Orientador : Prof. Dr. Marcelo Henrique Farias de Medeiros / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba, 16/02/2017 / Inclui referências : f. 98-104 / Resumo: Quanto mais agressivo o ambiente, mais rapidamente as estruturas de concreto armado podem apresentar manifestações patológicas provenientes da sua interação com o meio. A corrosão é um dos mecanismos de degradação que ocorre com maior frequência em estruturas de concreto armado, sendo a carbonatação um dos principais agentes iniciadores desse mecanismo. A realcalinização pode ser descrita como o processo inverso da carbonatação, ou seja, visa elevar o pH do concreto e repassivar as armaduras contidas em seu interior. No presente trabalho empregou-se algumas soluções alcalinas (KOH, NaOH, solução tripla, solução comercial, Ca(OH)2 e cal) e alguns métodos de aplicação (spray, trincha, manta e imersão) no tratamento de concretos carbonatados através da realcalinização química. Após a verificação do método de aplicação e soluções alcalinas mais eficazes, os mesmos foram testados em uma estrutura real. Avaliou-se também o comportamento da realcalinização perante amostras com diferentes adições minerais usadas como substituição parcial do cimento. Constatou-se que a solução alcalina mais eficaz é a solução de KOH, sendo a solução com maior velocidade de realcalinização em todos os casos aplicados. As soluções de Ca(OH)2 e cal não são capazes de realcalinizar concretos carbonatados, mesmo após 9 meses de tratamento. Além disso, os métodos de spray e trincha apresentaram baixa eficácia. Ao comparar o método de imersão com os métodos de spray, trincha e manta, a eficiência dos mesmos foi de 11,3%, 9,1% e 92,8%, respectivamente. Com o método da manta obteve-se bons resultados em laboratório, porém quando aplicou-se este método em campo, as espessuras realcalinizadas foram pequenas, sendo que a eficiência em campo foi 86% menor que em laboratório. Por fim, concluiu-se que a realcalinização química pode ser utilizada como um tratamento preventivo para a corrosão de armaduras porém, sua aplicação em campo precisa ser aprimorada. Palavras-chaves: Realcalinização, Soluções alcalinas, Carbonatação, Corrosão. / Abstract: The more aggressive the environment is, more quickly the reinforced concrete structures present pathological manifestations arising from their interaction with the environment. Corrosion is one of the mechanisms of degradation that occurs most frequently in reinforced concrete structures, with carbonation being one of the main mechanism initiators. The realkalisation can be described as the carbonation inverse process, that is, it aims to raise concrete's pH and to repassivate the reinforcement contained inside it. This research uses some alkaline solutions (KOH, NaOH, triple solution, commercial solution, Ca(OH)2 and lime) and some application methods (spray, brush, blanket and immersion) in treatment of concrete carbonation through chemical realkalisation. After checking application method and alkaline solutions effectiveness, they were tested in a real structure. The realkalisation behavior towards samples with different mineral additions used as partial replacement of the cement was also evaluated. It was verified that the most effective alkaline solution is KOH solution, being the solution with the highest rate of realkalisation in all cases applied. Ca(OH)2 and lime solutions are not able to realkalinise carbonated concrete, even after 9 months of treatment. In addition, spray and brush methods were poorly effective. When comparing the immersion method with the spray, brush and blanket methods the efficiency of the methods were 11.3 %, 9.1 % and 92.8 %, respectively. Good results were obtained in the laboratory by blanket method, but when this method was applied in the field, it was obtained the small thicknesses realkalinezed, and field efficiency was 86% lower than the laboratory. Finally, it was concluded that the chemical realkalisation can be used as a preventive treatment to reinforcement corrosion, but this field application needs to be improved. Key-words: Realkalisation, Alkaline solution, Carbonation, Corrosion.

Orientador : Prof. Dr. Marcelo Henrique Farias de Medeiros / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba, 19/05/2015 / Inclui referências : f. 115-121 / Area de concentração : Materiais e estruturas / Resumo: As maiores densidades demográficas brasileiras ocorrem em torno das áreas litorâneas, o que leva a urbanização e industrialização de uma região onde há forte agressividade às estruturas de concreto, tanto pelo processo de carbonatação quanto pelo ataque por cloretos. Apesar de a NBR 6118 (2014) alertar quanto aos cuidados relativos ao processo construtivo visando a durabilidade, a resistência à compressão ainda é a única propriedade prescrita pela NBR 12655 (2015) para o controle de qualidade do concreto endurecido. Entretanto, nem sempre a avaliação da durabilidade com base apenas nos resultados de resistência mecânica é adequada para a obtenção de concretos duráveis. Além disso, a NBR 15575-1 (2014), atual norma de desempenho, estabelece para as estruturas uma vida útil de projeto mínima de 50 anos. Neste contexto, surge a necessidade de avaliar e modelar as manifestações patológicas do concreto armado. O objetivo desta pesquisa é avaliar a influência do uso das adições pozolânicas cinza volante, metacaulim, sílica ativa e sílica de casca de arroz na vida útil de estruturas de concreto armado calculada segundo Andrade (2004) baseada na resistividade elétrica superficial do concreto para ambientes com a presença de cloretos. Para isso, foram moldados corpos de prova de oito traços diferentes, compostos com CPV-ARI, CPIV, CPII-Z, cinza volante, metacaulim, sílica ativa e sílica de casca de arroz. Realizaram-se ensaios de resistência à compressão, absorção por imersão e absorção por capilaridade para todos os traços citados. Como o modelo de vida útil proposto por Andrade (2004) tem como parâmetros a resistividade elétrica superficial (RES), o fator de reação de cloretos (avaliado pelo coeficiente de difusão de cloretos) e as características do ambiente a que a estrutura é exposta; características que também foram determinadas. Os resultados permitiram observar que há influência direta da composição do traço tanto no fator de idade, quanto na resistividade elétrica superficial. Consequentemente, a vida útil também é alterada. O traço composto com CPII, por exemplo, apresentou um ganho de vida útil por MPa 2,2 vezes superior ao traço de referência, composto com CPV-ARI. O custo por ano de vida para esse traço foi 43% inferior a do traço de referência. Já o traço composto com sílica ativa resultou em uma vida útil por MPa 130% superior, com custo por ano de vida 62% inferior à referência. Palavras-chave: cloretos, vida útil, modelo, adições pozolânicas, concreto armado, resistividade elétrica superficial / Abstract: The largest Brazilian population densities occur around the coastal areas, which leads to urbanization and industrialization of a region where there is strong aggressiveness to concrete structures, due the carbonation process and the chlorides. Although the NBR 6118 (2014) warns about the care for the constructive process to durability, compressive strength is still the only property prescribed by NBR 12655 (2015) for the quality control of the hardened concrete. However, the results of mechanical strength are not always adequate for obtaining a durable concrete. Furthermore, the NBR 15575-1 (2014), the current standard of structures performance, establishes a project service life of minimum 50 years. In this context, there is a need to evaluate and to model the pathologies of reinforced concrete. The objective of this research is to evaluate the influence of the use of pozzolanic additions fly ash, metakaolin, silica fume and rice-husk ash in the life of reinforced concrete structures calculated according to Andrade (2004) based on the electrical resistivity of concrete for environments with the presence of chlorides. For this, specimens of eight differents concretes were molded, compounded of CPV-ARI, CPIV, CPII-Z, fly ash, metakaolin, silica fume and ricehusk ash. Then, compressive strength, absorption by immersion and absorption by capillarity were tested. As the life model proposed by Andrade (2004) has as parameters concrete resistivity, chloride reaction factor (measured by chlorides diffusion coefficient) and the environment characteristics that the structure is exposed, these characteristics were also determined. Results showed that there was a direct influence of the concrete composition both in the factor of age, as the concrete resistivity. Consequently, the service life was also changed. The concrete compounded of CPII, for example, showed a gain of useful life by MPa 2.2 times higher than the mark, made with CPV- ARI. The cost per year of life for this trait was 43% lower than the reference concrete. But the concrete made with silica fume resulted in a lifetime of 130% higher, with cost per year of life 62% lower than the reference concrete. Key words: chlorides, modeling, service life prediction, pozzolanic, reinforced concrete, concrete resistivity

Orientador : Prof. Dr. Marcelo Henrique Farias de Medeiros / Co-orientador : Prof. Dr. Juarez Hoppe Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba, 24/04/2014 / Inclui referências / Area de concentração : Materiais e estruturas / Resumo: A incorporação de adições minerais na composição do cimento Portland é imprescindível, pois reduz o impacto ambiental da indústria cimenteira, além de destinar, adequadamente, resíduos de outros setores industriais, possibilitando vantagens econômicas e ambientais, além de interferir na microestrutura da matriz hidratada, alterando a durabilidade de concretos e argamassas. A hipótese deste trabalho é de que as normas brasileiras atualmente em vigor apresentam inconsistências, classificando erroneamente algumas pozolanas. Desta forma, o programa experimental consistiu na aplicação das técnicas de investigação de pozolanicidade de adições minerais, sendo elas normatizadas ou não no Brasil, utilizando adições minerais: cinza de casca de arroz, metacaulim, sílica ativa, fíler quartzoso, fíler calcário e material cerâmico com diferentes graus de moagem e calcinação em forno mufla. Foram realizados ensaios de caracterização das amostras e a atividade pozolânica foi determinada pelos ensaios de índice de atividade pozolânica (IAP) em argamassa com cimento Portland (NBR 5.752) e com cal hidratada (NBR 5.751), ensaio Chapelle modificado (NBR 15.895) e difração de raios - X (DRX) de pastas idênticas às utilizadas nas argamassas preconizadas pelas normas, que permitem analisar o consumo de portlandita, um indicativo imprescindível da atividade pozolânica. A análise conjunta do IAP com a DRX visou demonstrar que algumas pozolanas apresentam baixo desempenho quando avaliadas por intermédio da resistência à compressão de argamassas, porém são capazes de fixar grande quantidade de cal na formação de compostos hidratados. As normas não consideram parâmetros importantes para a atividade pozolânica, como a área específica, as características físico-químicas, o teor de materiais amorfos e a taxa de reação ao longo do tempo, os quais interferem na resistência da argamassa. Palavras-Chave: atividade pozolânica, adições minerais, resistência à compressão. / Abstract: The incorporation of mineral additions into the Portland cement composition is indispensable, because it reduces the environmental impact of the cement industry and also destine, properly, residues from others industrial segments. This measure brings environmental and economic advantages, apart from interfering in the microstructure of the hydrated matrix, altering the durability of concretes and mortars. The hypothesis of this work is that Brazilian norms currently in vigor present inconsistencies by misclassifying some pozzolanes. Therefore, the experimental program consisted in applying investigation techniques of pozzolanicity of mineral additions, these being normalized or not in Brazil, using: rice husk ashes, metakaolin, silica fume, quartzose filler, calcarium filler and ceramic materials with different milling degrees (0,5; 1,0; 1,5 hour) and calcination in mufla oven. Characterization trials of the samples were made and the pozzolanic activity was determined by tests of the index pozzolanic activity (IPA) in Portland cement mortars (NBR 5.752) and mortar with hydrated lime, modified Chapelle test (NBR 15.895) and X-ray diffraction (XDR) of pastes identic to those used in mortars recommended by standards, which allows analyzing portlandite consumption, a very important indicative of pozzolanic activity. The analysis of IPA and XDR aims to demonstrate that some pozzolanes present low performance when evaluated through mortar compressive strength but are able to fasten high quantities of lime through the formation of hydrated compounds. The standards ignore important for the pozzolanic activity parameters such as specific area, physicochemical characteristics, the amorphous content and reaction rate over time, which interfering in the mortar compressive strength. Key words: pozzolanic activity, mineral additions, compressive strength.

Orientador : Prof. Dr. Kleber Franke Portella / Coorientadora : Dra. Mariana D'Orey Galvão Portella Bragança / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 22/02/2017 / Inclui referências : f. 114-121 / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: A reação álcali-agregado (RAA) é um mecanismo de degradação que ocorre em diversas estruturas de concreto submetidas a condições frequentes de umidade. De forma geral, trata-se de uma reação fundamentada em interações químicas entre os minerais constituintes do agregado e os álcalis presentes no cimento Portland, em presença de água. O produto formado é um gel sílico-alcalino que se expande na presença de umidade e pode impulsionar processos de fissuração nas estruturas de concreto devido ao aumento das tensões confinantes no interior dos poros do mesmo. Atualmente, já estão disponíveis várias metodologias para indicar a presença da RAA em estruturas degradadas e avaliar previamente o potencial reativo dos agregados empregados nas obras civis. Dentre os métodos de investigação mais comuns, pode-se citar por exemplo: a análise petrográfica do agregado; a microscopia eletrônica de varredura associada à espectroscopia por energia dispersiva de raios X; e o mais comum dos métodos: a avaliação da RAA envolvendo os ensaios laboratoriais normatizados pela NBR 15577 (ABNT, 2008), que permitem o diagnóstico desta manifestação patológica por meio do monitoramento da expansão de corpos-de-prova submetidos a meios agressivos. Desta forma, utilizando os métodos descritos na normativa, a intenção deste trabalho foi estudar a influência da incorporação de nano-Fe3O4 na reatividade de agregados em argamassas e concretos de cimento Portland, quando expostos a condições ambientais desfavoráveis. Além deste estudo, também foi possível verificar a relação entre a expansão experimentada pelos CP's ensaiados e a absorção de água no decorrer do ensaio, por meio do monitoramento periódico das massas das amostras; a fim de observar a expansão devido à saturação dos materiais submetidos à condição de umidade excessiva, e avaliar a sua utilização como um método de investigação da RAA. Simultaneamente a estes estudos, concretos com adição de 1% de nano-magnetita foram investigados quanto às suas propriedades físicas e mecânicas, e a conclusão obtida foi de que, com 1 ano de idade, a adição apresentou indícios de reação com o meio cimentício e diminuiu a produção de gel de RAA no interior destes; além disso, todos os resultados apresentaram parâmetros condizentes com as recomendações normativas. As conclusões obtidas nesta pesquisa evidenciaram a possibilidade de expansão do estudo da técnica de adição de nano-magnetita para concretos, que por serem ensaiados em condições de menor agressividade tendem a reagir com a adição nanométrica, mesmo que lentamente. Além disso, os dados obtidos para o monitoramento da variação mássica nos prismas, permitiram comprovar que a técnica pode ser utilizada de forma complementar a metodologia normativa de avaliação da expansão, pois, para o monitoramento ao longo de 365 dias, o ensaio de variação dimensional indicou a ausência de reação. Os produtos formados no interior dos concretos tendem, inicialmente, a acumular-se nos poros e vazios, desta forma, a expansão dos prismas pode ocorrer apenas para idades mais avançadas, muito embora já haja formação inicial de gel, identificada pela variação de massa. Palavra-Chave: Reação álcali-agregado. Manifestação patológica. Métodos de investigação. Nano-magnetita. Variação mássica. / Abstract: Alkali-aggregate reaction (AAR) is a degradation mechanism that occurs in several concrete structures subject to constant humidity conditions. In general, it is a reaction based on chemical interactions among the aggregate mineral components and alkalis contained in Portland cement, in presence of water. The formed product is a silico-alkaline gel that expands in the presence of moisture and may boost cracking processes at concrete structures due to increased confined stress inside their pores. Currently, several methods are available to diagnose the presence of AAR in degraded structures and perform a prior evaluation of the reactive potential of aggregates used in engineering works. Amongst the more common methods of investigation, some are worth mentioning, such as: aggregate petrographic analysis, scanning electron microscope associated with energy dispersive spectroscopy X-ray and the most common method: evaluation of AAR involving NBR 15577 standardized laboratory tests (ABNT, 2008), that allows the diagnosis of pathological manifestations by monitoring the expansion on samples subjected to aggressive environments. Thus, using the methods described in the normative, the primary intention was to study the influence of nano-Fe3O4 embedding in the reactivity of aggregates in Portland cement mortars and concretes when exposed to unfavorable environmental conditions. Aside from this study, it was also possible to verify the relationship between the expansion experienced by the samples tested and the water absorption during testing, by periodic monitoring of the sample masses; in order to observe the expansion due to saturation of the samples subjected to excessive moisture conditions, and evaluate its use as an additional method of AAR investigation. Simultaneously, concretes with a 1% addition of nano-magnetite were investigated as to their physical and mechanical properties, and it was concluded that, within 1 year, the addition didn't show any signs of reaction with cement and decreased the production of AAR gel on the inside of these samples; besides, all results presented parameters fitting with standardized recommendations. The conclusions obtained from this study shows the possibility of expanding the study of nano-magnetite additions techniques for concrete, which, because they are tested in less aggressive conditions, tend to react with nanometric additions, even if slowly. Furthermore, the data obtained for monitoring the mass variations in the prisms, proved that the technique can be utilized, complementarily to the standard expansion evaluation methodology, since, for the 365 days monitoring, the dimensional variance test indicated the absence of reaction. The products formed within the concrete tend at first to accumulate in the pores and voids, thus the expansion of the prisms can occur only for more advanced ages, although there are already initial gel formation, identified by mass variation. Keywords: Alkali-aggregate reaction. Pathological manifestation. Investigation methods. Nano-magnetite. Mass variation.t

Rebar corrosion in reinforced concrete structures is a big issue to technical studies, because it has, besides the maintenance costs, indirect costs which affect bridges and building users. Corrosion inhibitors are chemical substances that added to concrete reduce or retard rebar corrosion. In this thesis we described the behavior of sodium molybdate and thiourea used as corrosion inhibitors (CI) for concrete mixes submitted to chloride medium. Calcium hydroxide solution, cement paste, mortar and concrete were used to understand corrosion inhibitors effects on their properties. Dosage study was performed using solutions, with and without the CI, applying cyclic voltammetry and steady-state polarization. Effects on cement paste and concrete were studied using four different dosages of the proposed CI and two commercial products, two different cements and silica fume as supplementary cementitious material. Concretes mixes were tested by workability, compression strength and resistance to chloride penetration, using ASTM C 1202 and ASTM C 1543. ASTM G 109 was used as standard to determine CI efficiency on corrosion inhibition and two techniques were used to determine concrete electrical resistivity: electrochemical impedance spectroscopy and conductivimetry. The proposed inhibitors showed, in 2% sodium molybdate and 0,67% thiourea, slight effects on concrete properties and good effects on improving the resistance to chloride penetration and to corrosion due chloride ions. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A corrosão de armaduras de concreto armado em pontes, viadutos e edifícios tem preocupado o meio técnico, pois além do custo de manutenção, há o custo indireto devido à quedas de estruturas, interdições e incômodos causados aos usuários. Entre os métodos para minimizar a corrosão, podem ser citados os inibidores de corrosão, os quais são adicionados ao concreto e atuam na interface concreto/aço, diminuindo a taxa de corrosão. Neste trabalho, são relatados os estudos do comportamento de inibidores de corrosão à base de molibdato de sódio e tiouréia, aplicados em concretos submetidos à ação de íons cloreto e comparados a dois inibidores comerciais. Foram realizados estudos em solução e em pastas, argamassas e concretos, com dois cimentos diferentes, sem e com adição de 5 e 10% de sílica ativa. A determinação das dosagens de inibidores foi feita em solução saturada de hidróxido de cálcio, utilizando técnicas eletroquímicas como polarização em estado quase-estacionário e voltametria cíclica. Foram estudados os efeitos dos inibidores propostos, em várias dosagens, e de dois inibidores comerciais, nas propriedades de pastas e concretos sem e com sílica ativa. Além da trabalhabilidade e da resistência à compressão, foi testada a resistência à penetração de cloretos pelos métodos ASTM C 1202 e ASTM C 1543. A avaliação da eficiência frente à corrosão provocada por íons cloreto seguiu a norma ASTM G 109. A resistividade elétrica foi determinada utilizando espectroscopia de impedância eletroquímica e condutivimetria. Os inibidores propostos, nas concentrações de 2% de molibdato de sódio e 0,67% de tiouréia, mostraram resultados bastante promissores, tanto na avaliação quanto à influência sobre as propriedades físicas e mecânicas do concreto, quanto à diminuição da penetração de cloretos e eficiência na inibição da corrosão.