Redução do risco de corrosão de materiais à base de cimento misturados com água do mar

Reduction of the risk of the corrosion of seawater mixed cement-based materials
Reducción del riesgo de corrosión de materiales a base de cemento mezclados con agua de mar

O. G. Aydoğan¹*, S. S. Benam², N. Özyurt³

¹ M. Sc., Research Assistant, Civil Engineering Department, Boğaziçi University, Turkey.

² M. Sc., Research Assistant, Civil Engineering Department, Özyeğin University, Turkey.

³ Prof., Civil Engineering Department, Boğaziçi University, Turkey.

*Autor de contato: olcay.aydogan@bogazici.edu.tr

Recebido: 02/12/2024
Revisado: 18/03/2025
Aceito: 29/04/2025
Publicado: 01/05/2025

Resumo

O objetivo deste estudo é reduzir a quantidade de cloretos livres que causam corrosão por meio da utilização de diferentes aglomerantes e alcançar o nível de cloretos livres permitido pelas normas pertinentes. O teor de cloretos foi determinado pelo método de fluorescência de raios X. Observou-se que a capacidade de fixação de cloretos aumentou à medida que a relação CaO/Al₂O₃ diminuiu até valores entre 4 e 6. Por outro lado, verificou-se que a capacidade de fixação de cloretos diminuiu ligeiramente com o aumento da relação CaCO₃/Al₂O₃ de 0 a 0.3-0.5, embora não tenha sido observado efeito significativo para valores superiores a 0.5. A maioria dos aglomerantes apresentou resultados abaixo do limite máximo de cloretos estabelecido pelas normas, o que representa uma excelente oportunidade para o uso de água do mar como água de mistura no concreto armado.

Palavras-chave: água do mar; fixação de cloretos; cloretos livres; CaO/Al₂O₃; CaCO₃/Al₂O₃.

1. INTRODUÇÃO

O uso de água em escala global aumentou 6 vezes no último século devido ao desenvolvimento industrial, rápido crescimento populacional, desenvolvimentos socioeconômicos e aumento do consumo inconsciente, e continua a aumentar em 1% a cada ano (UNESCO 2020) . Uma das indústrias onde a água é amplamente utilizada é a indústria da construção. Além da limpeza, cura e uso geral, uma quantidade significativa de água é consumida na produção de concreto. É relatado que 1,66*10¹⁰ m³ de água doce, o que equivale a 18% do consumo anual global pela indústria, é utilizado anualmente para a produção de concreto (Miller, Horvath e Monteiro 2018) . A escassez global de água e o enorme consumo de água doce para a produção de concreto forçaram os cientistas a buscar águas de mistura alternativas. Acredita-se que uma das alternativas seja a água do mar. Os primeiros estudos surgiram na década de 1970, e alguns artigos foram publicados anualmente relacionados ao concreto misturado com água do mar até a década de 2010 (Nishida et al. 2015) ; no entanto, como resultado do rápido aumento na escassez global de água e na produção de concreto, o interesse no assunto aumentou drasticamente e centenas de estudos foram publicados nos últimos anos (Ebead et al. 2022) . As mudanças nas propriedades do estado fresco, resistência mecânica e microestrutura do concreto causadas pelo uso de água do mar como água de mistura foram estudadas em muitos artigos e são relativamente bem compreendidas. É afirmado nos estudos que o uso de água do mar como água de mistura reduz a trabalhabilidade do concreto e aumenta a resistência inicial ao acelerar as reações de hidratação; no entanto, efeitos menores são observados em idades posteriores (Aydoğan, Akca, et al. 2024; Ebead et al. 2022; Etxeberria e Gonzalez-Corominas 2018; Khatibmasjedi et al. 2020; Lim et al. 2015; Mohammed, Hamada e Yamaji 2004; Younis et al. 2018) . Como resultado dessas descobertas, acredita-se que a água do mar seja uma boa alternativa como água de mistura para concreto simples (Aydoğan, Akca, et al. 2024; Ebead et al. 2022) . No entanto, o uso de água do mar como água de mistura não é sugerido, até mesmo proibido na norma relacionada (EN 1008), para concreto armado. A alta concentração de cloreto aumenta o risco de corrosão do aço. Quando os íons cloreto acumulados na superfície da armadura e excedem o teor crítico de cloreto (C _crit), que pode ser descrito como teor crítico de cloreto livre, a corrosão do aço começa, a resistência da armadura é reduzida com a formação de corrosão, a expansão da área entre o concreto e a armadura reduz a adesão e a estrutura do elemento de concreto armado é deteriorada com fissuras no concreto (Angst et al. 2009; Neville 2011) . O principal método usado para prevenir a corrosão por ingresso externo de cloreto é diminuir a difusão de cloreto, reduzindo a permeabilidade do concreto. No entanto, com o uso de água do mar como água de mistura, os íons cloreto já estarão dentro no concreto. Outro método que aumenta a durabilidade do concreto contra íons cloreto no caso de ataques externos é ligar os íons cloreto livres dentro do concreto por meio de reações químicas.

Os íons cloreto podem ser encontrados no concreto em duas formas; que são cloreto livre e cloreto ligado ou combinado quimicamente. Somente o cloreto livre leva à corrosão (Angst et al. 2009; Rilem TC 178 2002; Zhao et al. 2021) . Portanto, reduzir o teor de cloreto livre e encorajar o teor de cloreto ligado ou combinado pode ser um método promissor para mitigar o risco de corrosão causado pelo cloreto (Martin-Perez et al. 2000; Wang et al. 2020) . Os cloretos livres podem ser ligados quimicamente ou fisicamente (Homayoonmehr et al. 2022; Zhao et al. 2021) . Os íons cloreto podem ser fisicamente adsorvidos pela superfície do CSH, que é chamado de cloreto fisicamente ligado (Homayoonmehr et al. 2022; Hu et al. 2018) . Além disso, componentes de alumina dos ligantes e alguns produtos de hidratação (principalmente fases de AFm) podem reagir com íons cloreto para formar o sal de Friedel (Homayoonmehr et al. 2022; Li, Farzadnia e Shi 2018; Wang et al. 2020; Zhao et al. 2021) . Como resultado, os íons cloreto livres são quimicamente ligados ao sal de Friedel. As possíveis reações químicas para a formação do sal de Friedel são as seguintes (Li et al. 2018):

Como pode ser visto em (1) e (2), a presença de monosulfoaluminato (C₃A∙CaSO₄∙14H₂O) e monocarboaluminato (C₃A∙CaCO₃∙10H₂O) estimula a formação de sal de Friedel (Florea e Brouwers 2012; Guo et al _. 2019; Homayoonmehr et al. 2022; Wang et al. 2020) _. Além disso, mais conteúdo de alumina nos ligantes pode aumentar a capacidade de ligação de cloreto, como em (3) (Cheng et al. 2018; Li et al. 2018; Shi et al. 2015; Thomas et al. 2012) . Por outro lado, embora o teor de alumínio seja importante para a ligação de cloreto e a formação do sal de Friedel, foi afirmado que a razão CaO/Al₂O₃ é um parâmetro mais predominante (Gbozee et al. 2018; Wang et al. 2019). A razão CaO/Al₂O₃ ótima foi encontrada na faixa de 3 a 7 para maximizar a ligação de cloreto no caso do ataque externo de cloreto (Homayoonmehr et al. 2022; Wang et al. 2019). Portanto, ajustar o teor de alumina dos ligantes na faixa e/ou aumentar as fases AFm (como produtos de hidratação) pode permitir o uso de água do mar como água de mistura em concreto armado para fins estruturais. As seguintes misturas foram objeto deste estudo:

Substituição de cimento Portland por metacaulim (MK): A produção de cimento é responsável por 5-7% das emissões globais de CO₂ devido ao processo de clinquerização e ao uso de combustíveis fósseis (He et al. 2019; Worrell et al. 2001) . Uma das melhores soluções para reduzir a contribuição da produção de cimento para a emissão global de CO₂ é diminuir o teor de clínquer no ligante usando adições minerais (Worrell et al. 2001) . O metacaulim é o material cimentício suplementar (SCM) mais utilizado, juntamente com a água do mar, devido ao seu maior teor de alumina. Menor porosidade e maiores propriedades mecânicas foram relatadas para o concreto com metacaulim devido ao efeito de preenchimento e atividade pozolânica do material (Li et al. 2015). Pesquisadores afirmaram que o uso de metacaulim para concreto de alto desempenho (SCM) aumentou a capacidade de ligação de cloretos e a formação de sais de Friedel (Li et al., 2015; Shi et al., 2015; Wang et al., 2020). Os estudos geralmente se concentram em baixas quantidades (<10%) de metacaulim em concreto amassados com água do mar. No escopo deste estudo, os concretos serão amassados ou produzidos com água do mar, utilizando 5%, 10%, 15% e 20% de substituição de cimento em massa por metacaulim.

Cimento misturado com metacaulim e calcário: Uma das adições minerais mais utilizadas é o calcário devido ao seu menor custo, alta disponibilidade e menor impacto ambiental. De fato, alguns cimentos, tipo CEM II, contêm até 35% de calcário (Lothenbach et al. 2008) . Embora alguns estudos tenham demonstrado que a resistência à compressão não é afetada pela adição de até 15% de calcário (Dhir et al. 2007; Livesey 1991), alguns pesquisadores afirmam que a resistência à compressão reduz gradualmente após um nível de substituição de 5 a 10% (Lollini, Redaelli e Bertolini 2014; Lothenbach et al. 2008). Estudos também mostraram que a adição de calcário aumenta a penetração de íons cloreto (Bentz 2006; Ghrici, Kenai e Said-Mansour 2007), no entanto, pode melhorar a formação da fase carboaluminato (Chen et al. 2023), que pode ligar/ combinar cloreto (como em (2)), quando usada junto com adições minerais ricas em alumina. Portanto, aumentar a fase carboaluminato usando metacaulim e calcário no sistema de cimento Portland pode ser um método promissor, ambiental e econômico para mitigar a corrosão causada por cloreto em estruturas de concreto armado empregando concretos amassados com água do mar. Dentro do escopo deste estudo, concretos produzidos com água do mar usando 5%, 10% e 15% de calcário em substituição ao cimento mais a adição de 15% de metacaulim, também em substituição sorção cimento.

Substituição de cimento Portland por lama vermelha: A lama vermelha é um material residual da produção de alumínio. Aproximadamente 1-1,5 toneladas de lama vermelha são obtidas como resíduos de cada tonelada de produção de alumínio (Evans 2016; Wang et al. 2018) . Devido ao seu alto teor alcalino, metais pesados e produtos químicos perigosos, a lama vermelha causa sérios danos à vida natural na área onde é armazenada e ameaça a vida ao se misturar com as águas subterrâneas (Xue et al. 2016). No entanto, apenas 4% da lama vermelha foi usada em várias indústrias. Acredita-se que o uso de lama vermelha como adição mineral junto com cimento Portland fará contribuições muito importantes para o uso de lama vermelha em escala global em comparação com outros usos (Zhang et al. 2021) . No entanto, ao contrário das adições minerais conhecidas, a lama vermelha contém SiO₂ muito baixo. Nos estudos, embora a lama vermelha não tratada não tenha sido considerada uma pozolana por não atender a alguns requisitos, foi relatado que ela poderia causar reações pozolânicas secundárias (Díaz et al. 2015; Ribeiro, João António Labrincha e Morelli 2011). Além disso, o efeito de preenchimento da lama vermelha foi destacado (Ribeiro, João António Labrincha et al. 2011). Além disso, foi afirmado que a lama vermelha mitigou a corrosão causada pelo ataque externo de cloreto pela formação do sal de Friedel (Ribeiro, João Antonio Labrincha e Morelli 2011; Ribeiro, João António Labrincha et al. 2011). Portanto, a adição de lama vermelha pode ser uma boa alternativa para eliminar o efeito da corrosão de materiais à base de cimento misturados com água do mar. No âmbito deste estudo, concretos produzidos juntamente com água do mar usando 5%, 10%, 15% e 20% de substituição de cimento por lama vermelha.

Uso de cimento à base de aluminato de cálcio (CAC) e substituição de cimento aluminoso por calcário no sistema CAC: O CAC é bastante diferente do cimento Portland em termos das fases que contém. Embora os principais componentes do cimento Portland sejam C₃S e C₂S, o CAC contém uma alta quantidade de CA (CaAl₂O₄) (40-70%) (Kim, Son e Lee 2021). Devido às diferentes composições, os produtos formados como resultado da hidratação do CAC também são bastante diferentes. Os produtos de hidratação à temperatura ambiente são CAH₁₀, C₂AH₈ e AH_3. (Bizzozero 2014; Lapeyre et al. 2022). CAH₁₀ e C₂AH₈ são fases metaestáveis. Por esta razão, elas se transformam na fase C₃AH₆ com o tempo e/ou alta temperatura. Como resultado dessas transformações, a porosidade do concreto aumenta e a resistência diminui (Neville 2011). Por outro lado, foi relatado que a adição de calcário previne as transformações de fase reagindo com CA para formar CO₃-AFm e consequentemente estabilizar a resistência a longo prazo (Kim et al. 2021; Luz e Pandolfelli 2012).

Foi relatado que a resistência à corrosão e as propriedades de ligação de cloreto do concreto aluminoso CAC, são melhores do que aquelas produzidas com cimento Portland (Ann et al. 2010; Li et al. 2017). Além disso, a fase CO₃ -AFm (monocarboaluminato), que é um produto de hidratação quando o calcário é adicionado ao sistema CAC, pode ligar íons cloreto formando o sal de Friedel. Assim, é possível ligar íons cloreto sem afetar negativamente as propriedades mecânicas. Além disso, como o aditivo de calcário reduz a proporção de cimento, ele reduz o custo e contribui para a sustentabilidade ao reduzir as emissões de CO₂. Dentro do escopo deste estudo, materiais à base de CAC serão produzidos junto com água do mar usando 0%, 10% e 20% de substituição de cimento por calcário.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

As composições químicas dos cimentos e adições minerais são apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1. Composições químicas dos ligantes (% em peso)

É reconhecido que as propriedades mineralógicas e as salinidades dos mares/oceanos do mundo apresentam considerável variação regional. Após a análise dos relatórios, determinou-se que a concentração média de cloreto nos mares do mundo é de cerca de 20 g/L (P. Li et al., 2021). Os constituintes da água do mar e da água doce empregados neste estudo estão ilustrados na Tabela 2.

Tabela 2. Constituintes das águas de amassamento (mg/L)

A relação água-aglomerante das misturas foi determinada em 0,45. Inicialmente, os ligantes foram combinados em um misturador por um minuto no estado seco. Posteriormente, a mistura manual foi conduzida por um minuto, após o qual a mistura foi misturada novamente no misturador por mais um minuto. Portanto, um ligante homogêneo foi obtido. As pastas de cimento foram produzidas seguindo as especificações da ASTM C305. Nos códigos das amostras, as letras FW e SW indicam o tipo de água da mistura, enquanto PC e CAC mostram o ligante principal. As letras MK, RM e LS indicam a mistura mineral e os números após esses códigos ilustram a taxa de substituição da mistura mineral em porcentagem em massa. Após a desmoldagem, as amostras foram curadas a 20 ^° C e 95% UR na câmara climática até o 28º dia.

O principal objetivo deste estudo foi aumentar a capacidade de ligação de cloreto de materiais à base de cimento em comparação com sistemas de cimento Portland puro para minimizar o efeito da corrosão do aço devida sorção uso de água do mar como água de amassamento. Portanto, a identificação dos teores de cloreto livre e combinado foi crucial. Para este propósito, amostras foram extraídas da superfície das pastas de cimento e pulverizadas. Cinco gramas de amostras em pó que passaram por uma peneira de 250 mícrons foram submetidas à análise de fluorescência de raios X (XRF) no 28º dia, obtendo-se assim os elementos e óxidos presentes. A quantidade de cloreto obtida desta maneira representou a quantidade total de cloreto presente nas amostras. A recomendação RILEM (Rilem TC 178, 2002) foi seguida para separar o cloreto livre da amostra. Assim, 5 gramas da amostra analisada por XRF foram despejados em 50 ml de água e misturados com um agitador magnético por três minutos. Posteriormente, a amostra em pó foi separada usando papel de filtro. Por este método, o cloreto livre na amostra foi completamente removido. Em seguida, o pó filtrado foi mantido em estufa a 36 ^°C por dois dias. Posteriormente, a análise por XRF foi repetida na amostra dessecada para determinar a quantidade de cloreto ligado. Apenas as amostras produzidas com água do mar foram submetidas à XRF. Para este experimento, foi testado um espécime por mistura.

Para examinar o impacto da água de amassamento e dos ligantes no desempenho mecânico, foram realizados ensaios de resistência à compressão no 28º dia, de acordo com a norma ASTM C109. Três corpos de prova foram ensaiados e os valores médios foram calculados para cada mistura. Os detalhes dos corpos de prova para o programa experimental são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3. Detalhes dos espécimes relacionados aos experimentos

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 Cloreto combinado

Substituição de cimento Portland por metacaulim:As composições de óxido para o sistema de metacaulim são apresentadas na Tabela 4. Nesta tabela, "Antes" representa os resultados de FRX da amostra em pó antes de ser colocada em água, e "Depois" mostra os resultados de FRX da amostra com água do mar até seu estado seco. À medida que a taxa de substituição de cimento por metacaulim aumentou, houve uma diminuição correspondente no CaO e um aumento no SiO₂_. O metacaulim, como uma pozolana reativa, contém baixo teor de CaO e alto teor de SiO₂, conforme evidenciado pelos dados apresentados na Tabela 1.

Tabela 4. Composições de óxidos para o sistema metacaulim MK (% em massa)

A Figura 1 ilustra a porcentagem de ligação (reações químicas) de cloreto (relação cloreto combinadodo/cloreto total) para compósitos com adição de metacaulim. A capacidade de ligação de cloreto do compósito de cimento Portland puro foi de 49%. No entanto, esse valor aumentou gradualmente com a adição de metacaulim, atingindo um máximo de 86%, que foi aproximadamente 1,8 vezes maior que o do cimento Portland puro. Isso foi atribuído ao alto teor de alumina reativa do metacaulim. Como evidência, os resultados mostraram que o teor _de Al₂O₃ aumentou de 3,2% para 10,5%. A EN 206 permite até 0,4% _de teor de cloreto em massa de ligante para concreto armado. A Figura 2 ilustra a razão entre cloreto livre e massa de ligante presente nas amostras. Aqui, o teor de cloreto livre foi levado em consideração, porque ele leva à corrosão à base de cloreto, conforme mencionado na introdução. Pode-se observar que o compósito de cimento Portland, na ausência de quaisquer adições, apresentou um valor bem superior ao limite especificado. Em contraste, o MK5 apresentou um valor que estava próximo do limite mencionado nas normas, enquanto o MK10, o MK15 e o MK20 demonstraram alta eficiência com valores abaixo do limite especificado.

Figura 1. Ligação de cloreto para o sistema de metacaulim, MK (%)

Figura 2. Porcentagem de cloreto livre em massa de ligante para o sistema com metacaulim, MK.

Cimento com metacaulim e calcário: As composições de óxidos para o sistema metacaulim-calcário estão apresentadas na Tabela 5. Observou-se que as proporções de CaO, SiO₂ e Al₂O₃ mudaram em resposta à adição de metacaulim. No entanto, a substituição por calcário não teve impacto nessas proporções.

Tabela 5. Composições de óxidos para o sistema metacaulim-calcário (% em massa)

Conforme ilustrado na Figura 3, o aditivo de calcário apresentou uma ligeira redução na capacidade de ligação de cloreto em relação ao MK15. No entanto, quando o calcário foi utilizado, a capacidade média de ligação de cloreto foi de 79%, o que ainda é 1,6 vezes maior que a do cimento Portland puro. Além disso, o nível de substituição de calcário não apresentou efeito significativo na capacidade de ligação de cloreto. Por outro lado, verificou-se que, à medida que a quantidade de aditivo de calcário aumentava, maior teor de cloreto livre era detectado. No entanto, o teor de cloreto livre de todos os lotes no sistema MK LS foi inferior ao valor limite.

Figura 3. Ligação de cloreto para o sistema metacaulim-calcário, LS(%)

Substituição de cimento Portland por lama vermelha: Conforme ilustrado na Tabela 6, embora o teor de SiO₂ não tenha sido afetado, o de CaO diminuiu com a utilização de lama vermelha. Embora a lama vermelha não atenda totalmente aos requisitos para classificação como um material pozolânico devido ao baixo teor de CaO e SiO₂, foi relatado que a lama vermelha causou reações secundárias (Díaz et al., 2015 _; Ribeiro et al., 2011b). Por outro lado, o teor de Al₂O₂ aumentou com a utilização de lama vermelha.

Tabela 6. Composições de óxidos para o sistema de lama vermelha (% em massa)

A utilização de lama vermelha aumentou gradualmente a capacidade de ligação de cloretos, como mostrado na Figura 5. A capacidade de ligação de cloretos atingiu 78% com a utilização de lama vermelha, aproximadamente 1,6 vezes a do cimento Portland puro. Isso foi atribuído ao maior teor de alumina da lama vermelha. Além disso, o teor de cloreto livre foi gradualmente reduzido pela adição de lama vermelha. Enquanto o teor de cloreto livre do RM10 ficou próximo do limite, os do RM20 e RM30 ficaram abaixo do limite de cloreto especificado, que é regido pela norma EN 206.

Figura 4. Porcentagem de cloreto livre em massa de ligante para o sistema metacaulim-calcário

Figura 5. Ligação de cloreto para o sistema de lama vermelha (%)

Uso de cimento de aluminato de cálcio (CAC) e substituição de calcário no sistema CAC: Conforme mencionado na introdução, o CAC apresenta diferenças notáveis em relação ao cimento Portland em termos das fases que contém. Conforme demonstrado na Tabela 7, as proporções de CaO e SiO₂ foram significativamente reduzidas no sistema CAC em comparação com o sistema de cimento Portland. Por outro lado, o teor de Al₂O₂ foi igual a 10 vezes o da amostra produzida com cimento Portland. Além disso, à medida que a quantidade de calcário no sistema CAC aumentava, a concentração de SiO₂ era reduzida, enquanto a de CaO aumentava.

Tabela 7. Composições de óxidos para o sistema CAC (% em massa)

Quando o CAC foi utilizado como ligante principal, a capacidade de combinação de cloreto atingiu até 81%, aproximadamente 1,7 vezes a do cimento Portland puro. Essa melhora se deveu ao maior teor de alumina do CAC. Além disso, a adição de calcário no sistema CAC não apresentou influência significativa, seja positiva ou negativa. Além disso, o teor de cloreto livre de todos os lotes no sistema CAC foi inferior ao valor limite.

Conforme afirmado anteriormente, estudos conduzidos no âmbito do ataque externo de cloreto indicaram que a capacidade de ligação de cloreto dependia da razão CaO/Al₂O₃. Foi relatado que a maior capacidade de ligação pode ser alcançada quando essa razão está entre 3 e 7 no caso de ataque externo de cloreto (Wang et al., 2019). A Figura 9a ilustra a capacidade de ligação de cloreto versus a razão CaO/Al₂O₃ para os sistemas de metacaulim, lama vermelha, cimento Portland e cimento de aluminato de cálcio. Embora a porcentagem de ligação de cloreto tenha mudado de sistema para sistema provavelmente devido ao teor de alumina reativa (Talero et al., 2011), foi observado que a capacidade de ligação de cloreto aumentou quando a razão CaO/Al₂O₃ diminuiu até 4-6. Por outro lado, está estabelecido que a fase CO₃-AFm tem o potencial de aumentar a capacidade de ligação de cloreto (H. Li et al., 2018; Zhu et al., 2022) . Foi relatado que a razão molar ótima de CO₂ para Al₂O₃ está entre 0,5 e 1, o que corresponde a aproximadamente 0,5 e 1 para CaCO₃ para Al₂O₃ em termos de razão de massa, para a maximização da fase CO₃-AFm (Matschei et al., 2007). A relação entre a razão CaCO₃/Al₂O₃ e a capacidade de ligação de cloreto para os sistemas MK LS e CAC LS é mostrada na Figura 9b. Foi observado que a capacidade de ligação de cloreto diminuiu ligeiramente quando a razão CaCO₃/Al₂O₃ aumentou de 0 para 0,3-0,5, embora nenhum efeito significativo tenha sido observado após 0,5.

Figura 6. Porcentagem de cloreto livre por massa de ligante para o sistema de lama vermelha

Figura 7. Combinação de cloreto para o sistema CAC (%)

Figura 8. Porcentagem de cloreto livre por massa de ligante para o sistema CAC

Figura 9. Capacidade de combinação de cloreto versus a) razão CaO/Al₂O₃ e b) razão CaCO₃/ Al₂O₃

3.2 Resistência à compressão

Os resultados dos ensaios a compressão com 28 dias são ilustrados na Figura 10. Primeiramente, observou-se que as amostras produzidas com água do mar apresentaram maior resistência do que as amostras produzidas com água doce, independentemente dos ligantes empregados. Isso foi atribuído às reações de hidratação aceleradas no meio de cloreto (Aydoğan, Dilber, et al., 2024; H. Li et al., 2018). Na maioria dos casos, o período de 28 dias é precoce para observar a atividade pozolânica dos aditivos minerais. No entanto, o uso de metacaulim como aditivo resultou em um aumento notável na resistência devido à sua alta área de superfície e estrutura reativa (Siddique & Khan, 2011; Wei & Gencturk, 2019), exceto SW MK20, que apresentou um nível de resistência comparável ao SW PC. A taxa ótima de substituição de metacaulim para maximizar a resistência à compressão foi de 10%. A adição de calcário ao sistema MK resultou em uma redução na resistência à compressão, que foi atribuída à baixa atividade do calcário (Matschei et al., 2007; Neville, 2011) . No entanto, todos os lotes no sistema MK15 LS ainda exibiram maior resistência do que FW PC e até mesmo SW PC. Além disso, a taxa de substituição teve um impacto mínimo nos resultados observados. No sistema de lama vermelha, a utilização de lama vermelha e o aumento da taxa de substituição resultaram em uma redução gradual na resistência devido ao baixo teor de SiO₂ e à atividade pozolânica (Ribeiro et al., 2011b) . Como pode ser visto na Tabela 6, o teor de CaO foi reduzido e o teor de SiO₂ não foi afetado pela adição de lama vermelha. Como se sabe, esses óxidos estão ligados às propriedades de ligação do sistema de cimento Portland. Por outro lado, apenas a resistência à compressão do SW RM30 foi menor do que a do FW PC, o que significa que o uso de água do mar como água de mistura pode eliminar a redução de resistência causada pela adição de lama vermelha.

Figura 10. Resultados de resistência à compressão de pastas de cimento

O uso de cimento de aluminato de cálcio aumentou significativamente a resistência à compressão em comparação ao cimento Portland, independentemente do tipo de água da mistura. Enquanto as resistências à compressão do FW PC e do SW PC foram de 47,7 e 58,7 MPa, as do FW CAC e do SW CAC foram de 66,3 e 83,5 MPa, respectivamente. Esse endurecimento rápido e alta resistência inicial são características dos cimentos de aluminato de cálcio (Scrivener et al., 2003) . A adição de calcário afetou a resistência à compressão do sistema baseado em CAC. Enquanto a taxa de substituição de 10% diminuiu a resistência em apenas 5%, o aumento da taxa de substituição para 20% resultou em uma redução de 27% na resistência. Por outro lado, a resistência do SW CAC LS20 ainda foi maior do que a do FW PC e até mesmo do SW PC.

4. CONCLUSÃO

O principal objetivo deste estudo foi desenvolver sistemas ligantes que minimizassem o risco de corrosão, reduzindo a concentração de cloreto livre quando a água do mar fosse utilizada como água de amassamento. Nesse contexto, foram utilizados sistemas ligantes de metacaulim, calcário, lama vermelha e CAC. Os resultados podem ser resumidos da seguinte forma:

1. A adição de metacaulim resultou em um aumento de 75% na capacidade de ligação de cloreto em comparação com o sistema de cimento Portland puro, devido ao seu maior teor de alumina reativa. O MK5 apresentou um valor aproximadamente alinhado com o limite de cloreto livre, enquanto os MK10, MK15 e MK20 apresentaram valores abaixo do limite especificado, demonstrando a viabilidade do emprego de água do mar em concreto armado;

2. Apesar de uma ligeira redução na capacidade de ligação de cloreto resultante da adição de calcário+ metacaulim, a capacidade permaneceu 60% superior à do sistema de cimento Portland. O teor de cloreto livre de todos os lotes no sistema MK LS foi inferior ao valor limite;

3. Observou-se que a capacidade de ligação de cloreto aumentou proporcionalmente à taxa de substituição da lama vermelha, atingindo um valor 57% superior ao do sistema de cimento Portland. Enquanto o teor de cloreto livre do RM10 ficou próximo do limite, os do RM20 e RM30 ficaram abaixo do limite de cloreto especificado, regido pela norma EN 206.

4. Quando o cimento aluminoso, CAC foi utilizado como ligante principal, observou-se um aumento de 65% na capacidade de ligação de cloreto em comparação com o sistema de cimento Portland puro. A adição de calcário no sistema CAC não apresentou influência significativa na capacidade de ligação de cloreto. O teor de cloreto livre de todos os lotes no sistema CAC foi inferior ao valor limite;

5. Observou-se que a capacidade de ligação do cloreto aumentou quando a razão CaO/Al₂O₃ diminuiu para 4-6. Por outro lado, observou-se que a capacidade de ligação do cloreto diminuiu ligeiramente quando a razão CaCO_{3 /} Al₂O₃ aumentou de 0 para 0,3-0,5, embora nenhum efeito significativo tenha sido observado após 0,5.

Como resultado, espera-se que a maioria dos traços de concreto usados neste estudo minimizem, e até mesmo, eliminem o risco de corrosão do aço no concreto armado à base misturado com água do mar.

5. AGRADECIMENTOS

This study was funded by Boğaziçi University Scientific Research Projects Coordination Unit under project number 19975. Furthermore, we would like to express our gratitude to Akçansa, Çimsa, and Eti Alüminyum for their material contributions.

Este estudo foi financiado pela Unidade de Coordenação de Projetos de Pesquisa Científica da Universidade Bogazici sob o número de projeto 19975. Além disso, gostaríamos de expressar nossa gratidão a Akcansa, Cimsa e Eti Aluminyum por suas contribuições materiais.

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