Resistência à Carbonatação em Concreto

A pesquisa se justifica pela limitação dos métodos tradicionais de controle de qualidade do concreto, que se baseiam principalmente em ensaios de abatimento e resistência à compressão (fck e fcj). Embora esses ensaios sejam importantes para avaliar a resistência à carga, eles não são suficientes para determinar a durabilidade do concreto e sua resistência à carbonatação, um fator crucial para a vida útil das estruturas de concreto armado. A norma ABNT NBR 6118 (2007) especifica classes de concreto (fck) e parâmetros como relação água/cimento e consumo mínimo de cimento, mas o controle na prática ainda é predominantemente baseado em ensaios de abatimento no estado fresco e resistência à compressão, deixando lacunas na avaliação da resistência à carbonatação. A pesquisa visa contribuir para a evolução do controle tecnológico, buscando métodos mais avançados para prever propriedades físicas complexas como a resistência à carbonatação, melhorando a predição da vida útil das estruturas.

Uma das principais motivações da pesquisa é a falta de métodos avançados para prever a resistência à carbonatação do concreto. O controle da resistência à carbonatação atualmente se dá de forma indireta, através da especificação e aceitação do fck, o que não é ideal, pois as características do concreto dependem de vários fatores, como materiais constituintes, método de dosagem e variabilidade de produção. A resistência à compressão (f cj) seria um indicador mais próximo, porém, a prática ainda não o utiliza amplamente. A pesquisa busca contribuir para a evolução do controle tecnológico da resistência à carbonatação, desenvolvendo e testando novos métodos para prever essa importante propriedade física do concreto. Essa melhoria no controle tecnológico permitirá uma melhor avaliação e garantia da durabilidade das estruturas de concreto armado, prolongando sua vida útil.

Os objetivos principais da pesquisa são: a) testar o teor de ar no concreto fresco por quatro métodos diferentes, utilizando-o como variável auxiliar de controle para a carbonatação; b) comparar três métodos acelerados de carbonatação; c) comparar área relativa e espessura de carbonatação em corpos-de-prova cilíndricos (10 cm x 20 cm) através de dois programas de análise de imagem e a medida linear tradicional. Esses objetivos específicos abordam diferentes aspectos da carbonatação e da durabilidade do concreto, buscando avaliar a influência do teor de ar, comparar a eficiência de diferentes métodos acelerados para simular o processo de carbonatação natural e analisar a precisão de diferentes métodos de medição da profundidade da carbonatação. A combinação dessas abordagens visa aprimorar o controle tecnológico da resistência à carbonatação, fornecendo métodos mais precisos e confiáveis para prever a vida útil de estruturas de concreto armado.

A pesquisa utilizou um concreto pré-misturado, bombeável, da classe 30, com abatimento de 10 ± 2 cm, relação água-cimento de 0,60 e consumo de cimento de 300 kg/m³. A amostragem foi realizada em uma central dosadora, selecionando-se aleatoriamente as misturas de seis caminhões-betoneira de 8 m³, produzidos no mesmo dia e de um mesmo lote, destinados a uma obra próxima. Cada mistura foi caracterizada no estado fresco por oito propriedades diferentes, incluindo o teor de ar por quatro métodos distintos, e posteriormente moldados em cilindros de 10 cm x 20 cm para os ensaios subsequentes. A maior parte dos corpos-de-prova foi submetida a uma cura acelerada adaptada do método A da ASTM C684, envolvendo imersão em tanque de água a 35 ± 5°C por 1 a 3 dias, seguida de resfriamento natural e cura a temperatura ambiente por mais 3 a 7 dias. As propriedades no estado endurecido foram medidas aos 8, 35, 63, 91 e 203 dias.

A caracterização do concreto no estado fresco incluiu a análise de oito propriedades distintas. Entre as propriedades analisadas, destacam-se quatro diferentes métodos para determinar o teor de ar. Adicionalmente, a pesquisa também incluiu a análise da compactabilidade do concreto, utilizando um método adaptado da norma BS EN 12350-4 (2009), com medições realizadas em amostras adensadas e não adensadas. O teor de ar, obtido pelo método pressométrico, apresentou um valor médio de 1,7% e demonstrou fortes correlações inversas com a resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e com as medidas de profundidade de carbonatação. Essa correlação inversa sugere que um maior teor de ar pode estar associado a uma menor resistência à carbonatação, possivelmente devido a efeitos na interface pasta-agregados ou à sedimentação do concreto no estado plástico, requerendo estudos adicionais para elucidar completamente essa relação.

A pesquisa comparou três métodos acelerados para simular o processo de carbonatação em concreto, visando avaliar sua eficiência e reprodutibilidade. Os métodos foram: 1) Secagem contínua a 40°C em estufa ventilada; 2) Um dia de exposição a CO₂ (5% e UR 75%) alternado com 27 dias de secagem a 40°C em estufa ventilada; e 3) Um dia de imersão em água alternado com 27 dias de secagem a 40°C em estufa ventilada. A escolha desses métodos visou representar diferentes condições de exposição e envelhecimento acelerado, permitindo uma comparação das taxas de carbonatação obtidas em cada um deles. A análise dos resultados permitiria identificar qual método acelerado melhor simula o processo de carbonatação natural, fornecendo informações importantes para o desenvolvimento de métodos de controle de qualidade mais eficientes e confiáveis.

A profundidade de carbonatação foi medida utilizando três métodos distintos: medida linear tradicional, análise de imagem utilizando o software ImageJ e análise de imagem utilizando o software Leica Qwin. A utilização de diferentes métodos de medição permitiu avaliar a precisão e a reprodutibilidade de cada técnica, considerando as vantagens e desvantagens de cada uma delas. A medida linear, embora tradicional, pode ser suscetível a erros de leitura, enquanto a análise de imagem oferece maior precisão na determinação da área carbonatada, mas necessita de processamento de imagem e pode ser influenciada pela resolução da imagem. A comparação entre os métodos permitiu a escolha do método mais adequado para avaliar a profundidade de carbonatação, considerando a precisão, reprodutibilidade e praticabilidade em diferentes contextos.

A espessura média de carbonatação aos 203 dias, obtida pelos três métodos de envelhecimento acelerado, variou entre 4 e 5 mm, com coeficiente de variação entre 13% e 21% para oito dos nove grupos de doze corpos-de-prova (dois por mistura). A análise de variância (ANOVA) para três fatores indicou equivalência entre as medidas de carbonatação obtidas por dois dos métodos acelerados (secagem contínua e exposição a CO₂ alternada com secagem), mas ambos não apresentaram semelhança com o terceiro método (imersão em água alternada com secagem). O método envolvendo apenas imersão em água e secagem resultou em ótimo contraste com o indicador de fenolftaleína e mostrou maiores probabilidades de igualdade de médias, independente do método de medida. Esses resultados indicam que a escolha do método de envelhecimento acelerado e do método de medida da carbonatação influenciam nos resultados, necessitando de estudos adicionais para otimizar a escolha dos métodos mais adequados para diferentes situações.

Após 203 dias, a espessura média de carbonatação, medida pelos três métodos acelerados, ficou entre 4 e 5 mm. O coeficiente de variação oscilou entre 13% e 21% para oito dos nove grupos de doze corpos-de-prova (dois por mistura), mostrando variação dependendo do método de envelhecimento ou de medição. A análise de variância (ANOVA) para três fatores nessa idade revelou equivalência entre as medidas de carbonatação de dois métodos acelerados: secagem contínua a 40°C e exposição a CO₂ (5% e UR 75%) alternada com secagem a 40°C. Entretanto, esses dois métodos não mostraram similaridade com o terceiro método (imersão em água alternada com secagem). Este último método apresentou excelente contraste com o indicador de fenolftaleína e maior probabilidade de igualdade de médias, independentemente do método de medição utilizado. A análise demonstra a influência dos diferentes métodos de envelhecimento e medição na avaliação da carbonatação.

O teor de ar, medido pelo método pressométrico, apresentou um valor médio de 1,7% nas misturas de concreto fresco. Este parâmetro mostrou correlações fortes e inversas com a resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e com as medidas de profundidade de carbonatação. A existência dessa correlação inversa sugere que um maior teor de ar no concreto fresco está associado a uma menor resistência à carbonatação. A pesquisa recomenda estudos adicionais para investigar as causas e limites dessa correlação, considerando a possibilidade de efeitos do ar na interface pasta/agregados e a influência da sedimentação do concreto no estado plástico. A compreensão completa desta relação é crucial para o desenvolvimento de métodos de controle de qualidade mais eficazes.

Os resultados indicaram uma forte correlação inversa entre o teor de ar no concreto fresco (medido pelo método pressométrico) e a profundidade de carbonatação. Um maior teor de ar se mostrou associado a uma menor resistência à carbonatação. Entretanto, as causas dessa relação ainda não estão completamente esclarecidas, sendo necessárias pesquisas adicionais para investigar a influência do ar na interface pasta/agregados e os efeitos da segregação do concreto no estado plástico. A compreensão dessa correlação é fundamental para o desenvolvimento de misturas de concreto com maior durabilidade e resistência à carbonatação, contribuindo para a melhoria do controle tecnológico e da previsão da vida útil das estruturas de concreto armado.

A comparação entre os três métodos acelerados de carbonatação revelou resultados distintos. Dois métodos mostraram equivalência em termos das medidas de carbonatação: secagem contínua a 40°C e exposição a CO₂ (5% e UR 75%) alternada com secagem. Por outro lado, o método que utilizou imersão em água alternada com secagem apresentou resultados diferentes, demonstrando melhor contraste com o indicador de fenolftaleína e maior probabilidade de igualdade de médias, independentemente do método de medição. Essa discrepância destaca a importância da escolha do método de envelhecimento acelerado na avaliação da carbonatação e sugere a necessidade de estudos complementares para a padronização de métodos mais eficazes e representativos do processo de carbonatação natural.

A pesquisa recomenda a continuidade dos estudos para elucidar completamente a correlação inversa entre o teor de ar e a carbonatação, investigando os efeitos do ar na interface pasta/agregados e a segregação do concreto. Sugere-se também a realização de estudos comparativos de métodos acelerados de carbonatação, buscando uma maior padronização e confiabilidade dos resultados em diferentes laboratórios. Além disso, estudos adicionais podem contribuir para um melhor entendimento das variáveis que influenciam a resistência à carbonatação e a definição da vida útil das estruturas de concreto armado, levando a um melhor controle tecnológico e especificação do concreto para diferentes condições de exposição.