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AVALIAÇÃODASCARACTERÍSTICASMECÂNICASEDADURABILIDADEAOATAQUEQUÍMICODEDIFERENTESTIPOSDECONCRETODECIMENTOPORTLAND

CONFERENCEPAPER·NOVEMBER2003

DOI:10.13140/RG.2.1.1046.5128

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ThiagoRicardoSantosNobre

UniversidadeFederalFluminense

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INICIAÇÃO CIENTÍFICA

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corados com tricrômicro de Masson.

Autoria: Laboratório de Cultivo Celular – Aumento 400X.

Setor de Processamento Técnico da Biblioteca Martinho Lutero - ULBRA/Canoas ISSN 1806-

8642

Dados técnicos do livro

Fontes: Goudy OlSt BT e Swis 721 BT

Papel: offset 75g (miolo) e supremo 240g (capa)

Medidas: 19,5x23cm Impressão: Gráfica da

ULBRA Julho/2004

R454 Revista de Iniciação Científica / Universidade

Luterana do Brasil. – vol. 1, n. 1 (2002)– Canoas: Ed. ULBRA,

2002.

Anual.

Artigos completos selecionados no IX Salão de Iniciação

Científica da Ulbra.

1. Pesquisa científica - periódico. 2. Iniciação científica -

metodologia. I. Universidade Luterana do Brasil.

CDU 001.891

AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS

MECÂNICAS E DA DURABILIDADE AO ATAQUE

QUÍMICO DE DIFERENTES TIPOS DE CONCRETO

DE CIMENTO PORTLAND

THIAGO RICARDO SANTOS NOBRE1 , TAMARA FRANCISCA

BAGGIO2 , EVERTON DE SOUZA ARAÚJO2,

JAIRO JOSÉ DE OLIVEIRA ANDRADE3

RESUM O

Neste trabalho buscou-se a avaliar a correlação existente entre a relação a/c (0,42, 0,52, 0,63) e 2

tipos de cimento (CP IV e CP V ARI RS) com a perda de massa de corpos-de-prova expostos à ataque

químico com ácidos (lático, acético, clorídrico) empregando-se 2 métodos de dosagem diferenciados.

Foram realizados ensaios de resistência à compressão em corpos-de-prova cilíndricos (10 x 20 cm) aos 3,

7, 28, 63 e 91 dias. Também foram moldados corpos-de-prova prismáticos de dimensões 5 cm x 5 cm x

20 cm que foram imersos em soluções de ácidos com uma concentração fixa igual a 14%. Com base nos

resultados obtidos verificou-se que o ácido lático provoca o ataque mais severo ao concreto, seguido do

ácido clorídrico, e do ácido acético. Além disso pôde-se analisar que o concreto dosado com relação água/

cimento mais alta teve um menor desempenho que aquele dosado com a relação água/cimento mais baixa

e, também, o cimento CP V ARI RS teve um desempenho ligeiramente inferior ao cimento CP IV. Desta

forma, através dos resultados apresentados, torna-se visível a importância da dosagem do

concreto, no sentido de minimizar a sua degradação quando exposto a ambientes agressivos.

Palavras-chave: tipos de cimento, ambientes agressivos, diferentes métodos de dosagem.

1 Acadêmico do Curso de Engenharia Civil – Bolsista

PROICT/ULBRA

2 Acadêmico (a) do Curso de Engenharia Civil – Bolsista

PROICTV/ULBRA

3 Professor – Orientador do Curso de Engenharia Civil/

ULBRA (ppgeam@ulbra.br)

128 Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003

ABSTRACT

In this work was evaluated the correlation among the w/c ratio (0,42, 0,52, 0,63) and 2 cement types

(CP IV and CP V ARI RS) with the loss of mass in test specimens exposed to acids (lactic, acetic,

hydrochloric) using 2 mix proportion methods. The compression strength was made in cylindrical test

specimens (10 x 20 cm) at the 3, 7, 28, 63 and 91 days. Prismatic concrete specimens of dimensions 5 cm

x 5 cm x 20 cm were immerged in acid solutions with a concentration equal at 14%. The results obtained

showed that lactic acid provokes the most severe concrete attack, followed by the hydrochloric acid, and

the acetic acid. Besides the concretes made with smaller w/c ratio have a smaller loss of mass than that

made with the highest w/c ratio, and the CP V ARI RS cement had a performance lightly inferior to CP IV

cement. So, through the presented results, is visible the importance of concrete mix proportioning for to

minimize the degradation when exposed to aggressive agents.

Key – words: cement types, aggressive agents, mix proportion methods

INTRODUÇÃO

A degradação das estruturas de concreto

pode ocorrer devido a ações de origem física

(como as fissuras), eletroquímicas (como a cor-

rosão de armaduras) e químicas (contato de so-

luções agressivas ao material). Segundo

MEHTA e MONTEIRO (1994) e NEVILLE

(1997), a resistência do concreto a processos

destrutivos iniciados por reações químicas en-

volve geralmente interações entre agentes agres-

sivos presentes no meio externo e os constituin-

tes da pasta de cimento. Em uma pasta de ci-

mento Portland hidratada, a fase sólida composta

de silicatos de cálcio relativamente insolúveis

encontra-se em um equilíbrio estável, com o flui-

do dos poros com alto pH (entre 12,5 e 13,5).

Assim, qualquer meio com pH menor que 12,5

pode ser considerado como agressivo, pois a re-

dução da alcalinidade nos poros levaria a uma

desestabil ização dos produtos finais de

hidratação. Os efeitos observados desse proces-

so de deterioração são o aumento da porosidade

e da permeabilidade, diminuição da resistência

mecânica, fissuração e lascamento do material

(MEHTA e MONTEIRO, 1994).

O contato do concreto com soluções áci-

das ocorre em uma grande quantidade de ambi-

entes, principalmente naqueles onde preponde-

ra o microclima industrial. Nas indústrias de lati-

cínios, papel, fertilizantes e nas estações de tra-

tamento de água e esgoto, o concreto é alvo de

elevada agressividade, principalmente por ata-

que ácido, que pode ter várias origens (DAL

Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003 129

MOLIN et al., 1996; ANDRADE, 2001). Caso

uma estrutura esteja em contato com soluções

que contenham certos tipos de ácidos (acético,

clorídrico, lático, entre outros) ocorre uma troca

de cátions entre os componentes da pasta de ci-

mento e as soluções ácidas. Os produtos resul-

tantes dessa troca são sais solúveis de cálcio, que

podem ser removidos por lixiviação (BICZÓK,

1964). O ácido lático (CH3.CHOH.COOH),

encontrado em indústrias de laticínios, a partir

da fermentação da lactose, ataca com grande

severidade o hidróxido de cálcio presente na pas-

ta de cimento Portland (BICZÓK, 1964). Além

disso, a fermentação do leite no interior das jun-

tas pode causar uma degradação do material e a

produção de odores intensos.

De acordo com BICZÓK (1964), o ácido

acético (CH3.COOH) é um produto de oxida-

ção do álcool, sendo um dos mais fortes ácidos

orgânicos produzidos nas indústrias químicas,

principalmente nas de alimentos. Assim como o

ácido lático, tal elemento combina-se com o

Ca(OH)2, formando acetato de cálcio, que é

um elemento altamente solúvel. Experimentos

citados por BICZÓK (1964) citam que soluções

com concentrações entre 3 e 5% já se apresen-

tam como sendo prejudiciais ao concreto.

Já o ácido clorídrico comercial (HCl) é um

ácido inorgânico que é utilizado comercialmente

para limpeza em geral. Tal material ataca o con-

creto, lixiviando os produtos de cálcio e acarre-

tando uma degradação da pasta de cimento, com

a formação do cloreto de cálcio (CaCl2). Atra-

vés da realização de experimentos em argamas-

sas de cimento Portland, BICZÓK (1964) mos-

trou que concentrações acima de 5% podem

causar uma significativa perda de resistência dos

materiais investigados.

Uma das formas de avaliar a capacidade de

proteção de um tipo de cimento em relação ao

ataque químico é através da perda de massa.

DE BELIE et al. (1997) realizaram um estudo

sobre o comportamento de concretos moldados

com adições de sílica ativa e cinza volante fren-

te à ação do ácido láctico e ácido acético, mos-

trando que os concretos moldados com adição

de cinza volante foram aqueles que apresenta-

ram uma menor perda de massa, em compara-

ção com os demais. Em outro trabalho DE BELIE

et al. (1997) observaram o comportamento de

cimento com escória de alto forno e cimento

aluminoso frente à ação de ácido acético e áci-

do láctico, indicando que o cimento aluminoso

apresentou uma maior resistência à ação das

soluções ácidas utilizadas, principalmente, para

soluções de pH muito baixo. Há, no entanto,

restrições quanto ao uso deste tipo de cimento,

devido ao processo de conversão deste, que é

uma reação química interna que causa queda

na resistência à compressão dos seus concretos

em mais de 50%.

Apesar de todo agente ácido exercer uma

influência e dano sobre as estruturas de con-

creto armado, torna-se necessário quantificar e

compreender a relação existente entre a ação

de tais agentes e alguns parâmetros importantes

na dosagem do concreto, como a relação a/c e o

tipo de cimento empregado. Em função das con-

siderações apresentadas, estudos devem ser re-

alizados no sentido de verificar a possível rela-

ção existente entre tais parâmetros e a perda de

massa de concretos moldados com diferentes ti-

pos de cimento, quando submetidos à ação de

alguns agentes agressivos.

130 Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003

Imersão (5d) Secagem (6d)

MATERIAL E MÉTODOS

Os materiais que foram empregados no pre-

sente trabalho estão apresentados a seguir:

· Cimento: 2 tipos (CP IV e CP V ARI RS)

· Agregado miúdo: areia média

· Agregado graúdo: brita basáltica (Dmáx =

19 mm)

· Água: proveniente da rede pública de abas-

tecimento

· Relações a/c: 0,42 (Traço 1:3,5); 0,53 (Tra-

ço 1:5) e 0,62 (Traço 1:6,5)

· Métodos de dosagem: IPT/EPUSP (HELENE

e TERZIAN, 1993); ABCP/ACI (RODRIGUES,

1995)

· Teor de argamassa empregado (a): 49%

· Abatimento: 70,0 ± 10,0 mm

Foram moldados corpos-de-prova cilíndricos

(10 cm x 20 cm) e prismáticos (5 cm x 5 cm x 20

cm) para a realização dos ensaios de resistência

mecânica e ataque químico. Os corpos-de-pro-

va cilíndricos foram utilizados no ensaio de re-

sistência à compressão axial. Após a produção

dos concretos, os espécimes foram desmoldados

após 24 horas e colocados em cura saturada em

câmara úmida, de onde foram retirados para a

realização dos ensaios de resistência mecânica

nas idades pré-determinadas (3, 7, 28 e 63 dias).

Os corpos-de-prova prismáticos foram inseri-

dos em soluções contendo ácido lático, acético e

clorídrico em uma concentração igual a 14%. Após

24h os mesmos foram desmoldados e submersos

em água para a realização da cura por 28 dias,

conforme o procedimento adotado em DAL

MOLIN et al. (1996). Terminado o período esti-

pulado para a cura, os espécimes foram retirados

e deixados secar ao ar por 24h e, logo após, foram

pesados. Após a pesagem, foram totalmente

imersos nos respectivos ácidos por 5 dias. A fim

de acelerar o processo de corrosão, estes corpos-

de-prova foram retirados do recipiente contendo

ácido e lavados, para retirar os resíduos de con-

creto, além dos sais solúveis resultantes das tro-

cas químicas entre o cimento e a solução ácida

depositados na sua superfície, deixando-os secar

ao ar livre por seis dias, conforme esquematizado

na Figura 1. Passado este período, fecha-se o ci-

clo de 11 dias iniciando-se outro. Fez-se a pesa-

gem e a imersão novamente, até que os corpos-

de-prova apresentassem uma perda de massa re-

levante. As pesagens foram realizadas para veri-

ficar a perda de massa a cada ciclo, para um mes-

mo corpo-de-prova.

Pesagem 1 Lavagem Pesagem 2

1o

Ciclo (11 dias)

Figura 1- Representação esquemática de um ciclo de ensaios para um corpo-de-prova submetido à

degradação química.

Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003 131

RESULTADOS E

DI SCUSSÃO

Os resultados do ensaio de resistência me-

cânica para os concretos moldados pelo mé-

todo ABCP/ACI (RODRIGUES, 1995) estão

apresentados na Figura 2, enquanto que os

resul t ados para o mét odo I PT / EPUSP

(HELENE e TERZIAN, 1993) estão mostra-

dos na Figura 3.

MÉTODO ABCP/ACI

CP IV - 3 dias

CP IV - 7 dias

CP IV - 28 dias

CP IV - 63 dias

CP IV - 91 dias

CP V ARI RS - 3 dias

CP V ARI RS - 7 dias

CP V ARI RS - 28 dias

CP V ARI RS - 63 dias

CP V ARI RS - 91 dias

fc (MPa)

50

40

30

20

10

C(kg/m³)

600

500

400

a/c

300 3 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

4

5

Abatimento = 70 ± 10 mm

6

7

8

m(kg/kg)

Figura 2 - Diagrama de dosagem para os concretos moldados através do método ABCP/ACI (RODRIGUES, 1995).

Pode-se verificar que os concretos moldados

com o CP V apresentaram uma maior resistência

mecânica que os corpos-de-prova feitos com o

CP IV. Tal fato deve-se às características do ci-

mento CP V que, por ser mais fino e apresentar

um elevado teor de silicatos de cálcio (C3S e C2S)

na sua composição, apresentam taxas maiores de

hidratação, levando a um aumento da resistên-

cia em comparação com os cimentos pozolânicos.

Os cimentos com elevados teores de substitui-

ção de clínquer por material pozolânico (cinza

volante ou escória de alto-forno) apresentam ge-

ralmente resistências inferiores aos cimentos mais

puros, conforme pode ser observado tanto na Fi-

gura 2 quanto na Figura 3. O CP IV, por apresen-

tar 50% de cinza volante na sua composição, con-

fere resistências mecânicas menores aos concretos

moldados, quando comparados ao CP V.

132 Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003

MÉTODO IPT/EPUSP

CP IV - 3 dias

CP IV - 7 dias

CP IV - 28 dias

CP IV - 63 dias

CP IV - 91 dias

CP V ARI RS - 3 dias

CP V ARI RS - 7 dias

CP V ARI RS - 28 dias

CP V ARI RS - 63 dias

CP V ARI RS - 91 dias

fc (MPa)

50

40

30

20

10

C(kg/m³)

600

500

400

300 3 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

a/c

4

5

6

7

8

m(kg/kg)

Abatimento = 70 ± 10 mm

Figura 3 - Diagrama de dosagem para os concretos moldados através do método IPT/EPUSP (HELENE e

TERZIAN, 1993)

Em relação às diferenças existentes com re- lação ao método de dosagem empregado, pode- se constatar que os concretos moldados através

do método IPT/EPUSP (HELENE e TERZIAN, 1993) apresentaram resistências maiores que os espécimes fei tos pelo método A BCP/A CI (RODRIGUES, 1995) (Figura 2 e Figura 3) para a grande maioria das idades avaliadas. O mé- todo de dosagem ABCP/ACI (RODRIGUES,

1995) baseia-se no emprego de algumas tabelas e correlações que nem sempre refletem adequa- damente as características dos materiais que são empregados para a dosagem, podendo ser consi- derado um método semi-experimental. Já o mé- todo IPT/EPUSP (HELENE e TERZIAN, 1993)

é um método totalmente experimental, onde não

são empregadas tabelas nem correlações especí-

ficas para a determinação do traço.

Para a realização das análises relacionadas à

degradação química dos concretos foram calcu-

ladas as perdas de massa (em percentual) corres-

pondentes a média de 3 corpos-de-prova que fo-

ram imersos nas soluções correspondentes, onde

vale salientar que cada ciclo corresponde a um

período de 11 dias. Desta forma, alguma varia-

ção apresentada nos gráficos pode ser explicada

por uma possível discrepância observada em al-

gum corpo-de-prova dos três avaliados. Sendo

assim, na Figura 4 estão apresentados os resulta-

dos dos ciclos de imersão dos corpos-de-prova nas

soluções químicas para o cimento CP IV.

Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003 133

a/c = 0,42

a/c = 0,53

a/c = 0,62

45%

40%

35%

30%

25%

45%

40%

35%

30%

25%

20% 20%

15%

10%

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

15%

10%

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

(a) (b)

45%

40%

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

(c)

Figura 4 - Perda de massa para os corpos-de-prova imersos na solução de ácido lático (a), acético (b) e

clorídrico (c) moldados com o cimento CP IV

Pode-se observar que os concretos que apresen-

tam uma maior relação a/c apresentaram uma mai-

or perda de massa, em comparação com as relações

mais baixas. Tal fato ocorre devido à elevada

permeabilidade do concreto, que faz com que haja

um maior fluxo de agentes agressivos para o interior

do material, provocando a sua degradação.

A fim de verificar a influência do método de

dosagem na resistência aos ataques ácidos, fo-

ram construídos gráficos comparativos entre os

tipos de cimento e a dosagem adotada, paca cada

relação a/c em particular. Na Figura 5 estão apre-

sentados os resultados da perda de massa para a

relação a/c igual a 0,42.

a/c = 0,42

a/c = 0,53

a/c = 0,62

a/c = 0,42

a/c = 0,53

a/c = 0,62

134 Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003

Lático - ABCP/ACI

Lático - IPT/EPUSP

Acético - ABCP/ACI

Acético - IPT/EPUSP

Clorídrico - ABCP/ACI

Clorídrico - IPT/EPUSP

Pe

rda d

e m

as

sa

45%

40%

35%

30%

45%

40%

35%

30%

25% 25%

20% 20%

15%

10%

15%

10%

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

(a) (b)

Figura 5 - Perda de massa para os corpos-de-prova com relação a/c = 0,42 imersos nas soluções para os 2

métodos de dosagem avaliados, considerando o cimento CP IV (a) e o CP V ARI RS (b).

Excetuando-se os corpos-de-prova submetidos

à ação do ácido acético, os espécimes dosados atra-

vés do método IPT/EPUSP (HELENE e TERZIAN,

1993) apresentaram uma menor perda de massa

que os concretos feitos com o método ABCP/ACI

(RODRIGUES, 1995). Tal comportamento tam-

bém pôde ser verificado para relações a/c interme-

diárias, conforme observado na Figura 6.

45%

40%

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

45%

40%

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

(a) (b)

Figura 6 - Perda de massa para os corpos-de-prova com relação a/c = 0,53 imersos nas soluções para os 2

métodos de dosagem avaliados, considerando o cimento CP IV (a) e o CP V ARI RS (b).

Lático - ABCP/ACI

Lático - IPT/EPUSP

Acético - ABCP/ACI

Acético - IPT/EPUSP

Clorídrico - ABCP/ACI

Clorídrico - IPT/EPUSP

Lático - ABCP/ACI Lático - IPT/EPUSP

Acético - ABCP/ACI

Acético - IPT/EPUSP

Clorídrico - ABCP/ACI

Clorídrico - IPT/EPUSP

Lático - ABCP/ACI

Lático - IPT/EPUSP

Acético - ABCP/ACI

Acético - IPT/EPUSP

Clorídrico - ABCP/ACI

Clorídrico - IPT/EPUSP

Perd

a d

e m

assa

Perd

a d

e m

as

sa

Perd

a d

e m

assa

Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003 135

Perd

a d

e m

assa

Para a relação a/c = 0,53 cabe realizar uma

ressalva importante: para alguns casos a degra-

dação química era menor ao se empregar o mé-

todo ABCP/ACI (RODRIGUES, 1995), porém

para os primeiros ciclos de imersão. Nos ciclos

finais, a perda de massa era menor para os con-

cretos dosados com o método IPT/EPUSP

(HELENE e TERZIAN, 1993), principalmente

ao empregar-se o CP V ARI RS.

Para concretos mais porosos (relação a/c =

0,62), a perda de massa para os corpos-de-prova

está apresentada na Figura 7.

45% Lático - ABCP/ACI

45%

40%

35%

30%

25%

Lático - IPT/EPUSP

Acético - ABCP/ACI

Acético - IPT/EPUSP

Clorídrico - ABCP/ACI

Clorídrico - IPT/EPUSP

40%

35%

30%

25%

20% 20%

15% 15%

10% 10%

5% 5%

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

0%

1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 4° ciclo 5° ciclo

(a) (b)

Figura 7 - Perda de massa para os corpos-de-prova com relação a/c = 0,62 imersos nas soluções para os 2

métodos de dosagem avaliados, considerando o cimento CP IV (a) e o CP V ARI RS (b).

Neste caso em particular verifica-se clara-

mente que os concretos moldados através do

método IPT/EPUSP (HELENE e TERZIA N,

1993) apresentaram uma perda de massa menor

que os demais corpos-de-prova.

CONCLUSÕES

Através dos resultados obtidos na presente in-

vestigação, pode-se inferir as seguintes conclusões:

Em relação à resistência mecânica, verifica-

se que existem diferenças importantes em rela-

ção ao tipo de cimento empregado na fabrica-

ção do concreto: cimentos com adições

pozolânicas apresentam resistências menores que

os cimentos sem adição, que possuem um teor

mais elevado de C3S e C2S na sua composição;

No que diz respeito ao ataque químico, os

concretos moldados com relações a/c mais bai-

xas apresentam uma baixa perda de massa se

comparados com os concretos que apresentam

elevadas relações a/c;

O ácido lático, embora seja considerado como

um ácido fraco, causou a maior perda de massa

nos espécimes submetidos aos ciclos de imersão,

seguido do ácido clorídrico e do ácido acético; e

Lático - ABCP/ACI

Lático - IPT/EPUSP

Acético - ABCP/ACI

Acético - IPT/EPUSP

Clorídrico - ABCP/ACI

Clorídrico - IPT/EPUSP

Perd

a d

e m

assa

136 Revista de Iniciação Científica da ULBRA - n.2 - 2003

O método IPT/EPUSP ( HELENE e

TERZIAN, 1993) apresentou-se mais eficiente

na maioria dos casos para dosagem de concretos

estruturais que serão empregados em ambientes

agressivos por ataque ácido.

REFERÊNCI AS

BIBLIOGRÁFICAS

ANDRADE, J. J. O. Danos e formas de recu- peração em estruturas de concreto armado. Porto Alegre: Curso de Especialização/Extensão em Engenharia Civil. Porto Alegre, 2001. 70p.

BICZÓK, I. Concrete corrosion and concrete protection. Akadémiai Kiadó, 1964. 543p.

DAL MOLIN, D. et al. Estudo de concretos com adição de sílica ativa (Microssílica) frente ao ataque de agentes agressivos para emprego em

pisos especiais. In: INTERNATIONA L

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