Influência dos ambientes de exposição no fenômeno da autocicatrização de fissuras com idades variadas em concretos de cimento Portland com diferentes resistências

Abstract

Pensando no desenvolvimento sustentável e segurança das estruturas, é necessário buscar materiais inteligentes que contribuam para o aumento da vida útil de estruturas em concreto armado. O ambiente de exposição que as estruturas estão submetidas afeta diretamente a durabilidade. Existem causas e efeitos físicos e químicos que influenciam na redução da vida útil das estruturas de concreto, os quais estão intimamente relacionados, fazendo com que frequentemente seja impossível separar a causa e o efeito da manifestação patológica. Atualmente, estudos mostram a possibilidade da autocicatrização em matrizes cimentícias, uma vez que o custo com manutenções das estruturas é elevado devido à ausência de cuidados prévios. Além do custo, há também o surgimento de fissuras em estruturas de concreto as quais comprometem diretamente a vida útil. A fissura serve como porta de entrada para diversos tipos de agentes deletérios que podem deteriorar tanto o concreto quanto sua armadura. Logo, alternativas que minimizem o efeito e até reparem a estrutura são maneiras de contribuir para sua durabilidade. Grande parte dos estudos realizados sobre autocicatrização focam em avaliar uma única relação água/cimento, indução das fissuras em idades mais jovens e/ou utilização de fibras para auxiliar na contenção da abertura e ambientes de exposição tais como ciclo de molhagem e secagem e submerso, poucos avaliam a autocicatrização em condições reais de utilização da matriz cimentícia. Desta maneira, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do ambiente de exposição dos concretos, da relação água/cimento e da idade de abertura de fissuras no fenômeno da autocicatrização. Para isso, foi desenvolvida uma matriz experimental, na qual foram analisadas quatro relações água/cimento diferentes (0,30; 0,40; 0,50 e 0,65), quatro idades de abertura de fissuras (3, 28, 91 e 182 dias) e quatro ambientes de exposição dos concretos (natural protegido, natural, submerso e ciclos de molhagem e secagem). Os ensaios realizados foram divididos em três etapas. A primeira consiste na caracterização do concreto, sendo utilizado o ensaio de resistência à compressão axial, em todas as idades de abertura de fissuras e o ensaio de absorção de água por capilaridade, nas idades de 3 e 28 dias. A segunda etapa tem por objetivo acompanhar o fenômeno da autocicatrização através do ensaio de velocidade de propagação de ondas ultrassônicas e microscopia ótica, realizados a cada 28 dias após a indução da fissura. E por último, a terceira etapa consiste na verificação da autocicatrização, com o auxílio de ensaio de Termogravimetria (TGA), que foi realizado ao final dos 168 dias após a abertura das fissuras. Como resultados observou-se o ambiente de exposição submerso apresenta maior capacidade de autocicatrização para todas as relações água/cimento e idades de abertura de fissuras. O ambiente de exposição de ciclos também se mostrou benéfico, entretanto, na taxa de autocicatrização observou-se uma variação muito grande nos resultados obtidos, podendo ser decorrentes das variações internas de umidade dos corpos de prova e do local onde foram acondicionados. O ambiente natural apresentou benefícios para fissuras geradas nas idades iniciais e com espessura reduzida. Já o ambiente de exposição natural protegido foi o que menos contribuiu para a autocicatrização, tanto na taxa de autocicatrização calculada a partir do ensaio de velocidade de propagação de ondas ultrassônicas quanto no ensaio de análise por microscopia ótica. Através o ensaio de termogravimetria é possível afirmar que os produtos de autocicatrização formados no selamento das fissuras é carbonato de cálcio.

Thinking about the sustainable development and safety of structures, it is necessary to look for intelligent materials that contribute to increasing the useful life of reinforced concrete structures. The exposure environment that structures are subjected to directly affects durability. There are physical and chemical causes and effects that influence the reduction of the useful life of concrete structures, which are closely related, making it often impossible to separate the cause and effect of the pathological manifestation. Currently, studies show the possibility of self-healing in cementitious matrices, since the cost of maintaining the structures is high due to the lack of prior care. In addition to the cost, there is also the appearance of cracks in concrete structures which directly compromise the useful life. The crack serves as an entry point for several types of harmful agents that can deteriorate both concrete and its armor. Therefore, alternatives that minimize the effect and even repair the structure are ways to contribute to its durability. Most of the studies carried out on self-healing focus on evaluating a single water/cement ratio, induction of cracking at younger ages and/or use of fibers to help contain the opening and exposure environments such as the wetting and drying cycle and submerged, few assess self-healing under real conditions of use of the cement matrix. Thus, the present work aims to evaluate the influence of the concrete exposure environment, the water/cement ratio and the crack opening age on the phenomenon of self-healing. For this, an experimental matrix was developed, in which four different water/cement ratios (0.30, 0.40, 0.50 and 0.65), four crack opening ages were analyzed (3, 28, 91 and 182 days) and four concrete exposure environments (protected natural, natural, submerged and wetting and drying cycles). The tests performed were divided into three stages. The first consists of the characterization of the concrete, using the axial compression strength test, at all crack opening ages, and the capillary water absorption test, at the ages of 3 and 28 days. The second stage aims to monitor the phenomenon of self-healing through the ultrasonic wave propagation velocity test and optical microscopy, performed every 28 days after the crack induction. And finally, the third step consists of verifying the self-healing, with the aid of tests such as Thermogravimetry (TGA), scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS) that were performed at the end of 168 days after opening of the cracks. As a result, it was observed that the submerged exposure environment presents greater self-healing capacity for all water/cement ratios and crack opening ages. The cycle exposure environment also proved to be beneficial, however, in the self-healing rate there was a very large variation in the results obtained, which may be due to internal variations in the humidity of the specimens and the place where they were stored. The natural environment showed benefits for cracks generated at early ages and with reduced thickness. The protected natural exposure environment, on the other hand, contributed the least to self-healing, both in the self-healing rate calculated from the ultrasonic wave propagation velocity test and in the optical microscopy analysis test. Through the thermogravimetry test, it is possible to affirm that the hydration products formed in the sealing of the cracks is calcium carbonate.