Análise de variáveis que influenciam na carbonatação natural de amostras de laboratório e de estruturas de concreto

Abstract

Estudar fenômenos de degradação permite ampliar o conhecimento acerca da durabilidade das estruturas de concreto armado. A corrosão de armaduras é tida como uma das principais manifestações patológicas que atingem as estruturas de concreto armado. Este processo pode ser ocasionado pela ação de cloretos ou pela carbonatação. A carbonatação é a reação do gás carbônico da atmosfera com alguns compósitos do cimento, e o fenômeno acaba por reduzir o pH do concreto fazendo com que este perca sua propriedade de funcionar como uma barreira química contra agentes de degradação. Diversos fatores influenciam no comportamento da carbonatação, dos quais destacam-se: relação água/cimento, tipo e quantidade de cimento, adições, umidade relativa do ar e teor de CO2 no ambiente. A presente pesquisa tem como objetivo relacionar o comportamento da carbonatação em amostras elaboradas em laboratório (que permitem um maior controle sobre as características do concreto) e em estruturas existentes (com longos períodos de exposição). Foram adotadas três relações água/cimento (0,55; 0,60 e 0,65), dois tipos de cimento (CPIV e CPV) e um traço fixo (1:3:4) para as amostras. Além destas variáveis, foram escolhidos dois locais (Campus Centro e Campus do Vale da UFRGS) e duas condições de exposição: protegido e exposto à chuva. Os dados de carbonatação das amostras foram coletados durantes o período de exposição de 330 dias. Foram escolhidas duas estruturas para medição da profundidade de carbonatação, o Prédio da Escola de Engenharia no Campus Centro e o Centro de Biotecnologia no Campus do Vale. Optou-se por medir a carbonatação em dois pilares de cada prédio (um exposto e um protegido da chuva). Para possibilitar a comparação entre os resultados de carbonatação das amostras de laboratório e das edificações foram utilizados dois métodos: o primeiro consiste no modelo de previsão de carbonatação desenvolvido por Possan (2010) e o segundo uma equação simplificada cujo coeficiente foi determinado com base nos dados obtidos para as amostras. Os dados da carbonatação das amostras foram analisados estatisticamente e concluiu-se que as características do concreto (relação água/cimento e tipo de cimento) foram mais significativas para a carbonatação do que as condições ambientais (local e condição de exposição). O ruído experimental teve uma influência significativa na variabilidade dos resultados experimentais. Os elementos ensaiados no Prédio da Escola de Engenharia não resultaram em valores significativos para a profundidade de carbonatação, portanto não foi realizado o comparativo com as amostras do Campus Centro. Para o Centro de Biotecnologia foi calculado um intervalo de confiança para os resultados de profundidade de carbonatação com um nível de confiança de 95%. Este intervalo foi comparado com os resultados obtidos para a carbonatação através do Modelo de Possan (2010) e da equação simplificada. O comparativo com o Modelo de Possan (2010) resultou que um concreto com cimento CPIV e relação água/cimento 0,55 é o que mais se assemelha ao resultado de carbonatação obtido para o pilar coberto do Centro de Biotecnologia. Entretanto, a análise utilizando a equação simplificada não apontou para nenhuma combinação que se aproxime das características dos pilares estudados.

Studying degradation phenomena allows us to broaden our knowledge about the durability of reinforced concrete structures. Reinforcement corrosion is considered one of the main pathological manifestations that affect reinforced concrete structures. This process can be caused by the action of chlorides or by carbonation. Carbonation is the reaction of carbon dioxide from the atmosphere with some cement composites, responsible for reducing the pH of the concrete causing it to lose its property of functioning as a chemical barrier to degradation agents. There are several factors that influence the carbonation behavior, of which we can highlight: water-cemente ratio; type and quantity of cement, additions, relative humidity and CO2 level in the atmosphere. This research aims to relate the depth of carbonation obtained for laboratory specimens (which allow control over the characteristics of concrete) and the carbonation of existing structures (with long exposure time). Three water-cement ratios (0,55, 0,60 and 0,65), two types of cement (CPIV and CPV) and one composition (1:3:4) were used to produce the laboratory samples. In addition to these variables, two exposure locations (Campus Centro and Campus do Vale) and two exposure conditions (protected and unprotected from rain) were chosen. Carbonation depth data were collected during the exposure period of 330 days. Two structures were chosen to measure the carbonation depth: the Engineering School building at Campus Centro and the Biotechnology Center at Campus do Vale. The carbonation depth was measured in two columns of each building (one exposed and one protected from the rain). Two methods were used to enable the comparison between the carbonation’s values of the laboratory samples and the structures: the first one is the carbonation prediction model developed by Possan (2010) and the other is a simplified equation whose coefficient was determined based on the carbonations data obtained from the samples. The carbonation data from the samples were statistically analyzed, and it was concluded that the concrete characteristics (water-cement ration and cement type) were more significant for carbonation than the environmental conditions (location and exposure condition). Experimental error also had a significant influence on the variability of experimental results. The structural elements in the Engineering School building did not result in significant values for the carbonation depth, so the comparison with the specimens from Campus Centro was not made. For the Biotechnology Center a confidence interval was calculated for carbonation depth results with a confidence level of 95%. This interval was compared with the results obtained for carbonation through the Possan Model (2010) and the simplified equation. The comparison with the Possan Model (2010) pointed that the concrete with cement type CPIV and watercement ratio 0.55 is the most similar to the carbonation depth of the protected column of the Biotechnology Center. However, the analysis using the simplified equation did not point to any combination that approximates the characteristics of the studied columns.