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5 Referências bibliográficas
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Estudo de tratamentos com lítio no combate da reação álcali agregado - Parte 1 (Concreto)

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A reação álcali-agregado (RAA) é uma das formas de deterioração do concreto que afeta principalmente as estruturas de usinas hidrelétricas, barragens de concreto e pontes. Nos últimos anos, a eficiência dos compostos à base de lítio em mitigar a RAA tem sido comprovada, tanto na prevenção quanto no reparo de estruturas afetadas. O principal desafio atualmente, no que tange ao tratamento, é a maneira de como garantir uma adequada impregnação do concreto com a solução de lítio. Tendo em vista essa dificuldade, o objetivo da presente pesquisa foi investigar, em laboratório, a eficiência de diversos tipos de tratamento, utilizando um produto à base de nitrato de lítio. Buscou-se com os tratamentos combater ou minimizar as expansões residuais da RAA, mais especificamente da reação álcali-sílica (RAS), já iniciada no concreto e na argamassa. O estudo foi divido em duas etapas, sendo a primeira realizada em prismas de concreto, a partir de uma adaptação da NBR15577-6/2008, e a segunda etapa em barras de argamassa, a partir de uma adaptação da NBR 15577-4/2008. Os tratamentos foram realizados após os corpos-de-prova atingirem um determinado nível de expansão definido, a saber: 0,04% para os concretos e 0,18% para as argamassas. Neste trabalho serão apresentados os resultados da primeira etapa do estudo, sendo a segunda etapa apresentada em trabalho complementar neste evento. Os tratamentos realizados nos concretos foram: impregnação eletroquímica de lítio e saturação superficial com lítio, além de situações de referência (impregnação e saturação superficial com água). Após cada condição de exposição/tratamento, os corpos-de-prova retornaram para o processo de ataque acelerado de expansão visando-se avaliar a eficiência de cada tratamento. Os resultados demonstraram a eficiência do composto à base de lítio em mitigar as expansões residuais, com comportamento diferenciado, dependendo das condições empregadas. O tratamento que teve a melhor eficiência em concreto, nas condições empregadas foi a saturação superficial de lítio, atingindo uma redução de 90% nos valores das expansões residuais, ao final do ataque (73 dias), tomando-se como referência a condição saturação superficial com água. Já a impregnação eletroquímica de lítio realizada foi capaz de mitigar as expansões residuais, mas apenas até a idade de 42 dias pós-tratamento, onde a redução foi da ordem de 50% nesta idade; aos 73 dias as expansões apresentaram-se semelhantes às da amostra não tratada.

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Estudo de tratamentos com lítio no combate da reação álcali agregado - Parte 1 (Concreto)

  1. 1. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 1 ESTUDO DE TRATAMENTOS COM LÍTIO NO COMBATE DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO: PARTE 1 - CONCRETO Study of lithium treatments in mitigating concrete alkali-aggregate reaction: Part 1 Concrete Wilson Ferreira Cândido, MSc. (1), Nicole Pagan Hasparyk, Dra.(2), Helena Carasek, Dra. (3), Paulo J. M. Monteiro, PhD (4) 1 MOLD Premoldados, Laboratório de Concreto (laboratorio@mold.com.br) 2 FURNAS Centrais Elétricas S.A, Laboratório de Concreto (nicole@furnas.com.br) 3 Universidade Federal de Goiás (hcarasek@gmail.com) 4 University of California (monteiro@ce.berkeley.edu) Rua JCA 20 Qd. 44 Lt 22 Jardim Caravelas - Goiânia - Goiás - CEP: 74354-643 Resumo A reação álcali-agregado (RAA) é uma das formas de deterioração do concreto que afeta principalmente as estruturas de usinas hidrelétricas, barragens de concreto e pontes. Nos últimos anos, a eficiência dos compostos à base de lítio em mitigar a RAA tem sido comprovada, tanto na prevenção quanto no reparo de estruturas afetadas. O principal desafio atualmente, no que tange ao tratamento, é a maneira de como garantir uma adequada impregnação do concreto com a solução de lítio. Tendo em vista essa dificuldade, o objetivo da presente pesquisa foi investigar, em laboratório, a eficiência de diversos tipos de tratamento, utilizando um produto à base de nitrato de lítio. Buscou-se com os tratamentos combater ou minimizar as expansões residuais da RAA, mais especificamente da reação álcali-sílica (RAS), já iniciada no concreto e na argamassa. O estudo foi divido em duas etapas, sendo a primeira realizada em prismas de concreto, a partir de uma adaptação da NBR15577-6/2008, e a segunda etapa em barras de argamassa, a partir de uma adaptação da NBR 15577-4/2008. Os tratamentos foram realizados após os corpos-de-prova atingirem um determinado nível de expansão definido, a saber: 0,04% para os concretos e 0,18% para as argamassas. Neste trabalho serão apresentados os resultados da primeira etapa do estudo, sendo a segunda etapa apresentada em trabalho complementar neste evento. Os tratamentos realizados nos concretos foram: impregnação eletroquímica de lítio e saturação superficial com lítio, além de situações de referência (impregnação e saturação superficial com água). Após cada condição de exposição/tratamento, os corpos-de-prova retornaram para o processo de ataque acelerado de expansão visando-se avaliar a eficiência de cada tratamento. Os resultados demonstraram a eficiência do composto à base de lítio em mitigar as expansões residuais, com comportamento diferenciado, dependendo das condições empregadas. O tratamento que teve a melhor eficiência em concreto, nas condições empregadas foi a saturação superficial de lítio, atingindo uma redução de 90% nos valores das expansões residuais, ao final do ataque (73 dias), tomando-se como referência a condição saturação superficial com água. Já a impregnação eletroquímica de lítio realizada foi capaz de mitigar as expansões residuais, mas apenas até a idade de 42 dias pós-tratamento, onde a redução foi da ordem de 50% nesta idade; aos 73 dias as expansões apresentaram-se semelhantes às da amostra não tratada. Palavras-chave: concreto; durabilidade; reação álcali-agregado; tratamento; lítio. Abstract The alkali-aggregate reaction (AAR) is one of the deterioration processes of concrete that most affects the structures of hydroelectric plants, concrete dams and bridges. In recent years, the efficiency of lithium based compounds to mitigate AAR has been proven in both the prevention and repair of the affected structures. With regards to treatment, the main challenge nowadays is how to ensure the adequate impregnation of concrete with the lithium solution. Given this difficulty, the objective of this research is to investigate in laboratory conditions, the efficiency of various types of treatment, using a product based on lithium nitrate.
  2. 2. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 2 The treatments sought to prevent or minimize the residual expansion of AAR, in particular the alkali-silica reaction (ASR), already under development in the concrete and mortar. The study was divided into two stages, the first one is presented in this paper and was performed in concrete prisms, from an adaptation of the Brazilian standard NBR 15577-6/2008; the second stage was performed in mortar bars, from an adaptation of NBR 15577-4/2008, and is presented in other paper at this same conference. The treatments were performed after the specimens reached a predetermined level of defined expansion: 0.04% for the concretes and 0.18% for the mortars. The treatments carried out in concrete were as follow: electrochemical lithium impregnation and lithium surface saturation, in addition to reference procedures (impregnation and surface saturation with water). After each exposure/treatment condition, the specimens returned to the accelerated expansion attack process in order to evaluate the effectiveness of each treatment. The results have demonstrated the efficiency of the lithium based composite to mitigate the residual expansion, with a different behavior depending on the conditions used. The treatment that presented the best efficiency in the concrete, under the applied experimental conditions, was the surface saturation of lithium, achieving about 90% of reduction in the residual values of expansions at the end of the attack (73 days), taking as reference the surface saturation condition with water. The lithium electrochemical impregnation was able to mitigate the residual expansions, but only up to the age of 42 days after treatment, at which time the reduction was of 50%. In fact, at 73 days the expansions were similar to those of the untreated sample. Keywords: concrete; durability; alkali-aggregate reaction; treatment; lithium. 1 Introdução A RAA foi descoberta há aproximadamente 70 anos e até hoje não se dispõe de métodos totalmente eficientes para combater o fenômeno, uma vez iniciado no concreto. Dessa forma, a melhor alternativa é atuar na prevenção da reação, com o uso de agregado não reativo ou de cimentos e adições pozolânicas apropriados, por exemplo. Essas soluções devem ser comprovadas previamente como mitigadoras do fenômeno expansivo quando da presença de agregados reativos, em associação com concreto com baixo teor de álcalis, considerando-se também uma análise de risco da estrutura, conforme preconizado na NBR 15577/2008. No entanto, muitas vezes, pela limitação de conhecimento aprofundado do assunto na época da construção, muitas estruturas mais antigas foram construídas sem os devidos cuidados e hoje apresentam os efeitos deletérios da RAA, precisando ser tratadas e recuperadas. Os métodos de mitigação da RAA, e mais especificamente da reação álcali-sílica (RAS), em estruturas de concreto, podem ser divididos em duas categorias, a saber: mitigação dos sintomas da reação e tratamento da causa da reação (STARK et al., 1993, THOMAS et al. 2007). Os métodos de mitigação dos sintomas da reação são os reforços estruturais e os cortes na estrutura, com o objetivo de impedir ou liberar as deformações, respectivamente. Os reforços estruturais são realizados através do encapsulamento do elemento estrutural afetado por um concreto não-reativo, que também pode ser protendido. Os cortes na estrutura são realizados principalmente em barragens (STARK et al., 1993; FOURNIER et al., 2005; HASPARYK, 2005; THOMAS et al., 2007). O tratamento da causa da reação compreende dois métodos: o controle do acesso da umidade nas estruturas e o tratamento com compostos à base de lítio. O controle da umidade é realizado mediante a melhoria no sistema de drenagem da estrutura como a injeção de graute nas fissuras, microcimento, poliuretano, epóxi e aplicação de revestimentos impermeáveis, como membranas e selantes. Os tratamentos com compostos à base de lítio compreendem o tratamento superficial, a impregnação
  3. 3. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 3 eletroquímica e a impregnação a vácuo (STARK et al., 1993; SARKAR et al., 2004; FOURNIER et al., 2005; HASPARYK, 2005; FOLLIARD et al., 2006; THOMAS et al., 2007). Nos últimos anos, a eficiência dos compostos à base de lítio em mitigar a RAA tem sido comprovada, tanto na prevenção (utilizado como aditivo químico na dosagem do concreto) quanto no reparo de estruturas afetadas. O principal desafio atualmente, no que tange ao tratamento de estruturas com compostos à base de lítio, focando o tratamento da causa da reação, é a maneira de como garantir uma adequada introdução dessa solução no interior do concreto. Tendo em vista essa dificuldade de reparo, a pouca eficiência dos métodos disponíveis e a carência de estudos nesta área, a presente pesquisa foi proposta. Essa pesquisa fez parte do projeto de P&D de FURNAS, dentro do ciclo 2004/2005 da ANEEL designado: “Identificação de agregados reativos e combate da reação álcali-agregado em barragens”, desenvolvido em parceria com a Universidade Federal de Goiás (UFG), no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Geotecnia e Construção Civil (PPG-GECON), que gerou a dissertação de mestrado de Cândido (2009). 2 Programa experimental Com o objetivo de avaliar a eficiência do nitrato de lítio - LiNO3 em mitigar expansões residuais provocadas pela RAS, diversos corpos-de-prova de concreto foram moldados com um agregado conhecidamente reativo e submetidos ao processo acelerado de expansão. Após um determinado nível de expansão (0,04%) os corpos-de-prova foram submetidos a diversas condições de exposição/tratamento, de acordo com o fluxograma da Figura 1. Posteriormente a cada condição de exposição/tratamento, os corpos-de- prova retornaram para o processo acelerado de expansão para avaliar a eficiência de cada tratamento. Figura 1 - Fluxograma do programa experimental.
  4. 4. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 4 2.1 Materiais 2.1.1 Cimento Foi utilizado o cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI). A Tabela 1 apresenta as características físicas e químicas do cimento utilizado. Tabela 1 - Características físicas e químicas do cimento CP V-ARI. Propriedades Determinadas Resultados Limites NBR 5733/1991 Método de Ensaio Massa específica (g/cm³) 3,11 N. E. NBR NM 23/2001 Finura Resíduo na peneira 200 (%) 0,2 ≤ 6,0 NBR 11579/1991 Resíduo na peneira 325 (%) 1,2 N. E. NBR 12826/1993 Área específica (cm²/g) 4420 ≥ 3000 NBR NM 76/1998 Tempos de Pega Início de Pega (h:min) 2:40 ≥ 1:00 NBR NM 65/2003 Fim de Pega (h:min) 4:20 ≤ 10:00 Água de Consistência - Pasta (%) 28,4 N. E. NBR NM 43/2003 Expansão em autoclave (%) 0,1 ≤ 0,2 ASTM C 151/2005 Expansão de Le Chatelier a quente (mm) 0,0 ≤ 5,0 NBR 11582/1991 Expansão de Le Chatelier a frio (mm) 1,0 ≤ 5,0 NBR 11582/1991 Resistência à Compressão (MPa) 3 dias 35,1 ≥ 24,0 NBR 7215/19967 dias 38,4 ≥ 34,0 28 dias 45,2 N. E. Componentes Químicos (%) Perda ao fogo 2,72 ≤ 4,5 NBR NM 18/2004 Resíduo insolúvel 0,60 ≤ 1,0 NBR NM 15/2004 Trióxido de enxofre (SO3) 3,14 ≤ 3,5 NBR NM 11-2/2004 Óxido de magnésio (MgO) 3,02 ≤ 6,5 Dióxido de silício (SiO2) 19,31 N. E. Óxido de ferro (Fe2O3) 2,57 Óxido de alumínio (Al2O3) 3,92 Óxido de cálcio (CaO) 62,3 Óxido de cálcio livre (CaO) 1,7 NBR NM 13/2004 Álcalis Totais Óxido de sódio (Na2O) 0,68 NBR NM 17/2004 Óxido de potássio (K2O) 2,08 NBR NM 17/2004 Equiv. alcalino (Na2Oeq.) 2,05 NBR NM 17/2004 Álcalis Solúveis em água Óxido de sódio (Na2Oe) 0,31 ASTM C 114/2004 Óxido de potássio (K2O) 1,93 ASTM C 114/2004 Equiv. alcalino (Na2Oeq.) 1,59 ASTM C 114/2004 Sulfato de cálcio (CaSO4) 5,34 --- N.E.: não especificado. 2.1.2 Agregado Miúdo Foi utilizada areia natural padrão do IPT potencialmente inócua para os concretos. Segundo a NBR 15577-6/2008, a areia utilizada no concreto deve ser composta granulometricamente para se obter um módulo de finura de (2,7 ± 0,2) e apresentar expansão inferior a 0,19 % aos 30 dias. A Figura 2 apresenta os resultados médios de expansão da areia padrão do IPT combinada com o cimento CP V-ARI, de acordo com a NBR 15577-4/2008.
  5. 5. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 5 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Expansão(%) Idade (dias) Areia padrão IPT Figura 2 - Expansões médias em barras de argamassa ao longo do tempo confeccionadas com areia padrão do IPT. Como se pode observar na Figura 2, a areia padrão apresentou expansão aos 30 dias igual a 0,12% e abaixo do limite especificado de 0,19%, podendo ser utilizada no ensaio dos prismas de concreto. A Tabela 2 apresenta os resultados dos principais ensaios de caracterização da areia padrão do IPT. Tabela 2 - Ensaios de caracterização da areia padrão do IPT. Ensaios Realizados Resultados Método de Ensaio Massa específica (g/cm3 ) 2,64 NBR NM 52/2002Massa específica aparente (g/cm3 ) 2,61 Massa específica na condição S.S.S (g/cm3 ) 2,62 Absorção (%) 0,32 NBR NM 30/2001 2.1.3 Agregado Graúdo O agregado graúdo reativo utilizado no concreto foi proveniente da região metropolitana de Recife, sendo do litotipo milonito. A Tabela 3 apresenta os resultados dos principais ensaios de caracterização do agregado graúdo. Tabela 3 - Ensaios de caracterização do agregado graúdo. Ensaios Realizados Resultados Método de Ensaio Massa específica (g/cm3 ) 2,66 NBR NM 53/2003 Massa específica aparente (g/cm3 ) 2,62 Massa específica na condição S.S.S (g/cm3 ) 2,63 Absorção (%) 0,49 Massa Unitária (g/cm3 ) 1,46 NBR 7251/1982
  6. 6. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 6 2.1.4 Água A água empregada foi proveniente da rede pública de distribuição da SANEAGO de Goiânia - GO. 2.1.5 Solução de LiNO3 Foi utilizada uma solução de LiNO3 comercialmente vendida no mercado nacional. A solução utilizada é não combustível e atóxica para o manuseio e transporte. A Tabela 4 apresenta as características do produto fornecidas pelo fabricante. Tabela 4 - Características da solução de LiNO3 fornecidas pelo fabricante. Características Resultados Nitrato de lítio (%) 30 a 40 Água (%) 60 a 70 Massa específica (g/cm3 ) 1,20 pH 7,0 a 9,5 2.2 Métodos 2.2.1 Método acelerado em prismas de concreto O método adotado para avaliar as expansões do concreto foi o método acelerado dos prismas de concreto. Esse método é uma modificação do método proposto tanto pela ASTM C 1293/2008 como pela NBR 15577-6/2008. A adaptação foi feita na temperatura de exposição (método normatizado de 38°C e método acelerado de 60°C) e na duração do ensaio (método normatizado de 1 ano e método acelerado de 3 meses). Ao todo foi moldado um total de 23 prismas de concreto. A Tabela 5 apresenta a quantidade de corpos-de-prova para cada ensaio. Tabela 5 - Quantidade de corpos-de-prova de concreto empregados em cada ensaio. Condição de exposição/tratamentos Nº de CP’s Impregnação eletroquímica de lítio (1) 4 Impregnação com água (1) 4 Saturação superficial de lítio (1) 4 Saturação superficial com água (1) 4 Ataque em caixa de reatividade nº 1 (C. R. 1 - 60ºC) (1) 4 Ataque em caixa de reatividade nº 2 (C. R. 2 - 60ºC) (2) 3 (1) Com fio de aço inoxidável; (2) Sem fio de aço inoxidável. Após a moldagem, foram colocados 5 fios1 de aço inoxidável, espaçados 5 cm no eixo longitudinal, em cada corpo-de-prova (Figura 3-a), com exceção do C. R. 2 - 60°C; os prismas permaneceram em câmara úmida por um período de 24 horas. Em seguida, após 1 Os fios de aço inoxidável possuem diâmetro igual a 3,17 mm e comprimento igual a 100 mm. A colocação dos fios de aço foi necessária para a realização dos tratamentos por processo eletroquímico.
  7. 7. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 7 a desmoldagem, foi realizada a primeira leitura de referência de comprimento e os prismas foram estocados em um recipiente de armazenamento (Figura 3-b), com umidade relativa superior a 95% e temperatura de (60 ± 2)°C, de forma a acelerar as reações de expansão no concreto. Após a primeira leitura, as demais foram realizadas semanalmente até atingir uma expansão superior a 0,04%. É importante ressaltar que as condições nas quais foram submetidos os corpos-de-prova não são normalizadas, bem como o tempo de exposição e os períodos de leitura de expansão; no entanto, todo o método executivo foi mantido constante ao longo da pesquisa. A condição de ataque C. R. 2 - 60°C foi criada para verificar se a colocação dos fios de aço nos prismas de concreto era capaz de interferir nos resultados de expansão. Figura 3 – (a) prisma de concreto após a introdução dos 5 fios de aço inoxidável (b) - condição de estocagem dos prismas (“caixa de reatividade”). 2.2.2 Planejamento estatístico dos experimentos O planejamento estatístico dos resultados foi realizado de forma a se ter um critério de distribuição das amostras de concreto para os tratamentos. Assim, para a realização dos tratamentos, adotou-se um projeto de blocos aleatorizados. Esse procedimento assegurou que todos os tratamentos fossem feitos com amostras representativas. A amostragem foi realizada blocando-se o efeito da expansão, obtida na idade do tratamento (6 semanas), entre as amostras escolhidas. Assim, ao separar as amostras em 4 blocos para os concretos, realizou-se a distribuição equilibrada das amostras para todos os tratamentos. 2.2.3 Condições de exposição/tratamento Uma vez atingida a expansão de 0,04%, que ocorreu na 6ª semana de idade, os prismas (exceto das condições C. R. 1 - 60°C e C. R. 2 - 60°C) foram retirados do recipiente de armazenamento e estocados inicialmente em ambiente de laboratório (24°C ± 4°C e U. R. 55% ± 15%) para secar durante 2 dias. Após observar que os prismas ainda apresentavam a umidade superficial, e com o objetivo de aumentar a eficiência dos tratamentos, os prismas foram transferidos para uma estufa (40°C ± 2°C e U. R. 30% ± 5%) para secarem por mais 5 dias. Após esse período de secagem, de 7 dias, os prismas foram retirados da estufa e permaneceram em ambiente de laboratório por mais um dia, para equilíbrio de temperatura. Em seguida, foram colados os mini- reservatórios de acrílico na superfície dos prismas para o tratamento, com o auxílio de silicone, e aguardou-se mais um dia para a secagem do silicone. Após essa preparação (a) (b)
  8. 8. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 8 inicial, de 9 dias, os prismas foram tratados de acordo com cada método descrito nos itens 2.2.3.1 a 2.2.3.5. Após o término dos tratamentos detalhados a seguir, os corpos-de-prova retornaram para o mesmo recipiente de armazenamento anteriormente empregado (60°C ± 2°C e U. R. > 95%) para um novo ataque e as leituras de comprimento foram realizadas aproximadamente a cada 7 dias, durante o primeiro mês, e a cada 10 dias no segundo mês, de forma a dar continuidade à sua exposição ao ambiente agressivo para desenvolvimento da RAS. Quando os prismas retornaram para a condição de ataque na caixa de reatividade, a leitura inicial pós-tratamento só foi realizada 3 dias após a sua permanência nesta caixa, após a estabilização das amostras nesta condição. Ao todo foram realizadas 8 leituras após os tratamentos, além da leitura inicial de referência. 2.2.3.1 Impregnação eletroquímica de lítio O método desenvolvido em laboratório é uma adaptação feita pelo autor para simular o tratamento realizado em uma estrutura armada, conforme descrito por Whitmore e Abbott (2000), e consistiu em aplicar uma ddp de 40 V, por 28 dias, entre os fios de aço inoxidável, colocados durante a moldagem, e uma tela de aço “inoxidável”2 colocada dentro de uma solução de LiNO3. A solução, por sua vez, ficou armazenada dentro de um mini-reservatório de acrílico colado na superfície dos prismas de concreto, conforme se pode observar nas Figuras 4-a e 4-b e, esquematicamente, na Figura 4-c. Prisma de concreto Solução de LiNO3 Tela de aço Fios de aço inoxidável Bateria “Reservatório” Massa flexível d Prisma de concreto Solução de LiNO3 Tela de aço Fios de aço inoxidável Bateria “Reservatório” Massa flexível d Figura 4 - (a) Tratamento por impregnação eletroquímica de lítio (b) impregnação eletroquímica de lítio e com água (c) modelo esquemático do tratamento por impregnação eletroquímica de lítio. 2 A tela possui uma malha de 5,46 mm e diâmetro do fio igual a 0,88 mm. Água LiNO3 (a) (b) (c)
  9. 9. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 9 As etapas do tratamento por impregnação eletroquímica de lítio foram realizadas conforme a seguinte sequência:1) fixação de um mini-reservatório de acrílico na superfície do corpo-de-prova, por meio de silicone; 2) colocação da tela de aço inoxidável dentro do mini-reservatório; 3) conexão da tela de aço ao terminal positivo da fonte de alimentação; 4) conexão dos fios de aço ao terminal negativo da fonte de alimentação; 5) colocação da solução de LiNO3; 6) cobrimento com plástico, para evitar a evaporação; 7) acionamento da fonte de alimentação, com uma ddp de 40 V. 2.2.3.2 Impregnação eletroquímica com água Essa condição de exposição seguiu as mesmas etapas da impregnação eletroquímica de lítio, no entanto o eletrólito utilizado foi água deionizada no lugar da solução de LiNO3. 2.2.3.3 Saturação superficial de lítio e água Esses tratamentos seguiram as etapas “1”, “5” e “6” do tratamento por impregnação eletroquímica de lítio com duração de 28 dias de ensaio. A Figura 5 mostra o tratamento por saturação superficial de lítio e água. Água LiNO3 Água LiNO3 Figura 5 - Saturação superficial de lítio e água. 2.2.3.4 Ataque em caixa de reatividade Os prismas de concreto das condições C. R. 1 - 60°C e C. R. 2 - 60°C não foram retirados do recipiente de armazenamento na idade de 6 semanas. A diferença em ambos é que os prismas C. R. 1 - 60°C possuem os 5 fios de aço inoxidável e os prismas C. R. 2 - 60°C não os possuem, de forma a avaliar a influência dos fios. Assim, os concretos após a desmoldagem ficaram na condição de ataque por todo o período dos ensaios, a saber: pré-tratamento, tratamento e pós-tratamento. 3 Apresentação e análise dos resultados O gráfico da Figura 6 apresenta os resultados médios de expansão obtidos no ataque, a partir do método adaptado da NBR 15577-6/2008, com os 23 prismas de concreto até a idade que antecede os tratamentos, de 42 dias (6 semanas).
  10. 10. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 10 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0 7 14 21 28 35 42 49 Expansão(%) Idade (dias) Figura 6 - Expansões médias dos prismas de concreto antes dos tratamentos. Como se pode observar na Figura 6, as expansões dos prismas de concreto ultrapassaram o limite de 0,04% já aos 42 dias (limite máximo fixado pela NBR 15577- 1/2008 para classificar o agregado como potencialmente reativo no método tradicional da NBR 15577-6/2008). Esse limite, adotado para a realização dos tratamentos, foi escolhido levando em consideração os relatos de Johnston et. al. (2000), onde a eficiência dos tratamentos com os compostos à base de lítio dependem do nível de deterioração do concreto para facilitar a penetração do produto. 3.1 Expansões residuais pós-tratamentos 3.1.1 Impregnação eletroquímica de lítio/Impregnação com água A Figura 7 apresenta os resultados médios das expansões residuais3 obtidas após as condições de exposição/tratamento por impregnação eletroquímica de lítio e água. 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Expansão(%) Idade pós-tratamento (dias) Imp. água Imp. eletr. Li Figura 7 - Expansões residuais médias dos prismas da condição “impregnação eletroquímica de lítio” e “impregnação com água”. 3 A expansão residual é calculada, na idade t dias pós-tratamento, tomando como referência a primeira leitura de comprimento ℓ0, obtida imediatamente após os tratamentos.
  11. 11. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 11 A Tabela 6 apresenta os resultados médios de expansão residual pós-tratamento aos 42 e 73 dias para as condições de exposição/tratamento por impregnação eletroquímica de lítio e impregnação com água. Tabela 6 – Expansões residuais médias obtidas nos prismas de concreto (impregnação eletroquímica). Condição de exposição/tratamentos Expansão residual (%) 42 dias 73 dias Impregnação eletroquímica de lítio 0,009 0,020 Impregnação com água 0,018 0,021 Como se pode observar na Figura 7 e na Tabela 6, e tomando-se a condição “impregnação com água” como referência, a impregnação eletroquímica de lítio foi capaz de mitigar as expansões residuais até a idade de 42 dias, pós-tratamento, onde a redução foi da ordem 50%, para esta idade. No caso da expansão residual aos 73 dias, o resultado não foi satisfatório, havendo um crescimento pronunciado das expansões após 42 dias, atingindo valores de expansão equivalentes nas duas condições testadas (redução de apenas 5%). Este crescimento decorreu possivelmente em virtude de um comportamento inesperado ocorrido relacionado visualmente à corrosão da tela de aço considerada “inoxidável” (ver Figura 8) logo no 5º dia de ensaio, ocasionando a interrupção do processo eletroquímico. Após esta interrupção no tratamento, que era inicialmente prevista para 28 dias e foi, portanto, reduzido para 5 dias, os prismas permaneceram sem a corrente elétrica por mais 23 dias (apenas na condição de saturação superficial). Figura 8 - Corrosão da tela de aço após o 5º dia de tratamento. Para verificar se as duas condições de exposição/tratamento exerciam influência nos valores de expansão residual, os resultados individuais de expansão residual na idade de 73 dias pós-tratamento foram submetidos a uma análise estatística de variância (ANOVA) utilizando o software Statistica 7.0. A Tabela 7 apresenta os resultados obtidos na ANOVA, onde os valores de “F calculados” (Fcal) foram comparados com os valores de “F tabelados” (Ftab) para um nível de significância de 95%.
  12. 12. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 12 Tabela 7 - Resultados da análise de variância (ANOVA) realizada com os resultados individuais de expansão residual dos tratamentos eletroquímicos aos 73 dias de idade pós-tratamento. Efeito SQ GL MQ Fcal Ftab Resultado Tratamento 0 1 0 0,01 6,61 Não significativoErro (resíduo) 0,000155 5 0,000031 Total 0,000155 6 0,000031 Onde: SQ = soma dos quadrados; GL = Grau de liberdade; MQ = Média dos quadrados; F = parâmetro de Fischer para o teste de significância dos efeitos; Resultado = resultado da análise, com a indicação se o efeito é significativo ou não . A análise de variância mostrou que o tipo de condição de exposição/tratamento não foi significativo na redução das expansões residuais, para a idade de pós-tratamento de 73 dias, uma vez que o valor do Fcal foi menor que o Ftab. 3.1.2 Saturação superficial de lítio/Saturação superficial com água A Figura 9 apresenta os resultados médios das expansões residuais obtidas após as condições de exposição/tratamento por saturação superficial de lítio e saturação superficial com água ao longo do tempo. A Tabela 8 apresenta os resultados de expansão residual pós-tratamento aos 42 e 73 dias. -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Expansão(%) Idade pós-tratamento (dias) Sat. sup. água Sat. sup. Li Figura 9 - Expansões residuais médias dos prismas da condição “saturação superficial de lítio” e “saturação superficial com água”. Tabela 8 - Expansões médias obtidas nos prismas de concreto (saturação superficial). Condição de exposição/tratamentos Expansão residual (%) 42 dias 73 dias Saturação superficial de lítio -0,002 0,002 Saturação superficial com água 0,017 0,018 Conforme se pode observar na Tabela 8, aos 42 dias pós-tratamento por saturação superficial de lítio não se detecta expansão, ao contrário da condição com água. O tratamento por saturação superficial de lítio ao final do ataque (73 dias) foi capaz de reduzir em aproximadamente 90% as expansões residuais, tomando-se como referência a
  13. 13. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 13 condição saturação superficial com água. Essa redução evidencia a capacidade que a solução de LiNO3 tem de penetrar nas microfissuras do concreto e mitigar a reação. O comportamento expansivo oscilatório observado nos prismas de concreto submetidos ao tratamento por saturação superficial de lítio (Figura 9) pode estar relacionada à forma como o lítio atua na mitigação da reação. Atualmente existem diversos mecanismos propostos para explicar a mitigação, no entanto esses mecanismos ainda não são claramente entendidos. A Tabela 9 apresenta os resultados da ANOVA realizada para a idade de 73 dias pós- tratamento. Tabela 9 - Resultados da análise de variância (ANOVA) realizada com os resultados individuais de expansão residual dos tratamentos por saturação aos 73 dias de idade pós-tratamento. Efeito SQ GL MQ Fcal Ftab Resultado Tratamento 0,000439 1 0,000439 12,24 6,61 SignificativoErro (resíduo) 0,000179 5 0,000036 Total 0,000618 6 0,000475 A análise de variância mostrou que o tipo de tratamento foi significativo no resultado das expansões residuais, para a idade de pós-tratamento de 73 dias, uma vez que o valor do Fcal foi maior que o Ftab. A Figura 10 apresenta os resultados médios de expansão residual das quatro condições de exposição/tratamentos avaliadas. -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Expansão(%) Idade pós-tratamento (dias) Imp. água Imp. eletr. Li Sat. sup. água Sat. sup. Li Figura 10 - Expansões residuais médias dos prismas das quatro condições avaliadas. É possível observar na Figura 10 inicialmente uma semelhança de comportamento nas condições envolvendo a água ao longo de todo o tempo avaliado, e dentre as quatro condições estudadas, o tratamento que teve a melhor eficiência em mitigar as expansões residuais foi a saturação superficial de lítio. Os resultados da impregnação eletroquímica de lítio foram superiores à condição saturação superficial de lítio, na idade pós-tratamento de 73 dias, devido à corrosão da tela, como mencionado anteriormente. Entretanto, após a interrupção do tratamento por impregnação eletroquímica de lítio no 5º dia, os prismas ficaram na condição de saturação superficial por mais 23 dias. Sendo assim, esperava-se
  14. 14. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 14 que os resultados de expansão residual da impregnação eletroquímica fossem, no mínimo, iguais à condição de saturação superficial de lítio. Essa diferença pode estar associada a dois fatores: (1) formação de íons OH- ao redor das barras de aço inoxidável, durante o tratamento eletroquímico, que posteriormente vieram a reagir com os álcalis do cimento e a sílica reativa do agregado, provocando expansões adicionais; (2) bloqueio físico da superfície dos prismas de concreto, devido a formação de uma camada de produtos de corrosão, que dificultou o ingresso da solução de LiNO3 no interior do concreto por saturação. A Tabela 10 apresenta os resultados da ANOVA realizada para a idade de 73 dias pós- tratamento entre as 4 condições de exposição/tratamento avaliadas em concreto. Tabela 10 - Resultados da análise de variância (ANOVA) realizada com os resultados individuais de expansão residual das 4 condições de exposição/tratamento avaliadas em concreto aos 73 dias de idade pós-tratamento. Efeito SQ GL MQ Fcal Ftab Resultado Tratamento 0,000729 3 0,000243 7,28 3,71 SignificativoErro (resíduo) 0,000334 10 0,000033 Total 0,001063 13 0,000276 A análise de variância mostrou que o tipo de tratamento foi significativo no resultado das expansões residuais, para a idade de pós-tratamento de 73 dias, uma vez que o valor do Fcal foi maior que o Ftab. Pelo teste de Duncan observou-se que a única condição que se apresentou em grupo distinto foi a “saturação superficial de lítio”, sendo as demais condições pertencentes ao mesmo grupo. 3.1.3 Estudo comparativo das expansões entre os prismas com e sem fio A Figura 11 apresenta os resultados médios de expansão no tempo, até 156 dias, dos prismas de concreto das condições “ataque em caixa de reatividade C. R. 1 -60°C (com fio de aço inoxidável) e C. R. 2 - 60°C (sem fio)” mantidos na condição de ataque, sem qualquer interrupção. A condição 2 foi criada para avaliar a influência dos fios de aço necessários para a impregnação eletroquímica sobre a expansão. 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Expansão(%) Idade (dias) C. R. 1 - 60 C C. R. 2 - 60 C Figura 11 - Expansões médias ao longo do tempo dos prismas da condição “ataque em caixa de reatividade - C. R. 1 - 60°C e C. R. 2 - 60°C”.
  15. 15. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 15 Como pode ser observado na Figura 11, os prismas da condição C. R. 2 - 60°C (sem fio) apresentam expansões superiores às expansões detectadas na condição C. R. 1 - 60°C (com fio), mostrando o efeito do fio na redução das expansões. Na condição C. R. 2 - 60°C (sem fio), a expansão média aos 156 dias foi de 0,099% enquanto que na condição C. R. 1 - 60°C (com fio) de 0,086%. Assim, a colocação dos 5 fios de aço inoxidável nos prismas reduziram em aproximadamente 15% as expansões na idade de 156 dias, ao final do ensaio, embora do ponto de vista estatístico, por meio da ANOVA, não foi verificada diferença significativa entre as duas condições testadas (Tabela 11). Tabela 11 - Resultados da análise de variância (ANOVA) realizada com os resultados individuais de expansão das condições C. R. 1 - 60°C e C. R. 2 - 60°C aos 156 dias de idade. Efeito SQ GL MQ Fcal Ftab Resultado Tratamento 0,000273 1 0,000273 1,23 6,61 Não significativoErro (resíduo) 0,001111 5 0,000222 Total 0,001384 6 0,000495 Prevendo a influência dos fios nos resultados de expansão, teve-se a preocupação no programa experimental de contemplar a incorporação dos fios em todos os prismas moldados, de forma a não se ter influência desta variável no presente estudo. 4 Conclusões O produto à base de lítio testado em concreto pode ser considerado eficiente no combate da RAS, dependendo das condições de emprego. O tratamento que teve a melhor eficiência em mitigar as expansões residuais foi na saturação superficial de lítio, dentre as quatro condições estudadas em prismas de concreto (impregnação eletroquímica de lítio, impregnação com água, saturação superficial de lítio e saturação superficial com água). O tratamento por saturação superficial de lítio, em idade intermediária (42 dias), anulou as expansões, e ao final do ataque (73 dias), foi capaz de reduzir em aproximadamente 90% as expansões residuais, ambos tomando-se como referência a condição saturação superficial com água. A impregnação eletroquímica de lítio foi capaz de mitigar as expansões residuais até os 42 dias pós-tratamento, onde a redução foi da ordem de 50%. Já aos 73 dias pós-tratamento, o resultado não foi satisfatório (redução de apenas 5%) devido possivelmente à interrupção do processo eletroquímico no 5º dia de ensaio por motivo da corrosão da tela comercialmente vendida como inoxidável, fenômeno este que ajudou inclusive a barrar a penetração e eficiência da solução, por saturação. Outra justificativa para a ineficiência do tratamento por impregnação eletroquímica de lítio pode estar associada à formação de íons OH- ao redor das barras, durante o tratamento, que posteriormente vieram a reagir com o gel sílico-alcalino provocando maiores expansões. A colocação dos 5 fios de aço inoxidável nos prismas de concreto resultou na redução de aproximadamente 15% das expansões na idade de 156 dias de ataque, ao final do ensaio. Assim, a introdução de alguma restrição na estrutura pode afetar efetivamente o desenvolvimento das expansões da RAA, ou seja, concretos massa, concretos sem armadura ou sem restrições desempenham efetivamente comportamentos distintos de concretos armados ou com algum tipo de restrição.
  16. 16. ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0554 16 5 Referências bibliográficas CÂNDIDO, W. F. Estudo de tratamentos com lítio no combate da reação álcali-agregado. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Geotecnia e Construção Civil, UFG, Goiânia, 2009. FOLLIARD, K. J. et al. Interim recommendations for the use of lithium to mitigate or prevent alkali-silica reaction (ASR), Publication No. FHWA-HRT-06-073, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, DC, July 2006. FOURNIER, B. et al. Mitigation of the effect of alkali-silica reaction in concrete structures and recent advances in concrete materials and testing. In: INTERNATIONAL ACI/CANMET CONFERENCE ON QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES AND RECENT ADVANCES IN CONCRETE MATERIALS AND TESTING. 4., 2005, Olinda. Anais… Olinda: ACI / IBRACON, 2005. p. 1-20. HASPARYK, N. P. Investigação de concretos afetados pela reação álcali-agregado e caracterização avançada do gel exsudado. 2005. 326 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rio Grande do Sul, 2005. JOHNSTON, D. P.; SURDAHL, R.; STOKES, D. B. A. Case study of a lithium-based treatment of an ASR-affected pavement. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ALKALI- AGGREGATE REACTION IN CONCRETE (ICAAR), 11., 2000, Quebéc City, Canada, Proceedings... Quebéc City, Canada: Edited by M. A. Bérubé, B. Fournier e B. Durand, 2000, p. 1149-1158. SARKAR, S. L. et al. Handbook of Identification of Alkali-Silica Reactivity in Airfield Pavements, Federal Aviation Administration, AC No. 150/5380-8, February, 2004. STARK, et al. SHRP-C-343: Eliminating or minimizing alkali-silica reactivity. Washington, DC: Strategic Highway Research Program, 1993. THOMAS, M. D. A. et al. The Use of Lithium To Prevent or Mitigate Alkali-Silica Reaction in Concrete Pavements and Structures, Publication No. FHWA-HRT-06-133, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, DC, March, 2007. WITHMORE, D.; ABBOTT, S. Use of an applied electric field to drive lithium ions into alkali-silica reactive structures. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ALKALI- AGGREGATE REACTION IN CONCRETE (ICAAR), 11., 2000, Quebéc City, Canada, Proceedings... Quebéc City, Canada: Edited by M. A. Bérubé, B. Fournier e B. Durand, 2000, p. 1089-1098.

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