração, muito obrigada, e minha eterna gratidão.

Cristiane

“A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho natural”. Albert Einstein

ABSTRACT

PAULETTI, C. Comparative assessment of procedures used in accelerated carbonation tests.

2004. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola de Engenharia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.

The life of reinforced concrete structures has been the object of in-depth research in civil construction in recent years. One of the most serious problems affecting these structures is the corrosion of steel bars. In this type of material, the concrete layer acts both as a physical and as a chemical barrier. The former effect is provided by the concrete layer covering the steel while the latter is a result of the high alkalinity of the concrete, which generates a passivation film on the steel surface. The alkalinity of the concrete may be reduced by physical-chemical reactions between atmospheric carbon dioxide with the products of cement hydration, in a process known as carbonation. This alone is not detrimental to the concrete but can create favorable conditions to the corrosion of the steel bars. Since natural carbonation is a process extending over an extremely long period, accelerated carbonation tests are used to assess the behavior of reinforced concrete structures. These tests are not standardized, which makes comparisons between different studies difficult or even impossible. The present study presents a comparative assessment of some procedures and factors affecting accelerated carbonation tests. The study used mortars prepared with two periods of underwater cure (7 and 28 days), two cement types (ordinary Portland cement and pozzolanic Portland cement), three different w/c ratios (0.40, 0.55 and 0.70), two drying processes (in a room with controlled temperature and in an oven, according to the RILEM recommendations), two drying periods (the same period for all samples and different periods for each composition) and two concentrations of carbon dioxide (6% and saturated chamber). Statistical analysis results indicate that the most significant factors are the concentration of carbon dioxide and the w/c ratio used. The samples undergoing carbonation in saturated chamber behaved differently from those undergoing carbonation with 6% CO 2 , in addition to displaying lower carbonation depths. The drying procedure following the RILEM guidelines yielded greater carbonation depths. The type of cement and the type of drying process used had an intermediate impact on carbonation, assessing with the other factors. The length of underwater cure and the length of the drying period were shown to have a negligible effect on carbonation.

Keywords: carbonation, drying period, accelerated tests.

SUMÁRIO

• LISTA DE FIGURAS...................................................................................
• LISTA DE TABELAS..................................................................................
• LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS...................................................
• 1 INTRODUÇÃO
• 1.1 JUSTIFICATIVA....................................................................................
• 1.2 OBJETIVOS............................................................................................
• 1.2.1 Objetivo Principal.................................................................................
• 1.2.2 Objetivos Secundários..........................................................................
• 1.3 LIMITAÇÕES DA PESQUISA..............................................................
• 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO............................................................
  • ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 2 ASPECTOS RELACIONADOS COM A DURABILIDADE DAS
• 2.1 DURABILIDADE, DESEMPENHO E VIDA ÚTIL.............................
• 2.2 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO................................................
• 2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE.....................................................
• 2.3.1 Permeabilidade.....................................................................................
• 2.3.2 Sucção Capilar......................................................................................
• 2.3.3 Difusão.................................................................................................
• 3 CARBONATAÇÃO
• 3.1 MECANISMOS DA CARBONATAÇÃO.............................................
  • INDICADORES QUÍMICOS................................................................... 3.2 MEDIÇÃO DA CARBONATAÇÃO ATRAVÉS DE
• 3.3 FATORES QUE INFLUENCIAM A CARBONATAÇÃO...................
• 3.3.1 Meio Ambiente.....................................................................................
• 3.3.1.1 Concentração de CO
• 3.3.1.2 Umidade Relativa..................................................................................................
• 3.3.1.3 Temperatura..........................................................................................................
• 3.3.2 Fatores Relacionados ao Concreto.......................................................
• 3.3.2.1 Cimento.................................................................................................................
• 3.3.2.2 Adições..................................................................................................................
• 3.3.2.3 Cura.......................................................................................................................
• 3.3.2.4 Porosidade.............................................................................................................
  • PARA OS ENSAIO DE CARBONATAÇÃO.......................................... 3.4 MÉTODOS ADOTADOS POR DIVERSOS PESQUISADORES
• 3.4.1 Quanto às Condições do Ambiente......................................................
• 3.4.1.1 Concentração de CO
• 3.4.1.2 Umidade Relativa..................................................................................................
• 3.4.1.3 Temperatura..........................................................................................................
  • Carbonatação 3.4.2 Quanto às Características das Amostras e dos Ensaios de
• 3.4.2.1 Tipo e Forma de Amostra......................................................................................
• 3.4.2.2 Relação a/c............................................................................................................
• 3.4.2.3 Condições e Tempo de Cura.................................................................................
• 3.4.2.4 Sazonamento.........................................................................................................
• 3.4.2.5 Tempo de Exposição.............................................................................................
• 3.4.3 Resumo das variáveis adotadas em diversas pesquisas........................
• 4 PROGRAMA EXPERIMENTAL
• 4.1 PLANEJAMENTO DO EXPERIMENTO.............................................
• 4.1.1 Variáveis Independentes.......................................................................
• 4.1.2 Variáveis de Resposta..........................................................................
• 4.1.3 Organização das Atividades.................................................................
• 4.2 MATERIAIS...........................................................................................
• 4.2.1 Cimento................................................................................................
• 4.2.2 Agregado Miúdo...................................................................................
• 4.2.3 Cinza Volante.......................................................................................
• 4.2.4 Água.....................................................................................................
  • ARGAMASSAS........................................................................................ 4.3 PROPORCIONAMENTO E PROCEDIMENTO DE MISTURA DAS
• 4.4 MÉTODOS..............................................................................................
• 4.4.1 Carbonatação Acelerada.......................................................................
• 4.4.1.1 Sazonamento.........................................................................................................
• 4.4.1.1.1 Sazonamento Utilizado no NORIE.....................................................................
• 4.4.1.1.2 Sazonamento conforme a RILEM.......................................................................
• 4.4.1.2 Ensaio de Carbonatação Acelerada.......................................................................
• 4.4.1.3 Procedimentos para Análise dos Resultados.........................................................
• 4.4.2 Resistência à Compressão Axial..........................................................
• 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
• 5.1 CARBONATAÇÃO................................................................................
• 5.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL..........................................
• 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
• 6.1 CONCLUSÕES.......................................................................................
• 6.1.1 Com Relação aos Resultados de Profundidade de Carbonatação........
• 6.1.2 Com Relação aos Resultados de Resistência à Compressão Axial......
  • Carbonatação............................................................................................. 6.1.3 Com Relação à Forma de Medição da Profundidade de
• 6.1.4 Considerações Finais Quanto aos Procedimentos................................
• 6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS..................................
• REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

APÊNDICE A – Data de início e período de duração, de cada etapa

dos procedimentos que antecederam os ensaios acelerados de

carbonatação ............................................................................................ 156

APÊNDICE B – Massa após cura e ao final da secagem em sala

climatizada, conforme a metodologia baseada nos procedimentos

do NORIE, do bloco 1, a título de exemplo ........................................... 158

APÊNDICE C – Parâmetros da etapa de precondicionamento,

conforme recomendações da RILEM (1999), no TC 116-PCD ........... 160

APÊNDICE D – Massa após cura, ∆ m calculado e massa a ser

atingida ao final de secagem em estufa, conforme os procedimentos

da RILEM, do bloco 1, a título de exemplo .......................................... 162

APÊNDICE E – Equações utilizadas para o cálculo de algumas

profundidades de carbonatação ............................................................. 166

APÊNDICE F – Valores médios da profundidade de carbonatação

aos 7, 14, 21 e 28 dias de exposição ao CO 2 ........................................... 168

APÊNDICE G – Resultados da resistência à compressão axial dos

quatro blocos de ensaio, aos 7, 28 e 63 dias ........................................... 173

APÊNDICE H – Dados de alguns equipamentos e materiais, e seus

respectivos fornecedores ......................................................................... 175

Figura 5.4: Valores de profundidade de carbonatação obtidos em função do tempo de exposição do bloco 2, para (a) relação a/c=0,40; (b) relação a/c=0,55 e (c) relação a/c=0,70........................................................................................................................ 115 Figura 5.5: Valores de profundidade de carbonatação obtidos em função do tempo de exposição do bloco 3, para (a) relação a/c=0,40; (b) relação a/c=0,55 e (c) relação a/c=0,70........................................................................................................................ 116 Figura 5.6: Valores de profundidade de carbonatação obtidos em função do tempo de exposição do bloco 4, para (a) relação a/c=0,40; (b) relação a/c=0,55 e (c) relação a/c=0,70........................................................................................................................ 117 Figura 5.7: Efeito isolado do tempo de cura submersa na profundidade de carbonatação................................................................................................................. 119 Figura 5.8: Efeito isolado do tipo de cimento na profundidade de carbonatação............. 121 Figura 5.9: Efeito isolado da relação a/c na profundidade de carbonatação..................... 122 Figura 5.10: Efeito isolado do tipo de secagem na profundidade de carbonatação.......... 124 Figura 5.11: Efeito isolado do percentual de CO 2 na profundidade de carbonatação....... 125 Figura 5.12: Efeito isolado do tempo de secagem na profundidade de carbonatação....... 127 Figura 5.13: Interação entre o tempo de cura submersa e o tipo de cimento na profundidade de carbonatação...................................................................................... 128 Figura 5.14: Interação entre o tempo de cura submersa e o percentual de CO 2 na profundidade de carbonatação...................................................................................... 129 Figura 5.15: Interação entre o tempo de cura submersa e o tipo de cimento para: (a) 6% de CO 2 e (b) câmara saturada de CO 2 , na profundidade de carbonatação............. 130 Figura 5.16: Interação entre o tempo de cura submersa e o tipo de secagem na profundidade de carbonatação...................................................................................... 131 Figura 5.17: Interação entre o tipo de cimento e o tipo de secagem na profundidade de carbonatação................................................................................................................. 132 Figura 5.18: Interação entre o tipo de cimento e o percentual de CO 2 na profundidade de carbonatação............................................................................................................ 133 Figura 5.19: Interação entre o tempo de cura submersa e a relação a/c na profundidade de carbonatação............................................................................................................ 133 Figura 5.20: Interação entre o tipo de cimento e a relação a/c na profundidade de carbonatação................................................................................................................. 134 Figura 5.21: Interação entre o tipo de secagem e a relação a/c na profundidade de carbonatação................................................................................................................. 135

Figura 5.22: Interação entre o tipo de cimento e o percentual de CO 2 na profundidade de carbonatação............................................................................................................ 136 Figura 5.23: Interação entre o tipo de secagem e o percentual de CO 2 na profundidade de carbonatação............................................................................................................ 136 Figura 5.24: Interação entre o tipo e o tempo de secagem na profundidade de carbonatação................................................................................................................. 137 Figura 5.25: Resistência à compressão axial média com relação ao tempo de ruptura, (a) bloco 1, (b) bloco 2, (c) bloco 3 e (d) bloco 4......................................................... 139

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

a/agl: relação água/aglomerante a/c: relação água/cimento ABCP: Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas ACI: American Concrete Institute AMN: Asociación Mercosur de Normalización ANOVA: Análise de Variância ASTM: American Society for Testing and Materials C 2 S: silicato dicálcico C 3 A: aluminato tricálcico C 3 S: silicato tricálcico C 4 AF: ferroaluminato tetracálcico Ca(OH) 2 : hidróxido de cálcio CaCO 3 : carbonato de cálcio CaO: óxido de cálcio carb.: carbonatação CEB: Comité Euro-International du Béton CEN: Comité Européen de Normalisation CO 2 : dióxido de carbono ou gás carbônico CPI: cimento Portland comum CPII: cimento Portland composto CPIII: cimento Portland de alto-forno CPI-S: cimento Portland comum com adição CPIV: cimento Portland pozolânico CPV-ARI: cimento Portland de alta resistência inicial

CPV-ARI-RS-MS: cimento Portland de alta resistência inicial resistente à sulfatos com adição de sílica micropulverizada C-S-H: silicato de cálcio hidratado e (^) c: profundidade de carbonatação fc: resistência à compressão axial H 2 S: ácido sulfídrico ident.: identificação ISO: International Organization for Standardization KOH: hidróxido de potássio LACER: Laboratório de Cerâmica LMC: Laboratório de Materiais de Construção MPa: Mega Pascal NaCl: cloreto de sódio NBR: Norma Brasileira Regulamentada μm: micro metro (10-6^ metros) nm: nano metro (10-9^ metros) NORIE: Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação pH: potencial de hidrogênio redist.: redistribuição de umidade RILEM: Reunion Internationale de Laboratoires D’essais et Materiaux sat.: saturada de CO 2 sec.: secagem SO 2 : dióxido de enxofre UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul UNISINOS: Universidade do Vale do Rio dos Sinos UR: umidade relativa