Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 1717974 bytes, checksum: 31f2d282456943075549d7644dcb046d (MD5) Previous issue date: 2010-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The amount of pathologies in young reinforced concrete structures inserted in the urban surroundings have been of some relevance because they are reducing the structures‟ life, causing great troubles and financial losses for users and builders. Concrete pathologies may have different origins and its diagnosis may be quite complex, with the possibility of a simultaneous occurrence, leading difficult the adequate therapy in each case. This research presents a study of a case in which the pathologies have appeared in a building‟s foundation blocks, despite the criteria of ABNT- NBR 6118/2004 being followed in relation to durability. The blocks have shown generalized cracking whose aspect is similar to the alkali-aggregate reaction (RAA) phenomenon. This phenomenon is considered to be a deterioration mechanism caused by chemical actions. Taking this into consideration, the main goal of the present research is to verify if the alkali-aggregate reaction was occurring in the concrete foundation blocks of an building in the city of João Pessoa, presenting, analyzing and discussing the pathological problem. For this, concrete micro-structural tests were carried out through the use of some material characterization analytical techniques such as mineralogical analysis by x-ray diffractions (DRX), microscopic analysis by optical microscopy and by sweeping electronic microscopy (MEV) and thermal analysis by thermogravimetry. Despite the similarity with the RAA, the results of the micro-structural analysis indicated that there was not the presence of the alkali-aggregate reaction nor the one of delayed ettringite as there was no formation of material of a different composition (contrast of gray) inside any cracks nor in the contour of the aggregate, which is typical of a chemical reaction. The outcomes suggest that the cracks in these blocks do not seem to have been generated by expansive mechanisms of a chemical origin. This is due to the fact that no mineral responsible for expansive pathologies such as alkali-silica, ettringite or gypsium has been found (Calcium Sulfate). The cracks that propagate through the cement matrix and contour the aggregate are possibly induced by tensions of a thermal origin. / O crescimento dos casos de patologias precoces em estruturas de concreto armado, inseridas no ambiente urbano, tem gerado grande interesse porque estão reduzindo a vida útil das estruturas, causando muitos transtornos e prejuízos financeiros para os seus usuários e construtores. As patologias do concreto armado podem ter diversas origens e o seu diagnóstico ser bastante complexo, inclusive podendo ocorrer simultaneamente, dificultando a aplicação da terapia adequada a cada caso. Neste trabalho apresenta-se um estudo de caso em que patologias estão se manifestando em blocos de fundação de um prédio, malgrado tenham sido obedecidos os critérios da ABNT- NBR 6118/2004, quanto à questão da durabilidade. Os blocos apresentam fissuração generalizada, cujo aspecto é semelhante ao do fenômeno da reação álcali-agregado. Este fenômeno é considerado um mecanismo de deterioração cuja causa é originada por ações químicas. Face ao exposto, objetivo deste trabalho é verificar se estava ocorrendo ou não a reação álcali-agregado no concreto dos blocos de fundação de um edifício residencial em construção na cidade de João Pessoa, apresentando, analisando, e discutindo o problema patológico neles ocorrido. Para isto, foram realizadas análises microestruturais do concreto, através da utilização de algumas técnicas analíticas de caracterização dos materiais, como análise mineralógica por difração de raios x (DRX), análise microscópica por microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise térmica por termogravimetria. Apesar da semelhança com a RAA, os resultados da análise microestrutural do concreto estudados, indicou que não houve a presença da reação álcali-agregado, nem de formação de etringita retardada, pois não houve formação de material de diferente composição (contraste de cinza) dentro de nenhuma fissura, nem no contorno dos agregados, típica de reação química. Os resultados sugerem que as fissuras nestes blocos não aparentam terem sido geradas por mecanismos expansivos de origem química. Isto porque não foi detectada a presença de nenhum mineral responsável por patologias expansivas tais como gel de álcali-sílica, etringita, nem gypsum (sulfato de cálcio). As fissuras se propagam através da matriz de cimento e contornam o agregado, são possivelmente induzidas por tensões de origem térmica.

A reação química que ocorre entre os hidróxidos alcalinos presentes nos poros do concreto e alguns minerais constituintes dos agregados tem causado sérios danos às estruturas. Até o presente momento a prevenção é a melhor forma de evitar que a reação se desencadeie, uma vez que as soluções remediativas ainda necessitam de estudos mais aprofundados para serem implementadas. Neste sentido, a utilização de adições pozolânicas no concreto tem se mostrado uma alternativa eficaz, sendo que a forma mais fácil de empregá-las é através do uso de cimentos compostos com adições. Porém, são poucos os estudos encontrados avaliando a capacidade desses cimentos na prevenção da reação. No Brasil, além dessa lacuna de conhecimento, faltam informações sobre a reatividade dos agregados utilizados no concreto. Então, o presente estudo avaliou a reatividade dos agregados mais utilizados para confecção de concreto nos estados do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul frente à utilização de quatro tipos de cimento: CP V-ARI, CP V-ARI RS, CP IV e CP II-Z. Os métodos utilizados para essa avaliação foram a análise petrográfica, o ensaio acelerado das barras de argamassa, a microscopia eletrônica de varredura e a espectometria por dispersão de energia. Os resultados da análise petrográfica mostraram que todos os 40 agregados coletados possuem minerais reativos. As expansões medidas no ensaio acelerado acabaram por confirmar a potencialidade reativa desses minerais, pois todas as amostras moldadas com o CP V-ARI, o CP V-ARI RS e o CP II-Z foram classificadas como reativas ou potencialmente reativas, isto é, somente o CP IV foi eficaz para inibir as expansões deletérias. Por outro lado, as análises microscópicas mostraram que mesmo nos prismas menos expansivos houve a formação do gel sílico-alcalino, porém este ficou incluso nos poros da argamassa. Outra conclusão percebida foi a de que as maiores expansões ocorreram com os agregados de origem ígnea vulcânica, principalmente com os basaltos, que além de serem constituídos por minerais muito finos, apresentam em sua matriz mesóstases silicosas amorfas, também conhecidas como vidro vulcânico. / The chemical reaction that occurs between alkali hydroxides contained in concrete pores and some minerals contained in aggregates has been causing serious hazards to concrete structures. So far, prevention is the best way to avoid the occurrence of this reaction, once the solutions to repair the damage still need deeper researches to be implemented. Therefore, the use of Portland cements containing pozzolanic admixtures to produce has been an effective alternative. But there are few researches on the capability of those prevent reaction to occur. In Brazil, besides the lack of knowledge, there is little information about the reactivity of the aggregates applied in concrete production. So this research aimed to evaluate the reactivity of the most used aggregate to produce concrete in the states of Parana, Santa Catarina, and Rio Grande do Sul by testing four different types of cements as described: CP V-ARI, CP V-ARI RS, CP IV and CP II-Z. The methods applied to carry out this evaluation were the petrography analysis, the accelerated mortar bar test, scanning electron microscopy, and the dispersive energy spectrometry. The results obtained showed that all the forty aggregate samples collected have reactive minerals in their composition. The measured expansions during the accelerated test confirmed the reactive potentiality of these minerals, because all samples obtained from the CP V-ARI, CP V-ARI RS, and CP IV were classified as being reactive or potentially reactive, which means that CP IV was the only one capable of inhibit the hazardous expansion. On the other hand, the microscopic analyses showed, even in the less expansive prisms, that the formation of silica-alkaline gel has occurred, but this gel has remained in the pores of the mortar. Another conclusion of this research was that larger expansions occurred with the aggregates from volcanic igneous origin, especially basalts that, besides contained very fine minerals, presented in its matrix amorphous silica, also known as volcanic glass.

A reação álcali-agregado no concreto é um fenômeno que tem como causa uma reação química que ocorre entre os hidróxidos alcalinos provenientes do cimento e alguns minerais reativos presentes no agregado. Esta reação pode causar a deterioração do concreto, pois os seus subprodutos podem tornar-se expansivos na presença de umidade, originando fissuração, diminuição da resistência, aumento da permeabilidade e, eventualmente, a ruptura da estrutura. O uso de adições minerais em concretos suscetíveis à reação álcali-agregado tem sido apontado como uma alternativa eficiente na prevenção da reação expansiva, juntamente com o uso de agregados não reativos e a limitação dos teores de álcalis no cimento ou concreto. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal a investigação do processo de deterioração do concreto devido à reação álcali-sílica, principalmente no que se refere ao tipo ou mineralogia do agregado e à utilização de cinza de casca de arroz, como substituição parcial do cimento Portland. Desta forma, o programa de pesquisa compreendeu, a realização de ensaios de expansão acelerada em barras de argamassa (ASTM C1260/94) moldadas com cimento Portland tipo CP-I S 32, com teores de 12,5; 25 e 50% de dois tipos de cinza de casca de arroz, em substituição parcial ao cimento, e quatro diferentes tipos de agregados (basalto B, basalto BGO, granito e riodacito). A microestrutura dos materiais utilizados e das barras submetidas ao ensaio acelerado foi avaliada através de técnicas analíticas e experimentais, tais como, petrografia, difração de raios x, porosimetria por intrusão de mercúrio, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão (MEV e MET), com microanálise por detecção de energia dispersiva (EDS). Os resultados obtidos no ensaio acelerado comprovaram a potencialidade reativa das rochas analisadas e identificaram uma correlação entre o tipo de rocha e o teor de cinza de casca de arroz. A análise da microestrutura indicou que existe uma reação química da CCA com o meio alcalino utilizado no ensaio que acaba interferindo na formação e na relação C/S dos produtos expansivos resultantes da reação álcali-sílica. / The alkali-aggregate reaction in concretes is a phenomenon caused by a chemical reaction that occurs between alkaline hydroxides from Portland cement and some reactive minerals from aggregates. Such reaction can cause severe concrete deterioration, as its by-products can become expansive in the presence of water, originating fissuration, strength reduction, permeability increase, and eventually, the failure of concrete structures. The use of mineral admixtures in concretes susceptible to the alkali-aggregate reaction has been pointed out as an efficient alternative to prevent concrete expansion, along with the use of non-reactive aggregates and the limitation of the alkali amount in cement or concrete composition. In this context, the main purpose of the present work was the investigation of concrete deterioration due to the alkali-silica reaction, focusing the aspects related to the type or mineralogy of the aggregate and the utilization of rice husk ash as partial substitution of Portland cement. The research program comprised initially accelerated expansion tests carried out in mortar bars (ASTM C 1260/94), which were molded using CP-I S 32 Portland cement, 12.5, 25, and 50% contents of two types of rice husk ash, as partial replacement to the cement, and four different types of rock aggregates (basalt B, Basalt BGO, granite, and rhyodacite). Also, the microstructure of the concrete mixtures investigated, after being submitted to expansion in the accelerated tests, were evaluated through experimental and analytical techniques such as petrography, mercury intrusion porosimetry, x-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM), and energy dispersive detection (EDS). The results obtained have proved the reactivity potential of the investigated rock aggregates and identified a correlation between type of aggregate and rice husk ash content. The microstructure analysis indicated that the occurrence of a chemical reaction involving the rice husk ash in the alkaline environment established in the tests, had a significant effect on the amount of expansive by-products as C/S relation resulting from alkali-silica reactions.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Wilson Ferreira Candido.pdf: 2264036 bytes, checksum: d614010b4bb54f817843654b05263106 (MD5) Previous issue date: 2009-09-11 / 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 RAA 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. 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 performed in concrete prisms, from an adaptation of the Brazilian standard NBR 15577-6/2008, and the second stage in mortar bars, from an adaptation of NBR 15577-4/2008. 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. In the case of the concretes, the treatments were electrochemical lithium impregnation and surface saturation with lithium, in addition to their respective reference procedures (impregnation and surface saturation with water). For the mortars, the situations tested were: vacuum impregnation with lithium, total saturation in lithium, surface saturation in lithium, water immersion and wrapping in plastic film. 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 demonstrated the efficiency of the lithium based composite to mitigate the residual expansion, both in the concretes as well as in the mortars, with a different behavior depending on the conditions used. The treatment that had the best efficiency in the concrete, under the applied experimental conditions, was the surface saturation of lithium, achieving a 90% 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 performed 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. All treatments with lithium performed in the mortars were able to mitigate the residual expansions at levels approaching reduction of expansion (about 87%), with the total saturation in lithium the most efficient condition. / 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 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. No caso dos concretos, os tratamentos realizados foram: impregnação eletroquímica de lítio e saturação superficial com lítio, além de suas situações de referência (impregnação e saturação superficial com água). No caso das argamassas, as situações testadas foram: impregnação a vácuo com lítio, saturação total em lítio, saturação superficial em lítio, imersão em água e envolvimento em filme plástico. 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, tanto nos concretos como nas argamassas, 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. Todos os tratamentos com lítio realizados nas argamassas foram capazes de mitigar as expansões residuais em níveis próximos de redução das expansões (da ordem de 87%), sendo a saturação total em lítio a condição mais eficiente.

A reação álcali-sílica é uma patologia de origem química que ocorre em estruturas de concreto. A partir desta reação há a formação de um gel de álcali-sílica que em contato com a água provoca expansão e deformação da estrutura. Esta patologia traz muitos transtornos e prejuízos, principalmente em obras que estão em contato direto com a água (barragens, pontes, piers, etc) e a possibilidade de prever o comportamento e deformações em uma estrutura desse porte é de grande valia. Neste trabalho é feita a modelagem da percolação d\'água em meio poroso por meio do método dos elementos finitos, sem movimentação de malha e fazendo uso de função Heaviside contínua para a percolação. A modelagem da reação álcali-sílica é feita por meio de um modelo paramétrico, com alteração para contemplar regimes não uniformes de umidade e sua interferência na taxa de expansão. A modelagem do campo mecânico é feita pelo Método dos Elementos Finitos Posicional. / The alkali-silica reaction (ASR) is a pathology that occurs in concrete structures. Such pathology creates an alkali-silica gel that when in contact to water promotes expansion and strain on a affected structure. Most buildings that are susceptible to this fenomena are the ones in contact with water, such as dams, piers and bridges. The possibility to predict the ASR behavior and total strain developed would be helpful. In this work, finite element method with fixed mesh is employed to model seepage in a porous media. Also, it\'s used a Heaviside function for the percolation coefficient. The modeling of the alkali-silica reaction is done by a parametric model, modified to non-uniform humidity conditions and it\'s interference on the expansion rate. The modeling of the mechanical field is done by the Positional Finite Element method.

As deformações derivadas da retração e da fluência estão entre os principais fatores que afetam a integridade e facilidade de manutenção das estruturas de concreto a longo prazo. Outro fator que corrobora para a deterioração do concreto é a Reação Álcali-Agregado (RAA), que devido à sua característica expansiva é considerada uma manifestação patológica de difícil tratamento, sendo necessário medidas mitigadoras para evitar sua ocorrência. A retração, a fluência e a RAA são deformações expressivas em estruturas com grandes volumes de concreto, em que as deformações devido à retração e à fluência potencializam o efeito da RAA, criando um ciclo de degradação do concreto de difícil controle. Deste modo, este trabalho tem como objetivo a análise numérica que possibilite a previsão do comportamento da retração e da fluência quando associadas à RAA. O código computacional é baseado no Método de Elementos Finitos Posicional considerando o elemento de chapa com elementos triangulares de ordem cúbica e utilizando a lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. Para a modelagem da RAA utiliza-se o estudo desenvolvido por Carrazedo & Lacerda (2008). A fluência e a retração são modeladas implementando-se os modelos FIB, JSCE e B4. Os resultados deste trabalho demonstram a eficiência da modelagem e da análise numérica para a previsão do comportamento das deformações do concreto sujeito à RAA, considerando os efeitos de retração e fluência. / Shrinkage and creep strains are among the main factors that affect the integrity and serviceability of concrete structures in long term. Another corroborating factor for the concrete deterioration is the Alkali-Aggregate Reaction (AAR), which due to its expansive characteristic is considered a pathological manifestation of difficult treatment, and mitigating measures are necessary to avoid its occurrence. Shrinkage, creep and AAR are expressive strains in structures with large volumes of concrete, in which strains due shrinkage and creep enhance the effect of AAR, creating a concrete degradation cycle that is difficult to control. Thus, this work has the aim of numerical analysis that allows the prediction of the shrinkage and creep behavior when associated with AAR. The computational code is based on the Positional Finite Elements Method considering the element of plate with triangular elements of cubic order and using the constitutive law of Saint-Venant-Kirchhoff. For the modeling of AAR is used the study developed by Carrazedo & Lacerda (2008). The creep and shrinkage are modeled by implementing the FIB, JSCE and B4 models. The results of this work demonstrate the efficiency of modeling and numerical analysis for the prediction of the strains behavior of concrete subject to AAR, considering the effects of shrinkage and creep.

As deformações derivadas da retração e da fluência estão entre os principais fatores que afetam a integridade e facilidade de manutenção das estruturas de concreto a longo prazo. Outro fator que corrobora para a deterioração do concreto é a Reação Álcali-Agregado (RAA), que devido à sua característica expansiva é considerada uma manifestação patológica de difícil tratamento, sendo necessário medidas mitigadoras para evitar sua ocorrência. A retração, a fluência e a RAA são deformações expressivas em estruturas com grandes volumes de concreto, em que as deformações devido à retração e à fluência potencializam o efeito da RAA, criando um ciclo de degradação do concreto de difícil controle. Deste modo, este trabalho tem como objetivo a análise numérica que possibilite a previsão do comportamento da retração e da fluência quando associadas à RAA. O código computacional é baseado no Método de Elementos Finitos Posicional considerando o elemento de chapa com elementos triangulares de ordem cúbica e utilizando a lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. Para a modelagem da RAA utiliza-se o estudo desenvolvido por Carrazedo & Lacerda (2008). A fluência e a retração são modeladas implementando-se os modelos FIB, JSCE e B4. Os resultados deste trabalho demonstram a eficiência da modelagem e da análise numérica para a previsão do comportamento das deformações do concreto sujeito à RAA, considerando os efeitos de retração e fluência. / Shrinkage and creep strains are among the main factors that affect the integrity and serviceability of concrete structures in long term. Another corroborating factor for the concrete deterioration is the Alkali-Aggregate Reaction (AAR), which due to its expansive characteristic is considered a pathological manifestation of difficult treatment, and mitigating measures are necessary to avoid its occurrence. Shrinkage, creep and AAR are expressive strains in structures with large volumes of concrete, in which strains due shrinkage and creep enhance the effect of AAR, creating a concrete degradation cycle that is difficult to control. Thus, this work has the aim of numerical analysis that allows the prediction of the shrinkage and creep behavior when associated with AAR. The computational code is based on the Positional Finite Elements Method considering the element of plate with triangular elements of cubic order and using the constitutive law of Saint-Venant-Kirchhoff. For the modeling of AAR is used the study developed by Carrazedo & Lacerda (2008). The creep and shrinkage are modeled by implementing the FIB, JSCE and B4 models. The results of this work demonstrate the efficiency of modeling and numerical analysis for the prediction of the strains behavior of concrete subject to AAR, considering the effects of shrinkage and creep.

A reação álcali-agregado é uma manifestação patológica diretamente ligada à seleção dos materiais (cimento, agregados miúdo e graúdo, água e aditivos) que pode comprometer a durabilidade das estruturas de concreto, uma vez que a interação desses materiais e as condições ambientais é que vão conferir ao concreto determinadas propriedades ligadas à sua vida útil. A reação entre os hidróxidos alcalinos solubilizados na fase líquida dos poros dos concretos e alguns agregados reativos é lenta e resulta em um gel que, ao se acumular em vazios do concreto e na interface pasta-agregado, na presença de água, se expande, exercendo pressão interna no concreto. Ao exceder a resistência à tração do concreto, a pressão interna pode promover fissurações. A reação álcali-agregado requer a atuação conjunta de água, agregado reativo e álcalis. Sua prevenção pode ser feita a partir da eliminação de um dos fatores, ou seja, a partir do emprego de agregados inertes ou de cimentos com baixos teores de álcalis ou isolamento da umidade. Na impossibilidade de eliminar um dos fatores, medidas preventivas devem ser tomadas para o emprego de agregados reativos em obras de construção civil. Entre essas, destacam-se a utilização de cimentos com baixos teores de álcalis ou a de cimentos com adições ativas mitigadoras da reação álcali-agregado: escória de alto-forno, cinza volante, metacaulim e sílica ativa, que foi o objeto de pesquisa do presente trabalho. No programa experimental foram analisados dois tipos de agregado potencialmente reativos com os hidróxidos alcalinos: EDVDOWR e PLORQLWR_ JUDQtWLFR. O primeiro, proveniente de rocha ígnea, tem como constituintes deletérios vidro, clorofeíta, calcedônia (sílica criptocristalina), que dará origem à reação do tipo iOFDOL_VtOLFD. O agregado milonito granítico provém de rocha metamórfica, tem como constituintes deletérios quartzo microgranular, quartzo recristalizado, quartzo com extinção ondulante e quartzo e feldspato deformados, que dará origem ao tipo de reação iOFDOL_VLOLFDWR. Com o objetivo de avaliar a eficiência de adições ativas em mitigar as reações, os agregados foram combinados com 16 cimentos com adições ativas. Escória de alto-forno foi adicionada a 15%, 30%, 45% e 60% e cinza volante, a 10%, 15%, 25% e 35%, teores normalmente encontrados nos cimentos brasileiros. Metacaulim foi adicionada a 5%, 10%, 15% e 20%, e sílica ativa, a 5%, 10% e 15%, teores representativos da faixa normalmente adicionada diretamente a concretos. Todos os materiais utilizados foram caracterizados química, física e mineralogicamente, incluindo a análise petrográfica dos agregados. As barras de argamassa foram analisadas ao MEV, microscópio óptico de luz transmitida, realizaram-se ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio e análises térmicas para quantificar a teor de portlandita residual, e determinou-se o teor de álcalis dentro das barras após a realização dos ensaios para verificar a migração de íons de sódio. Os resultados indicam que a eficiência das adições ativas varia de acordo com a composição química e mineralógica das adições, da proporção desse material no cimento, e do grau de reatividade do agregado. / The alkali-aggregate reaction is a pathologic manifestation that can induce the premature distress and loss in serviceability of concrete structures affected. It is directly associated to the selection of materials (cement, coarse and fine aggregates, water and additives), as the interaction between these materials and environmental condition will grant the concrete some of the properties related to its service life. The slow reaction between alkali hydroxides soluble in the liquid phase within concrete pores and reactive aggregates gives rise to a gel that piles up within concrete voids and the aggregate-paste interface. In presence of water, the gel expands and exerts internal pressure in the concrete. When the internal pressure exceeds the tensile strength, cracking may come up as result. The alkali-aggregate reaction requires the action of water, reactive aggregate and alkalis altogether. Prevention can be carried out by eliminating one of these factors, i.e. employing either inert aggregates or lowalkali cements, or keeping the concrete away from moisture. Otherwise, preventive measures must be taken when reactive aggregates are used in civil construction works, such as the use of low-alkali cements or composite cements bearing alkaliaggregate- reaction mitigating admixtures: blast-furnace slag, fly ash, metakaolin and silica fume, which are the object of the present research. The experimental work included the analysis of two potentially reactive aggregates to alkali hydroxides: basalt and granite milonite. The igneous basalt carries deleterious constituents such as glass, chloropheite (cryptocrystalline silica), that will give rise to the DONDOL_VLOLFD type reaction while the metamorphic granite milonite carries micro granular, recrystallized, undulate-extinction-bearing quartz and deformed feldspar grains, that give rise to DONDOL_VLOLFDWH type reaction. Aiming at evaluating how efficient in mitigating these reactions the active admixtures are, these aggregates were mixed with 16 composite cements. The contents of admixtures followed those usually found in Brazilian industrial cements for blast-furnace slag (15%, 30%, 45%, 60%) and fly ash (10%, 15%, 25%, 35%), and those generally added directly to concrete for metakaolin (5%, 10%, 15%, 20%) and silica fume (5%, 10%, 15%). All materials were characterized for their chemical composition, physical properties and mineralogy. Petrography was carried out on the aggregates. The mortar bars were analyzed at the scanning electronic and transmitted-light optical microscopes. Mercury-intrusion porosimetry and thermal analyses were carried out to quantify residual portlandite. The alkali content within the bars was determined in order to verify migration of Na+ ions. The results show that the efficiency of active admixtures varies according to their chemical and mineralogical composition and proportioning in cement, and to the aggregate reactivity.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-05-16T18:51:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Elias Pereira.pdf: 10035465 bytes, checksum: 5e61eca3b140495c2587e4ab317ff822 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-16T18:51:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Elias Pereira.pdf: 10035465 bytes, checksum: 5e61eca3b140495c2587e4ab317ff822 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / A degradação da argamassa ocasionada pelo ataque por sulfatos e reação álcali-agregado, ocorre pela presença de contaminantes nos agregados que reagem com os produtos da hidratação do cimento, sendo formados produtos expansivos, provocando efeitos deletérios ao material. Este trabalho tem por objetivo a análise isolada e combinada da reação álcali-agregado pela presença de quartzo deformado nos agregados e do ataque interno por sulfato devido à presença de pirita, também nos agregados, em argamassas de cimento Portland, em diferentes idades e meios de cura, assim como a investigação das mudanças microestruturais, com foco na absorção e na mudança de estrutura porosa do material. O programa experimental foi divido em quatro etapas: (i) caracterização dos agregados; (ii) ensaios acelerados e envelhecimento natural em prismas de argamassa; (iii) investigação do comportamento, em ambiente natural, de corpos de prova de concretos com pirita; (iv) análise da absorção e porosidade. As análises petrográficas, variações dimensionais de barras de argamassa, resistências à compressão e resistência à tração por compressão diametral, foram bons indicativos para a ocorrência da RAA e ISA de forma isolada e combinada, onde as curas parcialmente e totalmente imersa em água mantida a 40 °C intensificaram as reações pela incidência de umidade e oxigenação constantes. As porosidades, absorções de água por imersão e por capilaridade dos corpos de prova se mostraram indicativos da intensidade das reações álcali-agregado e ataque por sulfatos, sendo que para agregados contendo sulfetos as variações puderam ser atribuídas a fissuração produzida pela formação de cristais expansivos de sulfatos, e para os agregados reativos as variações puderam ser atribuídas a presença de intercrescimento mirmequíticos e extinção ondulante dos silicatos, culminando na formação de géis expansíveis. Em ambas as manifestações patológicas, a demasiada formação de fases expansivas promoveu a fissuração da matriz e aumento da proporção de macroporos nas idades finais. As análises de diâmetro de poros por intrusão de mercúrio demonstram que a RAA ocorre primeiramente nos poros próximos a 50 nm, devido ao seu caráter de borda de reação, e a ISA promove o refinamento e colmatação dos poros de toda a gama de diâmetros pela formação de sais de sulfatos, além de ambos os processos gerarem tensões internas e fissuração da matriz. Para os agregados com efeito combinado, estes processos ocorrem concomitantemente, tendo influência sobre as capacidades de absorção de água por imersão e capilaridade, além das resistências mecânicas e variações dimensionais. / The degradation of the mortar caused by the attack by sulfates and alkali-aggregate reaction occurs by the presence of contaminants in the aggregates that react with the products of the cement hydration, being formed expansive products, causing deleterious effects to the material. This work aims at the isolated and combined analysis of the alkali-aggregate reaction by the presence of deformed quartz in the aggregate and the internal attack by sulphate due to the presence of pyrite, also in the aggregate, in Portland cement mortars, at different ages and mortar cure means, as well as the investigation of the microstructural changes, focusing on the absorption and the change in the porous structure of the material. The experimental program was divided into four stages: (i) characterization of the aggregates; (ii) accelerated tests and natural aging on mortar prisms; (iii) investigation of the behavior, in the natural environment, of concrete specimens with pyrite; (iv) absorption and porosity analysis. The petrographic analyzes, dimensional variations of mortar bars, compressive strengths and tensile strength by diametrical compression were good indicative for the occurrence of RAA and ISA in an isolated and combined manner, where the cures were partially and totally immersed in water maintained at 40 ° C intensified the reactions by the incidence of constant moisture and oxygenation. The porosities, water absorptions by immersion and by capillarity of the test specimens were indicative of the intensity of the alkali-aggregate and sulfate attack reactions, and being that for aggregates containing sulfides the variations could be attributed to the cracking produced by the formation of expansive crystals of sulfates, and for the reactive aggregates the variations could be attributed to the presence of myrhythmic intergrowth and undulating extinction of the silicates, culminating in the formation of expandable gels. In both pathological manifestations, the excessive formation of expansive phases promoted matrix cracking and increased proportion of macropores in the final ages. The analysis of pore diameter by mercury intrusion shows that the RAA occurs first in pores close to 50 nm, due to its character of reaction border, and ISA promotes the refinement and filling of the pores of the whole range of diameters by the formation of sulfate salts, in addition to both processes generating internal stresses and cracking of the matrix. For aggregates with combined effect, these processes occur concomitantly, having influence on the water absorption capacities by immersion and capillarity, besides the mechanical resistances and dimensional variations.

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One of the main purposes is to have a clearer understanding of the changes in sulfide minerals occurring in aggregates and verify their influence on concrete durability as well as check the conditions and characteristics that maximize or not the synergy of such pathology. Along with that, another purpose is to study the possibility of the AAR occurring in the same structures. To this end, an investigation of concrete structures extracted from five Brazilian hydroelectric plants, namely Corumbá HPP, Marechal Mascarenhas de Moraes HPP, Paulo Afonso II HPP, Paulo Afonso IV HPP and Moxotó HPP, was conducted. In addition to the concretes, a study of the rocky material and aggregates surrounding the plants that were of the same origin as the aggregates in the concretes was also performed. A thorough visual inspection was made in the field of some concrete structures selected from the HPPs , with the subsequent extraction of concrete cores in spots that were more prone to the incidence of some chemical reaction. The concrete core samples were initially inspected in the laboratory to check for possible visible anomalies on their surfaces, and were subsequently subjected to laboratory tests to determine the mechanical properties such as compressive strength and elasticity modulus. Chemical and microstructural analyses of the concrete were then carried out, in addition to the reconstitution of the mix design and determination of their pH. The concrete were also underwent internal inspections before the microstructural analyses, and the last were scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectrometry (EDS) and X-ray diffraction (XRD) in order to diagnose deterioration. Aggregates extracted from concrete cores along with the rocky material of the same origin were also subjected to chemical and mineralogical analyses. The concrete from Corumbá HPP was found to be sound, but in the concretes from the other HPPs it was proved the incidence of AAR and sulfate attack simultaneously, and in some cases, with evidences that the attack by sulfates results from the oxidation of sulfide minerals in the aggregates. / Durante muito tempo as partículas de agregados foram consideradas inertes; entretanto, atualmente esse conceito foi banido. Reações expansivas decorrente da oxidação de minerais sulfetos presentes em agregados e da reação álcali-agregado (RAA) são exemplos de interações químicas potenciais que os agregados podem experimentar quando presentes no concreto, dependendo do meio circundante. A presente pesquisa aborda a investigação de concretos de UHEs com foco na deterioração por reações com os agregados no que tange ao ataque por sulfatos, devido à oxidação de minerais sulfetos, bem como à RAA. Objetiva-se avançar no entendimento do fenômeno de alteração de minerais sulfetos presentes em agregados e verificar a sua influência sobre a durabilidade de concretos, além de verificar as condições e características que maximizam ou não a sinergia desta patologia. Conjuntamente, pretende-se também estudar, nas mesmas estruturas, a possibilidade de ocorrência da RAA. Para tanto, procedeu-se com uma investigação de concretos extraídos de estruturas pertencentes a cinco usinas hidrelétricas brasileiras, a saber: UHE Corumbá, UHE Marechal Mascarenhas de Moraes, UHE Paulo Afonso II, UHE Paulo Afonso IV e UHE Moxotó. Além dos concretos, procedeu-se também com um estudo do material rochoso e dos agregados do entorno das usinas, de mesma origem que os agregados dos concretos. Inicialmente foi realizada criteriosa inspeção visual em campo de algumas estruturas de concreto selecionadas das UHEs, com posterior extração de testemunhos em locais com maior propensão da incidência de alguma reação química. Os testemunhos de concreto foram inicialmente inspecionados em laboratório para a verificação de possíveis anomalias visíveis em suas superfícies, sendo posteriormente submetidos a ensaios laboratoriais para a determinação das propriedades mecânicas de resistência à compressão e módulo de elasticidade. Foram, na sequência, realizadas análises químicas e microestruturais dos concretos, além da reconstituição de traço e obtenção do pH. Os concretos também foram submetidos a inspeções internas antes das análises microestruturais, sendo estas últimas a microscopia eletrônica de varredura com espectrometria por energia dispersiva de raios X (EDS) e a difração de raios X (DRX), ambas com o objetivo de diagnosticar deterioração. Os agregados extraídos dos concretos juntamente com o material rochoso de mesma origem também foram submetidos a análises químicas e mineralógicas. Pelos resultados, verificou-se boa integridade dos concretos da UHE Corumbá, porém para as demais usinas, constatou-se nos concretos a incidência de RAA, além de ataque por sulfatos, tendo alguns dos concretos das demais usinas indícios de que o ataque por sulfatos é decorrente da oxidação de minerais sulfetos presentes nos agregados.