Estudo da potencialidade de compostos a base de silanos no combate da reação álcali-agregado

Abstract

A reação química entre os hidróxidos alcalinos presentes no cimento e fases minerais reativas presentes no agregado dá origem a um gel sílico-alcalino que ao adsorver água se expande, podendo causar expansão e fissuração do concreto, afetando a sua durabilidade. Este fenômeno é chamado de reação álcali-agregado (RAA) e embora seja conhecido há aproximadamente 70 anos no meio técnico, e principalmente estar relacionado às grandes barragens e estruturas de concretos diversas de Usina hidrelétricas, nos últimos anos outros tipos de estruturas têm sido afetadas, inclusive fundações de edifícios, deixando ainda mais o problema em evidência. As medidas preventivas para esta reação já são conhecidas há muito tempo e aplicadas rotineiramente em estruturas de usinas hidrelétricas quando se tem agregados reativos, sendo recentemente normalizadas no Brasil. Porém, ainda existem grandes carências em se combater o fenômeno quando já se encontra instalado no concreto. Diante do exposto, este trabalho, desenvolvido dentro do programa de P&D de Furnas/ANEEL, teve como principal objetivo verificar a potencialidade de compostos a base de Silanos através de testes laboratoriais com vistas à aplicação em concretos contendo agregados reativos na tentativa de minimizar as expansões residuais em estruturas que já se encontram afetadas. As atividades desenvolvidas contemplam ensaios em barras de argamassas que foram tratadas, em três etapas distintas, com compostos a base de silanos. A primeira etapa foi desenvolvida como projeto piloto, e seus resultados serviram de apoio para a realização das etapas seguintes. Nas segunda e terceira etapas foi verificada a atuação dos produtos na prevenção e na mitigação da RAA, respectivamente. Os resultados obtidos na primeira etapa não foram satisfatórios, pois as expansões foram maiores do que as da referência. Já para a segunda e terceira etapas, os procedimentos para aplicação dos tratamentos previram que as barras fossem tratadas sem que estivessem previamente expostas à solução de NaOH, conforme realizado na primeira etapa, o que possivelmente ocasionou o acréscimo das expansões, sem a eficiência do produto. Os resultados obtidos nessas etapas se mostraram eficientes tanto na prevenção quanto na mitigação das expansões residuais da RAA e, embora o lítio produza uma maior eficiência na redução das expansões, os tratamentos à base de silano, e principalmente do tipo octiltrietoxisilano, mostraram muito promissores. Após o lítio, o tratamento à base do silano OCTEO, no teor de 10%, com o surfactante tipo DMSO, em aplicação múltipla, se mostrou mais eficiente. Para complemento da parte experimental da pesquisa, foram realizados ensaios de absorção de água por imersão e análises por microscopia eletrônica de varredura e verificou-se o efeito dos produtos de tratamento nos poros das argamassas.

The chemical reaction between cement alkaline hydroxides and reactive silica present in some aggregates produces an alkaline silicate gel that expands when it adsorbs water and can cause concrete expansion and cracking, thereby affecting durability. This phenomenon is known as alkali-aggregate reaction (AAR) and was first detected over 70 years ago as the cause of deterioration especially in large dams and a number of other concrete structures in hydroelectric power plants in general. In recent years, AAR has also been noted in other types of structure, such as building foundations, bringing the problem more dramatically to the fore. Preventive measures for AAR have long been known and are routinely applied in hydroelectric power plant structures when there are reactive aggregates. These measures have been recently standardized in Brazil. Nevertheless there are still flaws in our knowledge regarding how to mitigate expansion when this phenomenon is already present in the concrete. Considering these aspects, the main purpose of this study, developed within Furnas/ANEEL Research and Development Program, is to verify, at laboratory level, the mitigating potential of silane compounds in residual expansion in affected mortars which contain reactive aggregates. Assays were performed on bars of mortar treated with silane compounds in three different stages. The first stage was developed as a pilot study with results serving as support for the following stages. The second and third stages verified the activity of the products in the prevention and mitigation of AAR, respectively. The results obtained in the first stage were unsatisfactory as the expansions were greater than the references. The second and third stage treatments required bars not previously exposed to NaOH, differently from the first stage and which may have been the cause of the increased expansion and product inefficiency. The results in these stages proved satisfactory both in preventing and mitigating AAR residual expansions, and although lithium is more efficient in reducing expansions, silane based treatments, mainly the octyltriethoxysilane types proved most promising. Following lithium, the most efficient treatment was 10% content OCTEO silane with a DMSO type surfactant applied in multiple layers. To complement the experimental part of the study, assays on water absorption through immersion were performed as well as scanning electron microscopy to verify the effect of the treatment products on the mortar pores.